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5-2021

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Antennen Prinzipien,

Antennen Prinzipien, Vorteile und Typen Phased-Array-Antennen Phased-Array- Antennen sind eine Art von Antennenarray, das über die Funktion der elektronischen Strahlungslenkung (Beamforming) verfügt, um die Richtung und Form des abgestrahlten Signals ohne physische Bewegung der Antenne zu ändern. Die Steuerung der Phasendifferenz zwischen den von jeder Antenne in der Anordnung abgestrahlten Signalen wird für diese elektronische Lenkung ausgenutzt. Das Grundprinzip der Phased-Array-Antenne ist also die phasengesteuerte Überlagerung von mehreren Signalen. Wenn die Signale in Phase sind, verbinden sie sich mit additiver Amplitude. Wenn die Signale gegenphasig sind, heben sie sich gegenseitig auf. Arten von Phased- Array-Antennen Die drei Arten von Phased- Array-Antennen sind: 1) lineares Array 2) planares Array 3) Frequenzabtast-Array Phased-Array-Antennen spielen bei den 5G-Kommunikationstechnologien eine große Rolle. Antennenarrays funktionieren nach folgendem Konzept: Eine Gruppe, die koordiniert zusammenarbeitet, kann mehr als eine Einheit erreichen, die unkoordiniert dieselbe Menge an Arbeit erledigt. Phased- Array-Antennen arbeiten nach diesem Prinzip, um eine verbesserte Signalstärke durch hohen Gewinn gegenüber einzelnen oder nicht koordinierten Antennen zu erzielen. Mehr zur Funktion von Phased-Array- Antennen Phased-Array-Antennen enthalten mehrere Antennenelemente zum Zwecke der Strahlformung (Bild 1). Drei gängige Anwendungsbereiche sind WiFi, Chirp- Radar und 5G. Die Anzahl der Antennenelemente in einer Phased-Array-Antenne kann von wenigen Stück bis zu tausenden reichen. Das Ziel besteht darin, die Richtung des insgesamt emittierten Strahls zu steuern, indem konstruktive Interferenzen zwischen den einzelnen abgestrahlten Signalen ausgenutzt werden. Dies wird allgemein als Beamforming bezeichnet. Eine Phased-Array-Antenne ermöglicht die Strahlformung durch Einstellen der Phasendifferenzen zwischen den an jedes Antennenelement im Array gesendeten Signalen. Dadurch kann das Strahlungsmuster gesteuert und auf ein Ziel gerichtet werden, ohne dass eine physikalische Bewegung der Antenne erforderlich ist. Dies bedeutet, dass die Strahlformung entlang einer bestimmten Richtung einen Interferenzeffekt zwischen omnidirektionalen Antennenelementen darstellt, z.B. Dipolantennen, die in WiFi verwendet werden. Wenn die emittierten Signale perfekt in Phase sind, interferieren sie konstruktiv und erzeugen intensive Strahlung nur entlang einer bestimmten Richtung. Die Richtung wird durch Einstellen der Phasenverschiebung zwischen den an verschiedene Sender gesendeten Signalen gesteuert. Die Phasenverschiebung wiederum wird gesteuert durch eine leichte Zeitverzögerung zwischen den Signalen, die an aufeinanderfolgende Emitter in dem Array gesendet werden. Außerhalb der Hauptstrahlrichtung nimmt die Strahlintensität ab. Es gibt auch Nebenkeulen im Strahlmuster, da die Signale periodisch sind. Informativ ist der Vergleich einer Monopolantenne und einer Phased-Array-Antenne aus Monopolen (Bild 1). Die Monopolantenne emittiert in alle Richtungen in der Ebene senkrecht zur Antennenachse. Wenn mehrere Monopole verwendet werden, um ein phasengesteuertes Array zu bilden, interferieren Wellenfronten miteinander, um eine flache Phasenfront zu bilden. Quelle: Phased Array Antennas: Principles, Advantages, and Types Cadence System Analysis 2021 übersetzt von FS Bild 1: Zum Vergleich einer einzelnen Monopolantenne mit einer Phased-Array-Antenne auf Basis von Monopolen 14 hf-praxis 5/2021

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