Allgemeine, feldkorrigierte Antennenmessungen (GFAM)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dirk Heberling
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 406228537

Antennen stellen, als unverzichtbarer Übergang der geführten elektromagnetischen Welle zum Freiraum, ein Schlüsselelement für jedes Hochfrequenzsystem dar. Unabhängig davon, ob es hierbei um die mobile Kommunikation oder Sensoren eines Radar-Systems geht.Die Strahlungscharakteristik wird durch eine Nah- oder Fernfeldmessung mit Hilfe einer zweiten Antenne (Testantenne) ermittelt. Das Messergebnis soll hierbei unabhängig von der Strahlungscharakteristik der verwendeten Testantenne sein. Bei Fernfeldmessungen wird dies dadurch erreicht, dass sich die Antennen im Fernfeld (R→∞) der jeweils anderen Antenne befinden. Bei Nahfeldmessungen wird eine analytische Korrektur, die aus der Abstrahlungscharakteristik der Testantenne berechnet wird, verwendet. Beide Methoden nehmen eine ideale Umgebung und Wellenausbreitung an. Die Feldverteilung im Testvolumen der zu vermessenden Antenne ist aufgrund dieser Annahmen nur eine Approximation der realen Feldverteilung und führt daher zu Messfehlern.Das Ersetzen der analytisch berechneten durch die gemessene Feldverteilung überwindet Grenzen klassischer Antennenmesstechnik. Die gemessene Feldverteilung beinhaltet zum Beispiel neben der gewünschten Direktstrahlung auch Kammerreflexionen. Darüber hinaus wird die tatsächliche Ausrichtung der Messanlage berücksichtigt. Die Verwendung der gemessenen Feldverteilung führt zu einem allgemeinen, feldkorrigierten Antennenmessverfahren. Antenneneigenschaften können präzise aus Messungen in einem beliebigen aber bekannten Vektorfeld bestimmt werden. Nahfeld- und Fernfeldmessmethoden werden dadurch in einer einzigen Theorie vereint.Das Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung und umfassende Analyse dieses allgemeinen, feldkorrigierten Antennenmessverfahren.Im Projekt wird das sphärische Messverfahren zunächst verallgemeinert, so dass Messungen mit Informationen über die in den Testbereich einfallenden elektromagnetischen Wellen korrigiert werden können. Ein kritischer Aspekt der messtechnischen Realisierung ist die Genauigkeit. Eine umfassende Sensitivitätsanalyse ist notwendig, um Anforderungen an den Aufbau zur Messung der Feldverteilung abzuleiten. Erste Untersuchungen haben ergeben, dass Positionierungsfehler und die Eigenschaften der Feldsonde einen besonders starken Einfluss haben. Die aus der Analyse gewonnenen Informationen werden für die Entwicklung eines optimierten Messsystems verwendet. Das neue Verfahren wird umfassend mit Messdaten getestet. Da die erforderliche Messdauer für vollständige sphärische Messungen nachteilig ist, wird die erreichbare Genauigkeit mit unvollständigen Messungen sowohl für die Messung der Feldverteilung als auch der Antennenmessung untersucht.Es wird erwartet, dass diese neue Methode neue Forschungswege mit einer Fülle von Anwendungsmöglichkeiten eröffnet. Es werden beispielsweise unzählbar viele Freiheitsgrade bei der Gestaltung der Messsysteme ermöglicht oder die Messgenauigkeit bestehender Systeme erhöht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen