Magasan és távol

A Rohde & Schwarz leányvállalata, az RPG Radiometer Physics termékei az égbolt objektumait és a Föld légkörét kutatják.

 
Elkötelezetten a kutatás-fejlesztésért

A Bonn közelében lévő Meckenheim egy új épületében működő vállalat gyökerei nem a földbe, hanem az égbe nyúlnak. Nem véletlen, hogy a cég székhelye Bonnban található: ez logikusan következik abból, hogy a közelében van a Max Planck Rádiócsillagászati Intézet, ahol az RPG alapítója, Dr. Peter Zimmermann több mint 20 évig dolgozott. A Jet Propulsion Laboratory (NASA) programjainak mikrohullámú spektrométer projektjében végzett többéves munkája során szoros kapcsolatba került olyan technológiákkal, amelyekben milliméter alatti hullámhosszú jeleket használnak a Föld atmoszférájának kutatására. Ez a tevékenysége alapozta meg 1991-ben indított vállalatát. Korai éveiben a cég 1 THz-ig működő keverőket és helyi oszcillátorokat tervezett, illetve épített be vevőrendszerekbe. Az RPG arculatából egyenesen következett, hogy a következő lépésben már teljes sugárzásmérők (lásd a keretes írást) építésébe kezdtek. A vállalat és termékcsaládja folyamatosan bővült, ahogy nőtt az igény az „egzotikus” és nehezen kezelhető frekvenciatartományt vizsgáló alkalmazások iránt, és ez a szakmai irány az RPG új szakterületévé vált. A meteo-rológiai mérőműszerek mindmáig a vállalat termékpalettájának alapját jelentik. A passzív megoldásokon (sugárzásmérőkön és szcintillométereken) kívül az RPG aktív időjárásvizsgálókat – többek között felhővizsgáló radarrendszereket – is kínál. A vállalat egy másik szakterülete az alapító űrkutatás iránti szenvedélyét viszi tovább, amióta a stafétabotot 2002-ben átadta utódjának. Az RPG alrendszereit az ESA, a NASA és más nemzeti űrkutatási intézetek fontos műholdjaiban, űrszondáiban használják. Már javában folynak a küszöbön álló, kiemelt új projektek, például az ESA Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) elnevezésű programjának kutatás-fejlesztési munkái. A vállalat harmadik pilléréhez nem az égre, hanem a Földre kell tekintenünk – és ott a Rohde & Schwarzra. Akik a teljes rádióspektrum kezelése mellett kötelezték el magukat, nem állhatnak meg 100 GHz-nél: meg kell küzdeniük a terahertzes tartománnyal is. Ebben a sávban a fejlesztőknek jelentős fizikai és műszaki problémákat kell leküzdeniük, ezért célszerűnek látszott együttműködni egy olyan vállalattal, amely már otthonosan mozog e szakterületen. A kezdeti közös méréstechnikai projektek révén a Rohde & Schwarz hálózatanalizátorainak és jelgenerátorainak működési tartományát sikerült kiterjeszteni a több száz GHz-es tartományra. A Rohde & Schwarz hosszú távon meg kívánta őrizni az RPG szakértőinek tudását, ezért 2006-ban elkezdett RPG‑részvényeket vásárolni, 2010-re pedig többségi tulajdonra tett szert. A két vállalat azóta is intenzíven együttműködik méréstechnikai projektekben.
A terahertzes tartománynak számos ok miatt soha nem lesz olyan széles piaci bázisa, mint a mikrohullámú technológiának. Kiterjed azonban néhány különleges kutatás-fejlesztési részterületre, és lehetőségeket rejt a gyógyszergyártás, az anyagtudomány, az ipari szenzorok technológiája, továbbá a biztonsági- és a kommunikációs rendszerek terén, ezért alapos kutatása vonzó lehetőségnek tűnik.

Az RPG távérzékelési termékkínálata:

Felhőradar

Szcintillométer

Az olasz ENEA (energia- és környezetügyi hivatal) klímafigyelő állomásán Lampedusa szigetén

Az Európai Déli Obszervatóriumban a chilei Atacama-sivatagban

Radiométerek a francia–olasz Dome Concordia antarktiszi állomáson

Időjárási adatok gyűjtése lentről

A mikrohullámú távérzékelő műszerek az RPG egyik kulcsterületét jelentik. A vállalat a légkör távérzékelésére a földfelszínen üzemeltetett mérőműszereket fejleszt. A meteorológiai léggömbök méréseivel szemben a távérzékelésnél az adatgyűjtés nem a helyszínen történik, hanem a kutatók a vizsgált objektum, jelen esetben az atmoszféra által kibocsátott sugárzást elemzik. Ilyen sugárzás lehet például a levegő molekuláinak természetesen fellépő hőkibocsátása (ezen a passzív mérési elven alapul a sugárzásmérők működése is). Másik lehetőségként aktív radarral vizsgálható az eső és a felhők által visszavert sugárzás. Mindkét termékcsoport a mikrohullámú tartomány felső részén működik, mivel ebben a sávban a légkör részben átlátszó. Ez azt jelenti, hogy általában a teljes atmoszférikus levegőoszlop megfigyelhető, még felhős vagy esős időben is. Az e célra leggyakrabban használt műszer a mikrohullámú sugárzásmérő, amellyel a talajszinttől mintegy 10 km-es magasságig meghatározható a hőmérséklet és a páratartalom eloszlása. Az atmoszférának ebben a rétegében – a troposzférában – zajlanak az időjárási folyamatok. Ezek előrejelzéséhez rendkívül fontosak a függőleges hőmérséklet- és páratartalom-profilok. Az időjárást előrejelző szolgálatok világszerte meteorológiai ballonokkal gyűjtik a megfelelő adatokat, azonban e szondák felküldése olyan drága, hogy rendszerint naponta csak kettőt tudnak felengedni. Itt segíthetnek a sugárzásmérők, amelyek percenként szolgáltatnak hőmérséklet- és páratartalom-adatokat, tehát a meteorológusok megbízhatóan, és nagy időfelbontásban rögzíthetik az atmoszféra változásait, különösen a talajközeli rétegekben. A begyűjtött adatok az időjárás-előrejelző modellek bemeneti paramétereiként használhatók fel. Az ilyen célú sugárzásmérőket egyre gyakrabban fogják össze hálózatokba, arra törekedve, hogy kiküszöböljék a ballonokat az időjárás numerikus előrejelzésében, és javítsák az előrejelzés minőségét.

Az ESA űrszondája, a JUICE útban a Jupiter Európa holdja felé (művészi ábrázolás. Forrás: ESA-AOFS ). A küldetés 2022-ben indul. Fedélzeti műszereinek egyike a szubmilliméteres hullámhosszakat vizsgáló, RPG-technológiájú SWI-spektrométer

Az előrejelzések bizonytalanságainak oka azonban elsősorban a felhő- és a csapadékadatok hiányos regisztrálásában keresendő. Itt vannak a passzív radiometria határai, és éppen ezért fejlesztett ki az RPG egy felhővizsgáló radarrendszert, amely nagy pontossággal képes mérni a felhők eloszlását. A műszer nemcsak a numerikus időjárás-előrejelzés terén használható, hanem értékes adatokat szolgáltat a felhőkutatók számára is. A felhők kialakulásának és változásainak előrejelzéséhez meg kell érteni a belsejükben lezajló folyamatokat.

Az RPG távérzékelési termékkínálata nem csupán a Föld légkörének mérésére alkalmas. Mikrohullámú sugárzásmérőkkel vizsgálhatók a szilárd talaj egyes tulajdonságai, például a talajnedvesség is. Itt jön a képbe egy másik műszer is, a szcintillométer, amely a talaj és az atmoszféra közötti hőfluxust méri. Ennek egy részét közvetlenül a talaj és a légkör közötti nedvességáramlás okozza, ezért ezek a mérések rendkívül hasznosak, különösen a vízgazdálkodási szakértők számára. Segítenek azonban más tudományterületeket is, például az öntözési stratégiák optimalizálása, az erdőtüzek veszélyének felmérése vagy a víztározók figyelése terén.

Az RPG által kifejlesztett és gyártott új, R&S^®ZCx sorozatú frekvenciaátalakítók segítségével minden eddiginél könnyebben lehet hálózatanalízist végezni milliméteres hullámhosszakon

Túl az atmoszférán

Az RPG űrkutatási üzletágának szakterülete az égbolt megfigyelése. Az itt dolgozó szakemberek éveken át fejlesztettek mikrohullámú, illetve milliméteres hullámsávú bemeneti fokozatokat és részegységeket a műholdakon és űrszondákon használt rendkívül érzékeny mérőműszerekhez. Itt is a légkör kutatására szolgáló berendezésekről van szó, történjen ez akár a Földön, akár más bolygókon vagy holdjaikon. Ilyen Földön kívüli program a már említett JUICE-küldetés is, amely az Európai Űrügynökség (ESA) „Cosmic Vision 2015 – 2025” tervezési időszakának első L1-osztályú (nagy léptékű) küldetése. Az űrszonda várhatólag 2030-ban éri el a Jupitert. Elemző eszközeivel – amelyek képességei meghaladják a Naprendszer külső részébe küldött minden eddigi eszközét – sok éven át fogja vizsgálni a bolygót, valamint annak négy Galilei-holdja közül hármat.
A milliméter alatti hullámhosszúságú jeleket vizsgáló SWI-spektrométer a küldetéshez használt tíz műszer egyike. Feladata az lesz, hogy rögzítse a Jupiter atmoszférájának hőmérsékletprofilját, meghatározza a bolygó sztratoszférájának és troposzférájának összetételét, dinamikáját, valamint elemezze a bolygó jeges holdjainak exoszféráját és felületét. Ehhez az SWI egy 30 cm-es, 1080…1275 GHz, illetve 530…601 GHz közötti frekvenciákon működő antennát használ. Az RPG már elkészítette a műszer előtanulmányait, jelenleg pedig a rádiófrekvenciás egységek prototípusát fejleszti.

A milliméteres és milliméter alatti hullámhosszakat lefedő európai technológiához vezető egyik legfontosabb cím: RPG Radiometer Physics GmbH, Meckenheim (Bonn közelében), Werner von Siemens Strasse 4. (www.radiometer-physics.de)

A nagy jelentőségű MetOp meteorológiai műholdprogramban az RPG is részt vesz. E programot az ESA az EUMETSAT (Meteorológiai Műholdak Hasznosításának Európai Szervezete) égisze alatt valósítja meg. A MetOp-műholdak az első európai, poláris pályájú, meteorológiai mesterséges égitestek. Kis (800 km) magasságú pályán keringenek, ezért nagy felbontású mérési adatokat képesek szolgáltatni a levegő és a víz hőmérsékletéről, a páratartalomról, a szélsebességről és az ózonkoncentrációról. Ezekkel az információkkal pontosíthatók a távoli, geostacionárius pályán keringő európai Meteosat-műholdak adatai. A több fázisból álló program 2030-ig tart. Az első műholdakat (MetOp-A és B) már pályára állították, a MetOp-C várhatóan 2017-ben követi őket. Az RPG már dolgozik e mesterséges égitestek második generációján (MetOp-SG), amely jelentősen bővebb képességekkel rendelkező műszerekkel lesz felszerelve. Három berendezést osztanak el két műhold között, és várhatóan lényegesen nagyobb sávszélességgel fogják vizsgálni a mikrohullámú, különösen pedig a milliméteres hullámsávú tartományt (18…229 GHz és 183…664 GHz). A MetOp-SG műholdak párokban fognak üzemelni. A két műhold kis követési távolsággal, ugyanazon a pályán kering majd, és mindegyiken más-más berendezés lesz. Az RPG már elkészítette mindhárom műszer (egy mikrohullámú szondázó, egy mikrohullámú képalkotó és egy jégfelhő-térképező) előtanulmányait, jelenleg pedig a főbb egységek – többek között lekeverő fokozatok, keverők, frekvenciasokszorozók és teljes bemeneti fokozatok – fejlesztése, illetve gyártása folyik. A minősítési példányok prototípusainak gyártása most kezdődik.
Ennél és más projektjeinél is az ESA mint európai szervezet nagyon fontosnak tekinti, hogy a kulcsfontosságú egységek fejlesztése mögött európai szakértelem álljon, és a gyártásuk is e földrészen történjen. Ez a közelmúltig a milliméteres hullámhosszak technológiája terén csak korlátozottan lett volna lehetséges, mivel az európai vállalatok nem tudtak ilyen frekvenciákon elegendő teljesítményt előállító félvezetőeszközöket gyártani. Azóta az EU által támogatott MIDAS (Milliméteres Hullámsávú Integrált Dióda és Erősítő Forrás) elnevezésű projekt és az ESA egy hasonló programja megoldotta ezt a problémát: ma már több európai félvezetőgyártó képes előállítani gallium-arzenid alapanyagú, Schottky-diódákon alapuló áramköröket. Az európai megoldás fő előnye, hogy szoros kapcsolat kiépítését tette lehetővé a rendszerfejlesztők és a technológiai szakértők között (az amerikai gyártók technológiapolitikai okokból nem léphettek ilyen szoros kapcsolatba egymással). Az RPG ezzel mély betekintést kaphat együttműködő partnereinek folyamataiba, és ezek ismeretében tervezheti meg saját, rendkívül pontos áramköri elrendezéseit.

A spektrum mikrohullámú és infravörös terület közötti, terahertzes (milliméter alatti hullámhosszú) tartomány képezi az átmenetet az elektronika és az optika között

Vissza a Földre

A milliméteres hullámhossz-tartományt lefedő félvezető-technológia fejlődése segíti az RPG termékkínálatának harmadik ágát is. Ez a terület általánosságban milliméteres hullámhosszakon működő, számos különféle ipari és kutatási feladathoz szükséges részegység fejlesztésével és gyártásával foglalkozik. Jellemzően ilyen alkatrészek a keverők, a frekvenciasokszorozók, az antennák és a csatlakozóelemek, de ide tartoznak az erősítők és a komplett spektrométerek is, valamint az RPG és a Rohde & Schwarz által gyártott mérőműszerek tartozékai. Az utóbbi kategória legújabb terméke a hálózatanalízisben használt frekvencia-átalakítók új generációja, melyek az elődeikhez képest 10…15 dB-lel nagyobb kimeneti jelszintet szolgáltatnak (mint korábban említettük, ebben a frekvenciatartományban a teljesítmény a fő probléma), és új lehetőségeket kínálnak az aktív elemek bemérése terén is.
Az RPG minden termékét saját üzemeiben gyártja, mivel csak ezzel tudja garantálni termékei kívánt minőségét. A vállalat műszereit hírneves tudományos intézmények használják, ami azt bizonyítja, hogy a szigorú követelményeket támasztó kutatók jól ismerik és értékelik ezt a minőségi színvonalat.

Volker Bach – Rohde & Schwarz

Rohde & Schwarz Budapesti Iroda
1138 Budapest, Madarász Viktor u. 47-49., Tel.: +36 1 412 4460
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát., web: www.rohde-schwarz.hu

Még több Rohde & Schwarz

Címkék: méréstechnika | NASA