Welche Frequenzbereiche für welche Anwendung? So wählen Sie den richtigen Radarsensor zur Füllstandsmessung

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Antennensysteme – angepasst an Anwendung und Frequenz

Um die Vorteile der Radartechnik in den unterschiedlichsten Anwendungen optimal zu nutzen, muss das Antennensystem für die jeweilige Anwendung geeignet sein. Prinzipiell stehen drei verschiedene Prinzipien zur Verfügung: Antennensysteme, die auf einer Reflexion basieren, z.B. Hornantennen oder Parabolantennen, Systeme, die die Brechung der Mikrowellen an Kunststoffflächen nutzen, z.B Stabantennen oder kugelförmige Antennen, sowie planare Antennen, die Signale durch Leiterbahnstrukturen auf einem PTFE- oder Keramiksubstrat abstrahlen. Technisch können alle Antennensysteme und Frequenzbereiche kombiniert werden. Allerdings werden die Antennendimensionen bei niedrigen Frequenzen oft sehr groß, und man stößt schnell an mechanische Grenzen.

Da die Fokussierung eines Antennensystems nicht nur von der Größe, sondern auch von der verwendeten Frequenz abhängt, ist dies eines der wesentlichen Unterscheidungsmerkmale und Vorteile bei der Verwendung einer höheren Frequenz. So kann bei einer Verdopplung der Frequenz eines Radarsensors in erster Näherung eine Antenne verwendet werden, die nur ¼ der Größe hat, um die gleiche Signalfokussierung zu erzielen. Die Vorteile liegen auf der Hand: Bessere Bündelung der Signale reduziert Störungen durch Einbauten, Rührwerke oder strukturierte Behälterwände. Oder anders ausgedrückt, mit höheren Frequenzen können kleinere Prozessanschlüsse realisiert werden.

Unabhängig von der Frequenz fehlt es kleineren Antennen aber auch an dem Antennengewinn, also der Signalverstärkung durch die Richtwirkung der Antenne. Eine größere Antennenfläche kann mehr Energie aufnehmen und damit größere Signale erzeugen. Dies ist besonders bei Medien mit schlechten Reflexionseigenschaften wie Kunststoffgranulaten oder Lösemitteln wichtig.

Einflüsse der Anwendung auf die Frequenzbereiche

Der große Vorteil der Radartechnik liegt darin, dass das Messverfahren durch die Prozessbedingungen kaum beeinflusst wird und die Sensoren in ihrem Aufbau für die unterschiedlichsten Anwendungen angepasst werden können.

Die Ausbreitung der Mikrowellen ist nahezu unabhängig von der Umgebungstemperatur. Laufzeitänderungen durch unterschiedliche Drücke machen sich erst bei Druckstufen über 10 bar bemerkbar. Im Allgemeinen ist die Ausbreitung von Mikrowellen unbeeinflusst von der Zusammensetzung der Gasphase im Behälter, doch es gibt hier Ausnahmen: Ammoniak und Vinylchlorid. Sie dämpfen die Mikrowellen: je höher die Frequenz, umso mehr. In der Praxis bedeutet dies, dass bei diesen Anwendungen Geräte mit einer niedrigen Sendefrequenz verwendet werden sollten, speziell bei großen Messbereichen.

Natürlich gibt es noch weitere anwendungsspezifische Einflussgrößen auf die Messverfahren, dabei besteht ein wesentlicher Unterschied zwischen der Messung von Schüttgütern oder Flüssigkeiten.

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