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theta3dB [°]
Optimierung 62
5.2.1 Variation des Elementabstandes
Betrachtet man die normierte Arrayfaktorfunktion für gleichphasig gespeiste Elemente
⎛ πa
⎞
sin⎜N
sinϑ⎟
⎝ λ
F ( ϑ)
=
⎠
, (5.3)
⎛ πa
⎞
Nsin⎜
sinϑ⎟
⎝ λ ⎠
so findet man den Elementabstand a als konstanten Faktor vor der Laufvariable sinϑ im
Argument einer Kreisfunktion. Die Vergrößerung des Elementabstandes a führt zu einer
Erhöhung der Periodenanzahl im gegebenen Definitionsbereich z.B. –90° ≤ ϑ ≤ 90°. Für
das Richtdiagramm eines Antennenarrays bedeutet das eine Zunahme der Anzahl an
Nebenkeulen und daraus resultierend eine Verschmälerung der Nebenzipfel, der
Hauptkeule und damit verbunden eine Absenkung des Hauptstrahlwirkungsgrades. Die
Abstandserweiterung hat keinen Einfluß auf die Amplituden der Funktion (5.3) und damit
auf die Nebenzipfeldämpfung oder auf den Richtfaktor. Zur Unterdrückung der
Entstehung von zusätzlichen Hauptkeulen (grating lobes) in dem von der Antenne
abzudeckenden Winkelbereich ist eine Abstandsvergrößerung nur in bestimmten Grenzen
sinnvoll: 0.5 ≤ a/λ ≤ 1.
Im Bild 5.1a ist die Halbwertsbreite in Abhängigkeit vom Elementabstand λ/2 ≤ a ≤ λ
(bzw. 0.5 ≤ dλ ≤ 1) für das Phased-Array Kühlungsborn dargestellt. Bild 5.1b zeigt das
Richtdiagramm des Arrays für verschiedene Strahlerabstände a.
8.5
8
7.5
7
6.5
6
5.5
5
4.5
4
2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6
Elementabstand a [m]
-39
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
theta[°]
(a) (b)
Bild 5.1: (a) Halbwertsbreite in Abhängigkeit vom Elementabstand für das Phased-Array
Kühlungsborn (b) normiertes Richtdiagramm für verschiedene Elementabstände a,
(HPBW = Halbwertsbreite; etaHK = Hauptstrahlwirkungsgrad)
Im phasengesteuerten Betrieb muß die in Kühlungsborn gewählte Art der Speisung in
Subsystemen beachtet werden. Mit der Aufteilung des Phased-Arrays in 6 x 6 = 36
normiertes Richtdiagramm [dB]
0
-3
-6
-9
-12
-15
-18
-21
-24
-27
-30
-33
-36
a=4.0m; HPBW=6.0°; etaHK=81.6%
a=4.8m; HPBW=4.9°; etaHK=78.8%
a=5.6m; HPBW=4.2°; etaHK=53.5%