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Anwendung moderner Nah-Fernfeld-Transformationsalgorithmen in der Antennenkalibrierung

20.11.2018

Im Rahmen einer Doktorarbeit an der PTB und einer weiteren Doktorarbeit zusammen mit der Helmut-Schmidt-Universität in Hamburg wird untersucht, wie moderne Nah-Fernfeld-Transformationsalgorithmen bei aktuellen Fragestellungen in der Antennenmesstechnik, beispielsweise der Kalibrierung intelligenter Antennensysteme, der Kalibrierung von Antennen in Kraftfahrzeugen oder bei der Vor-Ort-Vermessung von Antennen zum Einsatz kommen können und welche Messunsicherheiten sich dabei ergeben.

 

 

Für die Kalibrierung von Antennen existieren mehrere genormte Verfahren, um den Antennenfaktor oder -gewinn der Antenne in Hauptstrahlrichtung zu bestimmen. Wenn Antennen in modernen Kommunikationssystemen oder in der Feldmesstechnik eingesetzt werden, ist auch die Kenntnis der Abstrahlcharakteristik erforderlich. Das dreidimensionale Abstrahlverhalten von Antennen wird mit Hilfe von planaren, zylindrischen oder sphärischen Antennenscannern gemessen. Während im mm-Wellenbereich die Vermessung direkt im Fernfeld erfolgen kann, sind die Fernfeldbedingungen bei Frequenzen bis herauf zu einigen GHz meist nicht erfüllt. Aus den im Nahfeld gemessenen Daten muss dann mit Hilfe numerisch aufwändiger Berechnungen das Abstrahldiagramm der Antenne im Fernfeld berechnet werden (s. Bild 1). Moderne Transformationsalgorithmen erlauben die Verwendung unregelmäßig angeordneter Messpunkte oder sogar phasenlose Messungen. Mit zunehmender Kapazität der Computertechnik werden diese Algorithmen immer wichtiger. Beispielsweise wird über den Einsatz dieser Techniken bei der Vor-Ort-Vermessung ortsfester Antennen durch fliegende Messplattformen auf Basis von Multikoptern nachgedacht.

Im Rahmen der beiden Doktorarbeiten soll daher untersucht werden, inwieweit diese Verfahren bei der Kalibrierung moderner Antennensysteme, beispielsweise von elektronisch schwenkbaren Antennenarrays oder Kfz-Antennen für die Car-to-X-Kommunikation, zum Einsatz kommen können. Voraussetzung für den Einsatz anstelle der heutzutage verwendeten genormten Verfahren ist die Analyse der Messunsicherheit dieser Techniken in praktisch handhabbaren Messumgebungen.

 

Nahfeld-Richtdiagramm  Berechnetes Fernfelddiagramm

Bild 1: a) Gemessenes Nahfeld-Richtdiagramm und b) daraus berechnetes Fernfelddiagramm einer großen Hornantenne.