Middle Atmosphere Alomar Radar System - MAARSY

Im Frühjahr 2011 wurde auf der nordnorwegischen Insel Andøya (69.30°N, 16.04°E) nach zweijähriger Bauzeit das neue Middle Atmosphere Alomar Radar System (MAARSY) fertiggestellt. MAARSY ersetzt das bisherige ALWIN-Radar, welches kontinuierlich mehr als 10 Jahre lang auf Andøya betrieben wurde. Das neue Radar wurde mit der Zielstellung entworfen, horizontale Strukturen Polarer Mesosphärischer Sommerechoes (PMSE), verursacht durch mesosphärische Eiswolken, mit hoher zeitliche und räumliche Auflösung zu erfassen und dreidimensionale Strukturen des Windfeldes und turbulenter Parameter zu untersuchen.

Das neue MST-Radar ist ein monostatisches Radar mit einer aktiven Phased-Array-Antenne. Die Radarfrequenz ist 53.5 MHz und die maximale Spitzenleistung beträgt ca. 800 kW. Die Antenne besteht aus 433 3-Elemente-Yagi-Antennen, die in einer gleichseitigen Dreiecksgitterstruktur angeordnet sind. Die folgende Abbildung zeigt eine Skizze des neuen MAARSY Antennenfeldes. Das kreisrunde Feld mit einem Durchmesser von 90m entspricht einer Fläche von ca. 6300 m2. Die Antenne besitzt ein symmetrisches Strahlungsdiagramm mit einer Strahlbreite von 3.6° und einem Richtungsgewinn von 33.5 dBi. Die Dreiecksgitterstruktur des Antennenfeldes ermöglicht es, den Strahl bis zu 30° aus dem Zenit heraus in jede beliebige Himmelsrichtung zu schwenken, ohne das Nebenkeulen die Richtwirkung beeinträchtigen.

Das Antennenfeld ist in 61 Untergruppen unterteilt, 55 der Gruppen sind Sechsecke und bestehen aus jeweils 7 Antennen, 6 Untergruppen enthalten jeweils 8 Antennen und benden sich am Rand des Antennenfeldes wodurch das Gesamtfeld einer Kreisform angenähert wird. Der Öffnungswinkel des Strahlungsdiagramms einer einzelnen Sechseckstruktur beträgt ca. 30°, der einer Kombination von 7 benachbarten hexagonalen Untergruppen (Annemonen-Struktur) beträgt ca. 11°.

Die 433 am IAP entwickelten und gebauten Yagi-Antennen sind mittels gleichlanger Kabel mit 433 Sende-Empfangs-Modulen verbunden, die sich in 6 Containern am Rande des Feldes benden. Frequenz, Phase und Ausgangsleistung der Transceiver sind regelbar und werden kontinuierlich überwacht. Die Sende- und Empfangstechnik des Radars wird von der australischen Firma Genesis Software Pty Ltd hergestellt.

Auf dem Empfangsweg werden die Ausganssignale von jeweils 7 Transceivern, die jeweils 7 Antennen einer Wabenstruktur zugeordnet sind, zu insgesamt 61 Empfangssignalen zusammengefasst und über gleichlange Koaxialkabeln dem Radarkontrollhaus zugeführt. In der ersten Ausbaustufe kommt dort ein 16-Kanal-Empfangssystem zum Einsatz. Daher werden über 9 steuerbare Multifunktionscombiner weitere Signalzusammenfassungen benachbarter Antennengruppen (Anemonen) vorgenommen oder Signale einzelner Waben ausgewählt und auf 15 Kanäle der Datenerfassung geschaltet. Dieses ermöglicht die Auswahl einer Vielzahl von Kombinationen separierter Empfangsantennengruppen für interferometrische Applikationen. Ein zweites Ausgangssignal jedes Multifunktions-Combiners ist fest mit einem 9-zu-1-Combiner verbunden, dessen Ausgang somit das zusammengesetzte Empfangssignal des gesammten Antennenfeldes liefert. Dieses wird auf den 16. Empfangskanal der Datenerfassung geführt, der für klassische Doppler-Beam-Swinging-Experimente reserviert ist.

Die individuelle Phasenkontrolle der einzelnen Transceiver-Module erlaubt es auch, mehrere Radarstrahlen gleichzeitig zu formen. Hierzu werden die Annemonengruppen als eigenständige Antennenfelder betrachtet und die dazugehörenden Transceiver mit Phasenwerten angesteuert, die der gewünschten Schwenkrichtung des Radarstrahls entsprechen. Empfangsseitig werden die den jeweiligen Annemonengruppen zugehörenden Transceiver-Ausgangssignale über die Multifunktions-Combiner zusammengefaßt und auf separate Datenerfassungskanäle geschaltet. Es sind maximal 7 gleichartige Radarstrahlen mit einer Strahlbreite von 11° gleichzeitig realisierbar. Die nebenstehende Abbildung zeigt das Antennenstahlungsdiagramm für eine Mehrstrahl-Konfiguration bestehend aus einem vertikalen und 6 geschwenkten Radarstrahlen.

Der Aufbau des Antennenfeldes begann im Mai 2009 mit dem Ausbringen der Antennenfundamente und wurde im August mit der Verlegung von über 44 km Koaxialkabel abgeschlossen. Im Frühjahr 2010 waren die Radarsteuerung und die Datenerfassung sowie 196 der 433 Sende-Empfangs-module einsatzfähig und es konnte der unbeaufsichtigte Messbetrieb zur Beobachtung von PMSE weitergeführt werden. Nach den Sommermessungen wurde MAARSY bis zum Dezember 2010 auf 343 Sende-Empfangs-Module aufgerüstet. Die vollständige Ausbaustufe wurde im Frühjahr 2011 erreicht.

Der Aufbau von MAARSY

Aktuelles Signal

Signalstärke der letzten Stunde

Ergebnisse