Middle Atmosphere Alomar Radar System - MAARSY

In Spring 2011 IAP completed the installation of a new powerful VHF radar on the North-Norwegian island Andøya (69.30°N, 16.04°E). The new Middle Atmosphere Alomar Radar System (MAARSY) replaces the ALWIN radar which has been operated continuously on Andøya for more than 10 years.

The new system is a monostatic radar operated at 53.5MHz with an active phased array antenna consisting of 433 Yagi antennas. The 3-element Yagi antennas are arranged in an equilateral triangle grid forming a circular aperture of approximately 6300m2. Each individual antenna is connected to its own transceiver with independent phase control and a scalable output up to 2 kW. This arrangement allows very high flexibility of beam forming and beam steering with a symmetric radar beam of a minimum half power beam width of 3.6°, a maximum directive gain of 33.5 dBi and a total transmitted peak power of approximately 800 kW.

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.

The IF signals of each 7 transceivers connected to each 7 antennas arranged in a hexagon are combined to 61 receiving channels. Selected channels or combinations of IF signals are sent to a 16-channel data acquisition system with 25 m sampling resolution and 16-bit digitization specified which will be upgraded to 64 channels in the final stage. The high flexibility of the new system allows classical Doppler beam swinging as well as experiments with simultaneously formed multiple beams and the use of modern interferometric applications for improved 3D studies of the Arctic atmosphere from the troposphere up to the lower thermosphere with high spatiotemporal resolution.

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.

Contact

The installation of MAARSY started in September 2008 with the dismantling of the antenna array of the ALWIN radar. The installation of the new antenna array and the laying of the RF cables between the 433 antennas and the six containers accommodating the transceivers as well as the 61 IF cables from the containers to the radar control house was completed in August 2009. The radar control and data acquisition hardware as well as 217 transceiver modules were installed in spring 2010. A second stage of expansion to 343 transceiver modules was brought into service in November 2010 and the system was finally upgraded to 433 transceiver modules in May 2011.

More related information

  • R. Latteck, W. Singer, M. Rapp, B. Vandepeer, T. Renkwitz, M. Zecha und G. Stober, MAARSY - the new MST radar on Andøya-system description and first results, Radio Sci., doi:10.1029/2011RS004775, 2012.
  • T. Renkwitz, G. Stober, R. Latteck, W. Singer und M. Rapp, New experiments to validate the radiation pattern of the Middle Atmosphere Alomar Radar System (MAARSY), Adv. Radio Sci., 11, 283-289, doi:10.5194/ars-11-283-2013, 2013

Current observations