Nachrichtensatellitentechnik
Welche Aufgabe hat das Labor?
Ohne Funkwellen geht (fast) nichts
Das Rennen um die besten Plätze auf erdnahen Umlaufbahnen, sogenannten Low Earth Orbits (LEOs) ist in vollem Gang. Immer mehr nicht bemannte Fluggeräte erobern den Luftraum. Dabei kommt den Antennen eine Schlüsselrolle zu – ist beispielsweise die Kommunikation mit einem Satelliten abgebrochen, ist dieser für immer verloren.
Die Kommunikation zwischen den sogenannten Bodenstationen (angefangen bei riesigen Gateways bis hin zu einem Smartphone) und den Satelliten ist dabei auf die Unterstützung durch immer neue, immer sensiblere und flexibel anpassbare intelligente Antennen angewiesen.
Im Labor für Nachrichtensatellitentechnik werde die entscheidenden Eigenschaften von Antennen durch Berechnung und Messung bestimmt. Zu den wichtigsten Eigenschaften gehört der Gewinn, also wie stark und wie gut kann eine Antenne ein gesendetes Signal bündeln, und auch die sogenannten Richtcharakteristik. Diese gibt an, wie exakt und mit welcher Qualität eine Antenne Signale an seine Empfangsstellen absendet, ohne andere Funksysteme zu stören. Wichtig für die Bestimmung der Charakteristika einer Antenne sind auch die Polarisationseigenschaften, also die räumliche Orientierung des elektrischen bzw. magnetischen Feldes der von ihr ausgesandten Wellen.
Zu den Tests, denen wir im Labor für Nachrichtensatellitentechnik Antennen aller Art unterziehen, gehört unter anderem eine Prüfung, ob sie vorgegebene Standards einhalten können. Standards des European Telecommunication Standardization Institute (ETSI), des European Space Operations Center (ESOC), vor allem aber der International Telecommunications Union (ITU), sorgen dafür, dass der zunehmende Datenverkehr über die Luft sich nicht gegenseitig stört. Nur die exakte Einhaltung von Standards sichert, dass Signale bei den jeweils vorgesehenen Empfängern ankommen können und dabei nicht zu viel der knappen Frequenzen vergeudet werden.
Möglichkeiten für Studierende
Handanlegen beim Antennenbau
Im Labor können Studierende lernen und Hand anlegen bei der Vermessung kritischer Eigenschaften wie der äquivalenten isotropen Strahlungsleistung (equivalent isotropically radiated power. EIRP), der Empfangsgüte (Gain-over-noise-temperature, G/T) und der Bitfehlerrate aktiver Sende-Empfangs-Systeme.
Wir vermessen elektronisch schwenkbare Antennen und analysieren die Tracking Eigenschaften aktiver Gruppenantennen. Außerdem können wir bi- und monostatischen Radarquerschnitte ermitteln.
Mit seinen Möglichkeiten reiht sich das Labor für Nachrichtensatellitentechnik der Hochschule München in die Reihe ganz weniger derartiger Messeinreichungen weltweit ein und führt zahlreiche spannende Forschungsprojekte für verschiedene Partner in aller Welt aus.
Ausstattung des Labors
Weltklasse Antennenmesskammer
Das Herzstück des Labors für Nachrichtensatellitentechnik ist eine Compensated Compact Range (CCR, Link)), eine Antennenmesskammer, die durch ihr Design auf verhältnismäßig kleinem Raum ein ebenes Wellenfeld erzeugt. Um ein vergleichbares Wellenfeld im Freien zu erzeugen, wäre ein Abstand zwischen der Sende- und Empfangsantenne von mehreren Kilometern notwendig. Die Messkammer gaukelt in der Tat einen viel größeren Abstand zwischen Sende- und Empfangseinheit vor. Der so künstlich erzeugte Abstand ist notwendig, um Antennen präzise vermessen zu können.
Die Kammer besteht aus einem Fünf-Achsen-Antennendrehstand mit einer Positionierungsgenauigkeit von 1/1000 Grad. Dieser steht in einer mit Absorbern ausgekleideten Kammer, in der jegliche die Messungen störenden elektromagnetischen Welle absorbiert werden. Mittels ferngesteuerter Kameras können die zu untersuchenden Antennen während des Messvorgangs vom Kontrollraum aus beobachtet werden.
Die Genauigkeit, die in der CCR der Hochschule bei Messungen im Frequenzbereich 800 MHz bis 110 GHz erreicht werden kann, entspricht der einer ganz kleinen Zahl solcher Messkammern weltweit, oder liegt sogar darüber. Auch die Erforschung der Verbesserung entsprechender Kammern ist Teil der gemeinsamen Arbeit des Labors für Nachrichtensatellitentechnik.
Das Labor kann aktuell Signalquellen bis 110 GHz einsetzen und verfügt über Netzwerkanalysatoren mit acht Empfängern bis 67 GHz.
Projekte im Labor
Aufspüren von Flugzeugen und Oberflächeneigenschaften
Studierenden und wissenschaftlichen Mitarbeitern bieten sich bei Bachelor-, Master- und Doktorarbeiten vielfältige Möglichkeiten, bei spannenden Forschungsprojekten mitzuarbeiten.
Unter den bisherigen Projekten sticht unter anderem das Design, die Entwicklung und anschließende Vermessung einer so genannten frequenzselektiven Platte hervor. Diese Platte erlaubt die Vervielfachung der Datenraten bei der Übertragung von Signalen, etwa von geostationären Nachrichtensatelliten. Der Trick der frequenzselektiven Platte besteht darin, je nach Frequenz einen Teil der Signale durchzulassen, und einen anderen zu spiegeln. Eine solche Platte haben wir im Labor gemeinsam mit Airbus entwickelt. Der entwickelte Prototyp kann die Kapazität z. B. von geostationären Satelliten mit sehr geringem Aufwand vervielfachen.
Für mobile terrestrische Plattformen wurde eine phasengesteuerte Gruppenantenne entwickelt, die ohne mechanische Nachführung ihren Fokus auf bewegliche Ziele richten kann.
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Mit einem neu entwickelten Radar-Messverfahren können nicht nur der Abstand, die Relativgeschwindigkeit und der Radarquerschnitt, sondern auch die reaktiven Eigenschaften von Oberflächen bestimmt werden. Damit lässt sich analysieren, ob die Oberfläche aus Metall oder einem anderen Material besteht. Bei diesem Projekt wurde die Entwicklung eines faltbaren Parabolspiegels für die Firma HPS unterstützt.
Partner bei solchen Forschungs- und Entwicklungsprojekten sind die European Space Agency (ESA), die Technische Universität München (TUM) und viele große Unternehmen aus dem Telekommunikations- und Satellitenkommunikationsbereich, darunter Infineon, Brazilian Telecom, Sky Mexico oder auch Airbus oder die IABG. Auch mittelständische Spezialhersteller, wie die HPS München, FSA München, MIRAD (Schweiz) oder Zinwell (Taiwan) gehören zu unseren Projektpartnern.
Im Labor für Nachrichtensatellitenkommunikation und der CCR bietet für interessierte Studierende die Gelegenheit, schon während des Studiums Einblick in die Entwicklung von Spitzentechnologie zu bekommen – und sich daran auch selbst zu beteiligen.
Kontakt
Das Labor befindet sich im E Gebäude in der Dachauer Str. 98b, E0117a.
Für alle Ideen und Nachfragen, nehmen Sie bitte jederzeit Kontakt über den Laborleiter, Professor Georg Strauß auf, Georg Strauß .