Neinhüs, Markus:

FIR-Filter-basierte Steuerung von ultrabreitbandigen Gruppenantennen

(2008), XXIV, 131 S. : Ill., graph. Darst.
Dissertation / Fach: Elektrotechnik
Duisburg, Essen, Univ., Diss., 2008
Abstract:
Die drahtlose Übertragung von Daten nimmt in unserem Alltag einen immer größer werdenden Stellenwert ein, und es ist zu erwarten, dass der Trend zu drahtlosen Systemen auch in der Zukunft anhält und weitere Anwendungen hinzukommen. Dabei dürfen sich die unterschiedlichen Systeme und Dienste nicht gegenseitig stören, was sehr restriktive Vorgaben zur Nutzung der ein­zelnen Frequenzbänder erfordert und zu einer zunehmenden Frequenzknapp­heit führt. Dazu kommt, dass ein regelrechter Andrang auf lizenzfreie Fre­quenzbänder stattfindet, was den Effekt noch weiter verstärkt. Aus diesem Grund ist in jüngster Zeit die sogenannte Ultra Wideband-Technik (UWB) sehr populär geworden, die gegenüber herkömmlichen drahtlosen Systemen einige Vorteile aufweist. Die Nutzung des UWB-Frequenzbandes ist in den USA im Jahre 2002 sehr restriktiv durch die Federal Communications Commission (FCC) reglemen­tiert worden. Kern der Bestimmungen ist eine Frequenzmaske mit sehr gerin­ger spektraler Leistungsdichte. Dies stellt hohe Anforderungen an UWB-Sys­teme und eine konsequente Optimierung hinsichtlich der Systemempfindlich­keit, Effizienz und Reichweitenerhöhung. Eine Erhöhung des Gewinns (am Empfänger) wäre wünschenswert, führt bei Verwendung von aktiven Elemen­ten jedoch auch zu einer Erhöhung der Rauschleistung. Eine andere Möglich­keit ist die Verwendung von mehreren Empfangsantennen, auch Gruppenan­tenne genannt, da der Gewinn unter idealen Voraussetzungen mit der Anzahl der Elemente steigt, während die Rauschleistung gleich bleibt. In dieser Arbeit wird ein Konzept zur elektronischen Strahlformung ultrab­reitbandiger Signale vorgestellt. Ein FIR-Filter basiertes Strahlformungsnetz­werk wird dabei so erweitert, dass reale Einflüsse durch die Antennenelemen­te berücksichtigt werden können. Berechnungsgrundlagen werden für lineare und zirkulare Anordnungen der Antennenelemente vorgestellt. Ferner wird ein einfaches Konzept für ein analoges, elektronisch steuerbares FIR-Filter für den Mikrowellen-Frequenzbereich entwickelt und anhand eines vierstufi­gen Aufbaus in hybrider MIC-Technologie experimentell überprüft. Auf die­ser Basis wird ein Echtzeit-Demonstrator, bestehend aus einer zirkularen Gruppenantenne mit vier Elementen und fest eingestellten FIR-Filtern als Strahlformungsnetzwerk aufgebaut und für den Frequenzbereich von 1,5 GHz bis 2 GHz messtechnisch charakterisiert. Ein derartiges Experiment wurde im Rahmen dieser Arbeit erstmalig umgesetzt.

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