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Messplatz zur Antennencharakterisierung in Betrieb genommen

20.11.2013

Antennen sind Wellentypwandler, die zur Abstrahlung einer leitungsgebundenen elektromagnetischen Welle in den Freiraum bzw. zum Empfang einer Freiraumwelle und Umwandlung in eine leitungsgebundene Welle dienen. Die Stromverteilung auf der Antennenstruktur korrespondiert mit der Feldverteilung im freien Raum. Die Abstrahlcharakteristik einer Antenne wird durch das Richtdiagramm beschrieben, das die richtungsabhängige Leistungsdichte graphisch darstellt. Die wichtigste Antennenkenngröße ist der Antennengewinn, der dem Verhältnis aus maximaler Leistungsdichte zur Leistungsdichte eines äquivalenten Isotropstrahlers entspricht. Die genaue Kenntnis von Abstrahlung- und Empfangseigenschaften von Antennen ist zunehmend relevant für den Entwurf komplexer Systeme, da die Integration von Antennen in planare Schaltungen voranschreitet und der Frequenzbereich zu immer höheren Frequenzen bis in den THz-Bereich ausgeweitet wird.

Der vom wissenschaftlichen Gerätebau der PTB gefertigte Antennenscanner erlaubt die Abtastung des Antennendiagramms einer zu charakterisierenden Antenne (antenna under test – AUT) auf einer Kugeloberfläche. Dazu wird die Übertragung zwischen der AUT und einer zweiten Messantenne mit Hilfe eines Netzwerkanalysators gemessen. Der Antennenscanner ist mit Absorbermaterial belegt und befindet sich in einer reflexionsarmen Absorberkammer, um eine Verfälschung des Richtdiagramms durch elektromagnetische Verkopplung mit der Umgebung zu minimieren. Zur Messung des sphärischen Richtdiagramms wird die AUT in zwei Achsen geschwenkt. Die Messantenne kann in ihrem Abstand zur AUT verfahren werden und besitzt eine weitere Rotationsachse, um in verschiedenen Polarisationsrichtungen messen zu können. Der Antennenscanner erlaubt die Aufnahme unterschiedlichster Antennentypen bis zu Abmessungen von etwa 1 m und einem Gewicht von etwa 15 kg, so dass Antennen bis zu einer unteren Frequenz von etwa 3 GHz gemessen werden können. Die obere Frequenzgrenze von 325 GHz ist derzeit durch die an der PTB vorhandenen Messmöglichkeiten im Bereich der vektoriellen Netzwerkanalyse vorgegeben. Für den Antennenscanner wurde eine geeignete Steuersoftware entwickelt, mit der erste Messungen der Richtcharakteristik von planaren Antennen bei 77 GHz und 94 GHz durchgeführt werden konnten. Nach weiteren Arbeiten am Gerät und an der Steuersoftware ist die Kalibrierung verschiedenster Antennentypen im Nah- und Fernfeld geplant.

Bild 1: Antennenscanner zur Antennenkalibrierung und zur Messung des Richtdiagramms im Frequenzbereich von 3 GHz bis 325 GHz.

 

 

Ansprechpartner: T. Kleine-Ostmann
Fachbereich 2.2:
 Hochfrequenz und Felder