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2 Aktive Gruppenstrahler
Für r m = ˆxx m + ŷy m + ẑz m und eine gewünschte Strahlschwenkung in Richtung φ 0 und θ 0 folgt
für die komplexen Speiseamplituden des Gruppenstrahlers:
mit
a m = |a m |e −jk(xmu 0+y mv 0 +z mw 0 ) , (2.11)
u 0 = sin(θ 0 ) cos(φ 0 ), (2.12)
v 0 = sin(θ 0 ) sin(φ 0 ) und (2.13)
w 0 = cos(θ 0 ). (2.14)
Unter der Voraussetzung identischer Einzelstrahler mit der Charakteristik f(θ, φ) lässt sich das Fernfelddiagramm
der Gesamtanordnung berechnen, indem man die Gleichungen (2.5) und (2.7) bis
(2.11) zu
F(θ, φ) = f(θ, φ)
M∑
|a m |e jk(xm(u−u 0)+y m(v−v 0 )+z m(w−w 0 )) = f(θ, φ)F a (θ, φ) (2.15)
m=1
umschreibt (normierte Form). Der Summenterm F a (θ, φ) ist in der Literatur auch als array factor
bekannt. Dieser weist in Hauptstrahlrichtung (θ 0 , φ 0 ) ein globales Maximum auf, welches aber nicht
das einzige ist. Aufgrund der Periodizität der Winkelfunktionen treten weitere Nebenmaxima (engl.
grating lobes) auf, die im weiteren Verlauf als sekundäre Hauptkeulen bezeichnet werden. Wenn für
die Abstände der Einzelstrahler gewisse Bedingungen eingehalten werden (siehe Abschnitt 2.4), so
liegen die sekundären Hauptkeulen außerhalb des sichtbaren Bereichs.
Die mit f(θ, φ) bezeichneten Richtcharakteristiken werden in der Literatur auch als Richtdiagramme
bezeichnet. Je nachdem, ob es sich um ideale oder verlustbehaftete Antennen handelt, beschreiben
sie die auf einen isotropen Kugelstrahler normierte Direktivität d(θ, φ) oder den Antennengewinn
g(θ, φ) [42]. Die Parameter d und g sind über den Antennenwirkungsgrad η verknüpft:
g = ηd. (2.16)
2.2 Aufbaukonzepte
In diesem Abschnitt werden verschiedene Aufbaukonzepte für aktive Antennen präsentiert und diskutiert.
Im Einzelnen wird zunächst auf den prinzipiellen Aufbau von phasengesteuerten Gruppenantennen,
Antennen mit digitaler Strahlformung und hybriden Konzepten eingegangen. Des Weiteren
werden gängige Schaltungstechniken für aktive Antennen erläutert und damit verknüpfte Vor- und
Nachteile abgewogen. Hauptaugenmerk liegt auf dem Vergleich der sogenannten direkten Umsetzung
mit einem heterodynen Verfahren (Überlagerungsempfänger).
2.2.1 Steuerbare Antennen
In Abbildung 2.2 sind zwei stark vereinfachte Blockschaltbilder von aktiven Antennen dargestellt.
Bei einem phased array (Abbildung 2.2a) gibt es nur einen Empfänger (engl. receiver - Rx) oder
Sender (engl. transmitter - Tx), und das Signal wird über ein Netzwerk auf die Einzelelemente
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