Ultra-Breitband (UWB) Array-Antennen und Elektronische Steuerung mit FIR-Filter-Elementen

In: VDE/ITG Diskussionssitzung UWB, (2006)
Zeitschriftenaufsatz / Fach: Elektrotechnik
Abstract:
Konzepte der elektronischen Strahlsteuerung werden bzgl. ihrer Tauglichkeit für UWBSignale
gegenübergestellt und die Steuerung durch FIR-Filter vorgestellt. Große Vorteile
werden aufgezeigt bei der Realisierung von Speisenetzwerken mit Hilfe der FIR-Filter sowie
bei der Korrektur von Kanal-Frequenzgängen und Impulsverformungen sowie bei der
Kompensation von Antennenelement-Verkopplungen. Es wird gezeigt, wie der relative
Elementabstand (relativ zur räumlichen Länge der Sendepulse) die Charakteristik der
Strahlungsdiagramme bestimmt. Insbesondere bei großen Abständen (sparse array) tritt
Interferenz der Einzelbeiträge der Antennengruppe nur im Bereich der Hauptkeule auf und im
Weitabwinkelbereich erscheinen die Sendeimpulse aller Antennenelemente getrennt im
Zeitbereich hintereinander, sodass die Strahlungscharakteristik hier konstanten Pegel
aufweist, ohne Nebenzipfel und ohne Grating Lobes; allerdings besteht auch keine
Möglichkeit der Diagrammbeinflussung im Winkel- und Frequenzbereich durch elektronische
Steuerung (beamforming) abgesehen von der Keulenschwenkung mit Hilfe von True Time
Delay-Steuerung.
Die im zweiten Teil vorgestellten Arbeiten basieren deshalb auf konventionell
dimensionierten Gruppenantennen mit engen Elementabständen. Es wird gezeigt, wie mit
Hilfe der FIR-Filter eine lineare Antennengruppe so gesteuert werden kann, dass die
Strahlungscharakteristik im Frequenzbereich etwa gleich bleibt und Kanal-
Impulsverformungen kompensiert werden können. Mit Hilfe eines solchen Antennensystems
wird ein UWB-Puls-Kommunikationssystem in einer Büro-Umgebung simuliert und gezeigt
wie die Kanal-Impulsantwort (Mehrwege-Ausbreitung) durch geeignete Diagrammformung
optimiert werden kann um ohne aufwendige digitale Signalverarbeitung an den
Einzelelementen die Übertragungskapazität zu erhöhen.