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2002
Doctoral Thesis
Titel
Antennenmodellierung mit Diagrammsynthese zur Systemanalyse von konformen Gruppenantennen
Alternative
Antenna Modelling and Pattern Synthesis Method for Conformal Array System Analysis
Abstract
Gegenstand der vorliegenden Arbeiten sind die theoretischen Grundlagen für die Antennenmodellierung und Diagrammsynthese bei Gruppenantennen auf beliebig geformten Oberflächen, sowie numerische und experimentelle Ergebnisse für ausgewählte Beispielgeometrien. Ein neuartiges Antennenmodell für Gruppenantennen wurde entwickelt, das auf dem Einsatz von Antennenelementen beruht, die verschiedene sphärische Moden niedriger polarer Ordnung abstrahlen. Es wird ein voll polarimetrisches, mehrmodiges Antennenelement nachgebildet, das die Berechnung der Wechselwirkung zwischen den einzelnen Elementen der Gruppe und somit die Vorhersage wichtiger HF-physikalischer Parameter wie Gruppendiagramm, Richtfaktor und Verkopplungskoeffizienten zur effizienten Systemanalyse erlaubt. Darauf aufbauend wurden polarimetrische Diagrammsyntheseverfahren für konforme Gruppenantennen durch Anregung mit Sektor-Wellenmoden entwickelt. Die hergeleiteten Sätze von physikalischen Modenfunktionen sowohl im zylindrischen, als auch im sphärischen Koordinatensystem eignen sich zur Bildung gewünschter Referenzdiagramme für verschiedene einfach und zweifach gekrümmte Geometrien, wahlweise mit Einschränkung des Geltungsbereiches der Funktionen auf einen Teilbereich/Sektor. Im Rahmen der Arbeit wurde ein Programmsystem auf Basis der beschriebenen Verfahren zur Antennenmodellierung und Diagrammsynthese erstellt, mit dessen Hilfe sich Systemparameter wie erzielbarer Gewinn, Schwenkbereich oder Bandbreite einer Antennengruppe ermitteln lassen. Die Verfahren wurden auf eine Reihe typischer ein- und zweifach gekrümmter Antennengeometrien angewandt. Zur Validierung der Arbeiten wurden die Daten mit Messergebnissen ausgewählter Geometrien von Antennengruppen verglichen. In einem weiteren Teil der Arbeit wurde die spezielle Fragestellung des kohärenten Empfangs mehrerer Signale gleicher Frequenz aus unterschiedlichen Richtungen untersucht. Neben Beispielen aus der Literatur wurden Ansätze zu Hochauflösung und digitaler Diagrammbildung für mehrkanalfähige Antennensysteme vorgestellt und mit den im Rahmen der Arbeit entwickelten Verfahren untersucht. Die Ergebnisse wurden hinsichtlich der erzielbaren Anzahl und Trennung der Kanäle ausgewertet.
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The present work deals with theoretical principles of antenna modelling and pattern synthesis methods for antenna arrays on arbitrarily shaped surfaces including numerical and experimental results for selected exemplary geometries. A novel antenna modelling method is presented which is based on antenna elements radiating spherical wave modes of low order. The application of this fully polarimetric multimode antenna element allows for the calculation of mutual coupling interferences between different elements and prediction of important high-frequency parameters such as array far field, directivity and coupling coefficients for system performance prediction. Additionally, a polarimetric pattern synthesis method for conformal antenna arrays based on excitation by sector wave modes has been developed. Physical wave functions in the cylindrical and spherical coordinate system are derived for the composition of desired reference far fields for single or double curved geometries. The domain of these functions may optionally be limited to a sector subarea. The methods presented in the scope of this thesis have been applied to several typical single and double curved antenna geometries. System parameters such as directivity, scanning range, bandwidth etc. have been calculated. For validation of the work data have been compared to measured results of selected antenna array geometries. Furthermore, the special problem of coherent reception of multiple signals with different angles of incidence and identical frequency has been investigated. In addition to literature examples, basic approaches for superresolution and digital beam forming for multi-channel antenna systems have been presented and examined using the presented methods. From these results the realized number of channels and signal-to-interference ratio have been evaluated.
ThesisNote
Aachen, TH, Diss., 2002
Verlagsort
Aachen