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Paper has been presented on the National ITG-Antenna Conference

Munich, April 1998

Appears in the associated conference proceedings "ITG-Fachbericht 149"

Numerische Modellierung und elektromagnetische Analyse von dreidimensionalem Erdboden und Gebäuden bei Systemanwendungen

1. Einführung

Systematische numerische Berechnungen der Abstrahlung von Antennen und der zugehörigen Wellenausbreitung finden heutzutage bereits in einer ganzen Anzahl von technischen Bereichen statt. Bei allen diesen physikalischen Problemen ist die Frage der realistischen Berücksichtigung

von dreidimensionalem Erdboden mit unterschiedlichen Erdbodeneigenschaften (z.B. Bild 1)
von natürlichen Objekten (z.B. Bäume, Wälder, Bodenbewuchs) und
von künstlichen Objekten (z.B. Gebäude, Türme, Hochspannungsleitungen, Kräne) (Bild 2)
der Antenne und ihrer im allg. strahlungsverkoppelten, dreidimensionalen Abstrahlungseigenschaften (z.B. Azimutdiagramme und Elevationsdiagramme infolge der Erdbodeneinflüsse)

von zentraler Bedeutung.

Als besondere Anwendungsgebiete sind zu nennen

Mobilfunk (Funkversorgung C-, D-, E-Netz)
Lande- und Navigationssysteme insbesondere auf Flugplätzen (ILS, DME, VOR/DVOR, MLS, TACAN). Aus diesem Anwendungsgebiet datieren wohl die ersten systematischen theoretischen und numerischen Untersuchungen bereits aus den 70er Jahren besonders für die Installation von ILS-Landesystemen und für die Untersuchung der Auswirkungen von Flugzeugen und Gebäuden auf die Eigenschaften dieser Systeme.
Radartechnik, wiederum insbesondere auf Flugplätzen (Primärradar, Sekundärradar, Flughafenradar ASDE)
Kommunikation und Sprechfunk (z.B. HF/VHF-Truppen-Daten- und Sprechfunk, VHF-Sprechfunk auf Flugplätzen zwischen Tower und Flugzeugen).

Während im Mobilfunk aufgrund der Komplexität der Problematik und der Auslegung der Systeme eher statistische Aussagen angestrebt werden (z.B. ±5dB Feldstärkeprognose), müssen bei Berechnungen der Eigenschaften eines Landesystems quantitative, deterministische Aussagen erarbeitet werden, die alle relevanten Objekte und deren Streu- und Reflexionseigenschaften berücksichtigen. Die Genauigkeitsforderungen sind hier wesentlich höher.

Bei Systemanwendungen sind aber neben den Feldgrößen abgeleitete spezifische Systemparameter die entscheidenden Zielgrößen (z.B. das DDM beim Instrumenten-Landesystem ILS), die mit einer Systemsimulation letztlich berechnet werden sollen. Dies bedeutet aber auch, daß die Antennen- und Wellenausbreitungseigenschaften als (entscheidender) Teil in die Systemsimulation integriert werden müssen (Bild 1).