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2 Aktive Gruppenstrahler
Zu beachten ist bei sämtlichen Überlegungen allerdings auch, dass der Entwurf der aktiven Antennen
konform mit dem modularen Prinzip sein muss. Wie bereits erwähnt, sind Antennen bestehend aus
vielen tausenden Einzelelementen anders nur schwierig zu realisieren. Dies kann in der Tat mit auf
einem rechteckigen Gitter aufgebauten Antennenmodulen einfacher ausfallen. Für diese Wahl des
Gitters ist die gewählte Gesamtarchitektur entscheidend, worauf in Abschnitt 2.6 näher eingegangen
werden soll.
2.5 Verkopplung und Kalibrierung
Nicht erst im Ka-Band sondern auch schon bei niedrigeren Frequenzen ist davon auszugehen, dass
die einzelnen Kanäle eines aktiven Gruppenstrahlers unterschiedliche Eigenschaften besitzen. Sowohl
die Amplituden als auch die Phasen der Signale unterscheiden sich und verursachen somit
Fehler bei der Ausbildung einer Hauptkeule [86]. Ohne eine möglichst genaue Kenntnis dieser Variationen
unter den Kanälen ist ein effizienter Betrieb eines Gruppenstrahlers nicht möglich.
Um die Variationen zu kompensieren werden M komplexe Kalibrierkoeffizienten benötigt, also
ein Koeffizient für jedes Antennenelement. Für einen Gruppenstrahler ohne jegliche Verkopplung
der Antennenelemente wäre diese Art der Kalibrierung nicht nur ausreichend sondern perfekt. Allerdings
können in der Regel die Verkopplungen der Antennenelemente und auch die der aktiven
Kanäle nicht vernachlässigt werden. Je nach Integrationsdichte kann dieser Beitrag Fehler in ähnlicher
Größenordnung verursachen. Ohne Ausnutzung von Symmetrien werden zur Kompensation
von Variation und Verkopplung M × M bis 2M × M Kalibrierkoeffizienten benötigt [87]. Ausführliche
Informationen über die Kalibrierung von Gruppenstrahlern inklusive passender Messverfahren
finden sich unter anderem ebenfalls in [87] und in [88]. Sowohl die Messverfahren als auch die eigentlichen
Kalibriervorschriften können sich wesentlich unterscheiden, je nachdem ob es sich um
ein phased array, eine DBF-Antenne oder eine hybride Konstruktion handelt.
Mittels geeigneter auf [89–91] aufbauenden Kalibrierungsvorschriften sollen in dieser Arbeit zwei
Ziele verfolgt werden. Ziel 1 ist die Überprüfung der Funktionstüchtigkeit einer realisierten Antenne,
stellt also einen notwendigen Zwischenschritt von der Messung bis zur Auswertung dar. Als
zweites sollen aus den Kalibrierergebnissen Rückschlüsse auf die Eigenschaften des Gruppenstrahlers,
beispielsweise auf die Verkopplung der Elemente, gezogen werden.
Die in Abschnitt 2.1 gezeigten Gleichungen gelten nur für den idealen, ungestörten Fall. In diesem
Abschnitt werden die Grundlagen der Kalibrierung von Antennen wiedergegeben. Ziel ist es, ein ausreichend
gutes Gruppenstrahlermodell sowie einen geeigneten Kalibrieralgorithmus zu entwickeln,
um in der Lage zu sein, aktive Antennen auch bei Einsatz von PDM erfolgreich zu kalibrieren.
2.5.1 Einmodige Verkopplung
Ein häufig verwendeter Ansatz zur Beschreibung einer einfachen Verkopplung von Gruppenstrahlerelementen
ist in Abbildung 2.33 für den Empfangsfall schematisch dargestellt. Die aktive Charakteristik
eines Einzelstrahlers setzt sich dabei aus der Überlagerung seiner eigenen Charakteristik
und den Einflüssen von anderen Einzelstrahlern zusammen.
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