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2.6 Aufbauarchitekturen
ist Bestandteil der in Gleichung 2.93 eingeführten Verkopplungsmatrix.
Für die Kalibrierung bei zweimodiger Verkopplung folgt, dass die Charakteristiken fn a und fn i nun
vektoriell sind. Das Gleichungssystem wird wie in [103, 104] aufgestellt:
[
f
a
ko,m1
f a kr,m1
f a kr,m2
f a ko,m2
] [ (c −1 ) T ko,m1 (c −1 ) T kr,m1
(c −1 ) T kr,m2 (c −1 ) T ko,m2
]
=
[ f
i
m1
0
0 f i m2
]
. (2.118)
Die zwei Moden werden durch m1 und m2 unterschieden, und die Indizierungen kr und ko stehen
für die kreuz- bzw. kopolaren Verkopplungen und Anteile. Es werden folglich Verkopplungen
von identischen und unterschiedlichen Feldverteilungen der Antennen berücksichtigt, um das reale
Verhalten der Einzelstrahlerelemente zu modellieren, um also beispielsweise eine elliptisch anstelle
einer linear oder zirkular polarisierten Welle darzustellen.
Dazu muss allerdings zwischen den ko- und kreuzpolaren Anteilen unterschieden werden. Beide
Moden sind demzufolge getrennt voneinander anzuregen und zu vermessen. Für eine zweifach gespeiste
und zweifach polarisierte Antenne werden daher vier komplexwertige Messungen für jeden
Winkel durchgeführt.
Das Ergebnis rechtfertigt diesen Aufwand. Nicht nur, dass die Einzelstrahler entkoppelt und die
gewünschten Richtdiagramme hergestellt sind, aufgrund der Nullen auf der rechten Seite des Gleichungssystems
wird auch die kreuzpolare Komponente minimiert. Dies alles geschieht in einem
Schritt durch die Lösung im Sinne des kleinsten Fehlerquadrates.
Im Falle einer Serienfertigung wären aufwendige Kalibriermessungen für jede aktive Antenne unter
Umständen sehr kostenintensiv, weshalb dann ein Einsatz interner Kalibriernetzwerke [41] oder
externer Kalibrierungssonden [41, 88, 105] erwogen werden sollte, die zusätzlich zu einer Basiskalibrierung
Informationen während des Betriebs beisteuern. Auch Szenarien, in denen definierte
Signale mit einer anderen Antenne bekannter Position ausgetauscht werden, sind denkbar.
Auch wenn gute Antennenentwürfe und neue Methoden zur Reduzierung der Verkopplung [106–
110] den Bedarf einer Kompensation verringern, so wird eine numerische Entkopplung in absehbarer
Zeit und vor allem bei komplexen und sehr großen aktiven Antennen immer eine Verbesserung der
Leistungsfähigkeit mit sich bringen. Allerdings ist eine Anwendung der in diesem Kapitel gezeigten
Methoden nur Gruppenstrahlern vorbehalten, deren Einzelkanäle in Betrag und Phase manipuliert
werden können. Phased arrays scheiden also aus, sofern nicht Maßnahmen zur Amplitudenregelung
getroffen werden.
Neben den hier gezeigten allgemeinen Ansätzen zur Kalibrierung und Entkopplung gibt es auch
Fälle, bei denen anwendungsbezogene Lösungen benötigt werden. In [98] wird beispielsweise beschrieben,
wie man eine Entkopplung über eine gewisse Frequenzbandbreite optimiert. Dies ist
dann sinnvoll, wenn nur eine und nicht mehrere Entkopplungsmatrizen eingesetzt werden sollen.
In [111, 112] wird aufgezeigt, wie man den Effekt der Abstrahlung vom Substratrand bei Gruppenstrahlern
bestehend aus patch-Antennen bei der Entkopplung kompensieren kann. Auf diese oder
andere Speziallösungen wird in der vorliegenden Arbeit nicht weiter eingegangen.
2.6 Aufbauarchitekturen
In diesem Abschnitt sollen die wesentlichen Architekturen für aktive Antennen vorgestellt werden.
Nach einem Vergleich der grundlegenden Eigenschaften werden auch realisierte Antennen präsentiert
und verglichen. Es wird dabei zunächst weder zwischen Sender und Empfänger noch zwischen
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