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1 Einleitung
(engl. reflectarrays) [26, S. 47ff.]. Hierbei strahlt eine primäre Antenne (Primärstrahler) auf einen
Gruppenstrahler, dessen Einzelelemente über Phasenschieber kurzgeschlossen sind. Die reflektierten
Signale jedes Einzelstrahlers können also in der Phase variiert werden, wodurch die Richtung
der Hauptkeule des Gruppenstrahlers bestimmt wird.
Bei Gruppenstrahlern mit digitaler Strahlformung (engl. digital beam forming - DBF) ist für jedes
Antennenelement die komplette Empfänger- bzw. Senderelektronik implementiert, was zwar den
Schaltungsaufwand verglichen mit phased arrays stark erhöht aber auch die Flexibilität der Antennen
steigert. Der Vorteil, nicht nur die Phasen sondern auch die Amplituden für jedes Antennenelement
variieren zu können, ermöglicht zusätzlich zur Strahlsteuerung eine Strahlformung (engl.
beam shaping/tapering), das Ausblenden von Raumrichtungen (engl. nulling) - beispielsweise zur
Unterdrückung von Störquellen - und Mehrfachkeulenausbildung (engl. multibeam capability). Für
die Umsetzung dieser Möglichkeiten ist unter anderem aber auch eine sehr leistungsfähige Digitalelektronik
von Nöten.
Trotz der Komplexität von aktiven Antennen gab es in der Vergangenheit interessante und vielversprechende
Umsetzungen, wenn auch meist mit nur wenigen Einzelstrahlern und im L-Band [32]
oder X-Band [31].
Die Auswahl einer der genannten Realisierungsmöglichkeiten aktiver Antennen für eine spezielle
Anwendung erfolgt oft durch einen Kompromiss aus Leistungsfähigkeit und Kosten. Wie im Verlauf
der Arbeit noch gezeigt wird, sind auch Kombinationen der verschiedenen Antennenkategorien
möglich, welche im weiteren Verlauf als hybride Ansätze bezeichnet werden sollen.
Zurzeit gibt es zwar mehrere unterschiedliche Ansätze, breitbandige bidirektionale Satellitenverbindung
mit mobilen Nutzern zu realisieren, allerdings haben auch eine Vielzahl an technologischen
Herausforderungen wie Integrationsdichte, Größe, Gewicht, Aerodynamik, Leistungsbedarf, Wärmeabfuhr
und Kosten dazu geführt, dass keiner dieser Ansätze sich zu einem Massenprodukt entwickelt
hat. In den vergangenen Jahren wurden beispielsweise verschiedene in- und ausländische
Projekte [33–36] initiiert, um Satellitenkommunikation bei hohen Frequenzen und für mobile Nutzer
zu ermöglichen. Derzeit gibt es Anstrengungen [37–39], die, neben theoretischen Studien und Tests
unter Laborbedingungen, auch komplexe Technologiedemonstrationen und aufwendige Experimente
(teilweise im Weltall) vorsehen. Die Tatsache, dass für die Anbindung von Fernverkehrszügen
in Zukunft ebenfalls Satellitensysteme eingesetzt werden sollen [40], obwohl hier noch am Ehesten
eine Infrastruktur am Boden entlang der Zugstrecken aufgebaut werden könnte, verdeutlicht den Bedarf
an flexibel steuerbaren Antennen. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Entwurf genau
solcher Antennen. Sie entstand im Rahmen der vom BMBF (Bundesministerium für Bildung und
Forschung) und BMWi (Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie) geförderten Projekte
Santana II und Santana III [38, 41] (smart antenna terminal).
Ziel dieser Arbeit ist es, einen Beitrag zur Bewältigung der zuvor genannten Herausforderungen
zu leisten und somit eine Realisierungsmöglichkeit für eine aktive Antenne zu finden, die für Satellitenverbindungen
bis in den Millimeterwellenbereich eingesetzt werden kann. Besondere Aufmerksamkeit
soll dabei einer modularen und bestenfalls frei skalierbaren Lösung eingeräumt werden, um
die Möglichkeit zu haben, die Leistungsfähigkeit der Antenne der Anwendung anzupassen.
In Kapitel 2 wird zunächst auf die wesentlichen Grundlagen aktiver Gruppenstrahler eingegangen.
Darauf aufbauend werden Untersuchungen angestellt, die klären sollen, welche Vor- und Nachteile
mit den unterschiedlichen Aufbaukonzepten und Architekturen aktiver Gruppenstrahler verknüpft
sind. Das Hauptaugenmerk liegt dabei oft auf Limitierungen diverser Eigenschaften und der Fra-
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