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3 Untersuchung von Antennenmodulen in Ziegelarchitektur
Gewinn [dB]
a)
10
5
0
−5
−10
29.25 GHz
29.50 GHz
29.75 GHz
30.00 GHz
30.25 GHz
29.75 GHz (Sim)
−15
−80−60−40−20 0 20 40 60 80
θ [°]
AR [dB]
b)
8
6
4
2
29.25 GHz
29.50 GHz
29.75 GHz
30.00 GHz
30.25 GHz
29.75 GHz (Sim)
0
−80 −60 −40 −20 0 20 40 60 80
θ [°]
Abbildung 3.24: a) Simulierter und gemessener Gewinn (RHCP, φ = 0) und b) AR von Element 1
des SIW-Strahlers B für 29,25 bis 30,25 GHz.
einem vektoriellen Netzwerkanalysator vom Typ HP8510 durchgeführt und stimmen mit der Simulation
gut überein. Der Gewinn in Hauptstrahlrichtung liegt zwar nicht bei den erwarteten 5,5 dB,
aber mit 4 bis 4,5 dB auch nicht viel tiefer. Die Messung wurde mit einer Referenzantenne durchgeführt,
deren Eigenschaften bekannt sind. Allerdings sind die Verluste der Übergänge zwischen
Hohlleiter- und Koaxialverbinder sowie der MiniSMP-Adapter nur geschätzt worden, woraus sich
eine Messunsicherheit von ungefähr 2 dB ergibt. Hervorzuheben ist, dass die Antenne nicht nur über
das gewünschte 500 MHz breite Band, sondern über 1 GHz gute Eigenschaften aufweist. Das ergibt
auch die Untersuchung des AR, dargestellt in Abbildung 3.24b. Über 1 GHz Bandbreite und für
einen Winkelbereich von θ = ±60 ◦ ist das AR kleiner als 6 dB.
Der Antennenwirkungsgrad η der Einzelstrahler liegt im Übrigen unter Berücksichtigung metallischer
und dielektrischer Verluste laut Simulationsergebnis bei knapp 85 %. Dies ist nur etwas weniger
als das, was mit vergleichbaren patch-Antennen erreicht werden kann ( 90 %).
Die Abbildung 3.25 zeigt das Richtdiagramm der acht Strahler (RHCP) bei der Mittenfrequenz,
wobei in Abbildung 3.25a das Ergebnis nach einer einfachen Kalibrierung und in 3.25b nach einer
Entkopplung dargestellt ist. Ebenfalls eingezeichnet sind die kreuzpolaren Anteile.
Man erkennt sehr gut, dass für den entkoppelten Fall die Richtdiagramme nicht nur besser aufeinander
liegen, auch die kreuzpolaren Anteile werden deutlich weiter unterdrückt. Ein Verhältnis beider
Moden von 10 dB, 20 dB und 30 dB steht für ein AR von ungefähr 5,7 dB, 1,7 dB und 0,55 dB. Aufgrund
der guten Symmetrie der Strahler wird hier und auch bei einigen nachfolgenden Diagrammen
auf die Darstellung der LHCP-Ergebnisse verzichten. Sie entsprechen bis auf minimale Abweichungen
den RHCP-Ergebnissen.
Der normierte array factor, dargestellt in Abbildung 3.26 für sowohl den kalibrierten wie auch den
entkoppelten Fall, zeigt erwartungsgemäß ein ähnliches Verhalten wie die Diagramme der Einzelstrahler.
Die Kurve nach der Entkopplung liegt fast komplett auf dem theoretischen Verlauf, und die
kreuzpolaren Anteile werden gut unterdrückt, während es beim kalibrierten Fall einige Abweichungen
bei größeren Winkeln gibt und die kreuzpolaren Anteile über weite Bereiche dem Verlauf des
array factors folgen. Dieses Verhalten ist typisch, wenn ausschließlich kalibriert wird. Das AR der
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