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2.4 Optimale Anordnung der Einzelstrahler
unterschieden werden, ob die Elemente zufällig angeordnet sind (engl. random arrays) oder ein regelmäßiges
Gitter zu einem gewissen Grad ausgedünnt wird (engl. thinned oder sparse arrays). Die
verschiedenen Möglichkeiten bei unregelmäßigen Anordnungen werden ebenfalls seit einigen Jahrzehnten
untersucht [65, 66] und tauchen auch in heutigen einschlägigen Fachbüchern auf [44]. Ziel
ist in der Regel, aus Kostengründen für eine definierte Aperturgröße Elemente einzusparen, ohne
dabei sekundäre Hauptkeulen zu erzeugen.
Oft sind die Berechnungen für eine unregelmäßige Anordnung der Elemente sehr aufwendig, da es
nur wenige Möglichkeiten gibt, ein Gitter für ein definiertes Richtdiagramm direkt zu bestimmen.
Zahlreiche Algorithmen suchen ein Optimum durch systematisches Ausprobieren vieler (oder aller)
Möglichkeiten. In [67–69] ist deshalb ein rekursiver Ansatz näher untersucht worden, mit dem
für eine gegebene Anregung der Elemente ein Gitter für einen definierten array factor synthetisiert
werden kann. Man erhält eine Anordnung mit deutlich weniger als zwei Elementen pro Wellenlänge,
ohne dass sekundäre Hauptkeulen auftreten. Allerdings gilt das nur in Hauptstrahlrichtung. Der
Schwenkbereich wird nach wie vor in ähnlichem Maße eingeschränkt, wie auch bei regelmäßigen
Gittern mit derselben Dichte an Elementen pro Wellenlänge. Auch die Anwendung des im vorherigen
Abschnitt eingeführten modularen Konzeptes ist nur noch bedingt möglich. Um dieses aufrecht
zu erhalten, werden im Folgenden nur noch regelmäßige Anordnungen untersucht.
Um die Möglichkeit von PDM beurteilen zu können, müssen zunächst die Polarisationseigenschaften
der Einzelstrahler festgelegt sein. In der Literatur [59, 70] sind vor allem zwei Möglichkeiten
für die Realisierung von unterschiedlichen Polarisationen zu finden. Zum einen kann ein Einzelstrahler
so aufgebaut werden, dass mehrere Speisetore vorhanden sind. Durch Auswahl des Tores
wird eine Polarisation festgelegt. Da jegliche Art von TEM-Welle (transversal elektromagnetische
Welle) durch Überlagerung von zwei orthogonal polarisierten Feldvektoren dargestellt werden kann,
ist es in der Regel ausreichend, nicht mehr als zwei Tore (also auch zwei Polarisationen) für einen
Einzelstrahler vorzusehen. Es handelt sich in der Regel also um die Auswahl zwischen zwei linear
polarisierten oder rechts und links zirkular polarisierten Wellen. Zum anderen kann die gewünschte
Polarisation aus mehreren Einzelstrahlern unterschiedlicher Polarisationen erzeugt werden [71–75].
So entsteht beispielsweise eine zirkular polarisierte Welle aus zwei orthogonalen linear polarisierten
Anteilen, die um 90 ◦ phasenverschoben sind. Dies wird auch Prinzip der sequenziellen Rotation genannt
(engl. sequential rotation), wobei durchaus mehr als zwei lineare Anteile, die nicht zwingend
orthogonal zueinander sind, vorkommen können. Das gleiche Prinzip kann auch benutzt werden,
um mit Strahlern identischer aber nicht idealer Polarisation ein verbessertes Richtdiagramm zu erhalten
[76–78]. Die Überlagerung einer rechts und einer links zirkular polarisierten Welle wiederum
ergibt eine lineare Polarisation. Zur Verdeutlichung sind in Abbildung 2.12 die zwei genannten Möglichkeiten,
einen zirkular polarisierten Gruppenstrahler zu realisieren, dargestellt.
a) d
e j90° e j90°
e j0° e j0°
b)
e j90° e j0°
d
Abbildung 2.12: Zwei Möglichkeiten, eine zirkulare Polarisation zu realisieren.
Die Kreise stellen jeweils Antennenelemente im Abstand d dar, während die Pfeile die Richtung der
elektrischen Feldvektoren kennzeichnen. Die Exponentialterme enthalten die Phaseninformationen.
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