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2 Aktive Gruppenstrahler
In diesem Kapitel werden die Grundlagen über aktive Antennen sowohl im Allgemeinen als auch
speziell für die Satellitenkommunikation im Millimeterwellenbereich dargestellt. Im Einzelnen werden
die Fernfeldbeschreibung von Gruppenstrahlern und die Anforderungen an eine aktive Antenne
für breitbandige Datenverbindungen bei gleichzeitig großen Entfernungen erläutert. Ebenso wird erklärt,
welche Herausforderungen diese Anwendung mit sich bringt - insbesondere bei hohen Frequenzen
- und welche Realisierungen möglich sind. Auf die Art der Realisierung des HF-Teils
wird dabei sehr detailliert eingegangen. Es werden Vor- und Nachteile verschiedener Schaltungstechniken,
Arrangements der Einzelstrahler, Möglichkeiten zur Kalibrierung und Entkopplung und
der Aufbauarchitekturen präsentiert und gegeneinander abgewogen. Zwar werden nicht alle Beschreibungen
und Untersuchungen für sowohl Sende- als auch Empfangsantenne durchgeführt, die
Schlussfolgerungen gelten jedoch aufgrund der Reziprozität prinzipiell für beide Antennen. Unterschiede
liegen im Wesentlichen nur für die Punkte Ausgangsleistung und Rauschverhalten und die
damit verbundenen Aspekte vor.
Das Kapitel schließt mit einer Bewertung der unterschiedlichen Realisierungsmöglichkeiten, und die
Auswahl für die weiteren Untersuchungen bezüglich Aufbaukonzept, Anordnung der Einzelstrahler
und Architektur wird erläutert.
2.1 Fernfeldbeschreibung
Da in vielen Abschnitten dieser Arbeit auf Begriffe und Zusammenhänge von Gruppenstrahlern
zurückgegriffen wird, soll an dieser Stelle eine mathematische Beschreibung ihrer wesentlichen Eigenschaften
erfolgen. Zur Übersicht ist im Anhang A eine Liste der eingeführten Formelzeichen zu
finden; in Anhang B werden häufig benutze Abkürzungen aufgelistet. Bei sämtlichen Betrachtungen
ist der eingeschwungene Zustand harmonischer Zeitabhängigkeit der Form Re{e jωt } mit der Kreisfrequenz
ω = 2πf, der Frequenz f und der Zeit t vorausgesetzt. Zeitabhängige Größen werden also
durch Phasoren dargestellt.
Zur Beschreibung des elektrischen Feldes E m (r) eines Einzelstrahlers der Position r m mit der Einzelrichtcharakteristik
f m (θ, φ) gilt die allgemeine Gleichung
E m (r) = Ka m f m (θ, φ) e−jk|r−rm|
|r − r m | . (2.1)
Dabei legt r den Aufpunkt fest, wo das Feld bestimmt werden soll. Die Konstante K hat die Dimension
V/m, und a m repräsentiert eine dimensionslose komplexe Speiseamplitude. Die Freiraumwellenzahl
k entspricht 2π/λ 0 mit der Freiraumwellenlänge λ 0 , θ und φ sind die bekannten Winkel im
sphärischen Koordinatensystem (siehe Abbildung 2.1), und r m zeigt auf die Position des betreffenden
Einzelstrahlers. Die Signalfrequenz ist f = c 0 /λ 0 , resultierend aus der Vakuumlichtgeschwin-
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