ROAA – Antennenarray zur Atmosphären-Messung

Im Rahmen des ESA-Projekts (European Space Agency) »ROAA« (Radio Occultation Antenna Array) haben die Wissenschaftler des Fraunhofer IIS ein Antennenarray entwickelt. Die Herausforderung bestand darin, die Erdatmosphäre vom Weltraum aus präzise vermessen zu können. Einen Ansatz hierfür bildet das Verfahren der Radio-Okkultation: Mit Funksignalen werden atmosphärische Zustände wie Druck, Temperatur und Luftfeuchtigkeit ermittelt.

Die ROAA ist durch ihre einzigartige Geometrie imstande, Funksignale von Satelliten (GPS und Galileo) zu empfangen. Das Antennenarray zeichnet sich besonders durch seine optimale Richtcharakteristik und exzellente Impedanz-Anpassung, seine Kompaktheit sowie sein geringes Gewicht aus.

Technische Beschreibung

Miniaturisierte Technologie

Ausgangspunkt des Projekts war die hochpräzise GNSS-Antenne des IIS: Das Antennenarray setzt sich aus acht entsprechend modifizierten Antennenelementen zusammen.

Hohe Performance

Bei dem verwendeten Konzept des Antennenarrays ROAA (Radio Occulation Antenna Array) werden die breitbandigen Strahler dank herausragenden Fähigkeiten in der Miniaturisierungstechnologie über ein eigens entworfenes, komplexes Speisenetzwerk versorgt.

Technische Daten

Frequenzbereiche: L5/E5a (1156,45 MHz – 1196,45 MHz) und L1/E1bc (1571,42 MHz – 1579,42 MHz)
Polarisation: rechtshändig zirkular
VSWR In-Band: < 1,1:1
Kreuzpolarisationsunterdrückung: > 15 dB
Hauptkeule in der Co-Elevation um 27.6° geneigt
Gruppenlaufzeitstabilität: < 0.33 ns je Band
Phasenzentrumsstabilität: < 2.5 mm je Band
Hohe Kompaktheit des Speisenetzwerks durch spezielle Miniaturisierungstechnologie
Zweilagiger Aufbau

Atmosphäre vermessen

Skizze zur Anordnung der Satelliten und Raumfahrzeuge zum Zeitpunkt der Messung — © Fraunhofer IIS/Hans Adel
Anordnung der Raumfahrzeuge im Moment der Radio-Okkultationsmessung (t1 und t2)

Das Antennenarray ist für das Radio-Okkultationsexperiment zur Vermessung der Erdatmosphäre entwickelt worden. Das Verfahren der Radio-Okkultation nutzt das Phänomen der Verfinsterung von Himmelskörpern.

Bei der Messmethode umkreisen zwei Satelliten einen Planeten. Der Satellit mit höherer Umlaufbahn sendet Funkwellen aus. Der andere empfängt diese Signale, und misst dabei Phase, Amplitude und Polarisation, bis er hinter dem jeweiligen Planeten verschwindet. Aus den Messsignalen lassen sich Eigenschaften der Atmosphäre wie Druck und Temperatur bestimmen.

Angebot

Umfassende Beratung

Aufgrund unseres breitgefächerten Portfolios auf dem Gebiet der Antennentechnologie beraten wir Sie kompetent und individuell. Wir können Ihre Ideen neutral bewerten und realisieren.

Machbarkeitsanalysen

Gerne führen wir als unabhängiges Forschungsinstitut technisch-wirtschaftliche Machbarkeitsanalysen durch und helfen Ihnen bei der (Weiter-)Entwicklung Ihrer Konzepte.

Fraunhofer IIS – Ihr Entwicklungspartner

Durch unsere langjährige Erfahrung im Bereich der Antennen sind wir der perfekte Forschungspartner: Wir begleiten Sie von der Entwicklung, über die Realisierung und die Verifizierung, bis hin zur Herstellung von Prototypen. Dazu stehen uns modernste Simulationswerkzeuge und Messinstrumente wie z. B. eine eigene Antennenmesshalle zur Verfügung.