Messzeit-optimierte Kalibrationsverfahren für sehr große Antennenarrays von Millimeterwellen-Radaren

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Waldschmidt
• Fachliche Zuordnung: Kommunikationstechnik und -netze, Hochfrequenztechnik und photonische Systeme, Signalverarbeitung und maschinelles Lernen für die Informationstechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 512892854

Seit wenigen Jahren ist es möglich auch im oberen Millimeterwellenbereich winkelgebende Radarsensoren mit sehr großen absoluten Messbandbreiten zu realisieren. Dem Wunsch nach immer höheren Winkelauflösungen werden die Arraydesigns der Sensoren durch größere Aperturen gerecht. Diese z.T. mehrere hundert Wellenlängen großen Arrays sind mit konventionellen Kalibrationsansätzen nur sehr schwer bzw. nur mit extremen Aufwänden kalibrierbar, da mit sehr kleinen Messschritten in der Kalibration gearbeitet werden muss. Zweidimensionale Arrays können häufig gar nicht winkelabhängig kalibriert werden. Erschwerend kommt hinzu, dass über die großen absoluten Bandbreiten die einzelnen Teile eines Arrays aufgelöst werden können bzw. das Array mehrere Entfernungsauflösungszellen groß ist, und somit im Radarbetrieb eine Kopplung der Winkel- und Abstandsinformation auftritt. Im Fokus dieses Vorhabens steht deswegen die Erforschung einer fundamental neuen Kalibrationsmethode für elektrisch sehr große Arrays im Millimeter- und Sub-Millimeter-Wellenbereich. Das Institut für Mikrowellentechnik (MWT) schlägt dazu einen neuen Ansatz vor, der eine Analyse der Modenentwicklung der Felder nutzt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Kalibrationsmethoden wird dabei das physikalische Verhalten der Antennen in die Kalibration einbezogen. Durch eine höchst effiziente Darstellung des physikalischen Antennenverhaltens verspricht der neue Ansatz Kalibrationen, die auf sehr wenigen Kalibrations-Messpunkten basieren und dennoch tiefe Einblicke in die Wirkmechanismen erlauben, die eine Kalibration überhaupt notwendig machen. Dieser Ansatz soll als neuartige Kalibrationsmethode erforscht werden, die den Messaufwand der Kalibration deutlich reduziert auf Kosten des Rechenaufwands. Außerdem sollen die Grenzen des Verfahrens untersucht werden, welcher Messaufwand abhängig von dem Array für die Kalibration nötig ist und welche Kalibrationsqualität damit erreicht werden kann. Die Evaluierung soll anhand von verschiedenen Demonstratoren durchgeführt werden und zu einem Vergleich mit herkömmlichen Kalibrationsansätzen führen. Zu dem Schlüsselthema dieses Projekts zählt auch die Durchführung der Kalibration bei kompakten Messplätzen. Daher soll untersucht werden, wie die Kalibration mit Verwendung von Messdaten aus dem Nahfeld durchgeführt werden kann. Des Weiteren sollen Konzepte für die Nutzung von partiellen Subkalibrationen zur Synthese vollständiger Kalibrationsdatensätze untersucht werden. Mithilfe der Verwendung von Subkalibrationen sollen elektrisch sehr große Arrays unter Einhaltung der Fernfeld-Bedingung, auch bei kompakten Messaufbauten, kalibriert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen