Warum erscheinen bei großem Abstand zusätzliche Keulen?

Gitterkeulen sind räumliche Überlagerung. Ist d > λ/2, gibt es Winkel, bei denen die Phasendifferenz zwischen Nachbarn wieder ein Vielfaches von 2π ist und sich die Wellen gleichphasig addieren. Die Bedingung d ≤ λ/2 lässt gewöhnlich nur eine Hauptkeule bei jedem Steuerwinkel.

Womit stellt man die Steuerphase in der Praxis ein?

Mit Phasenschiebern hinter jedem Element: das Signal wird um einen vorgegebenen Betrag verzögert. Die progressive Verschiebung neigt die Wellenfront und dreht den Strahl, ohne die Antenne zu bewegen.

Ist das die vollständige Charakteristik einer realen Antenne?

Nein. Gezeigt ist nur der Gruppenfaktor bei isotropen Elementen. Die volle Charakteristik ist das Produkt aus Elementfaktor und Gruppenfaktor. Hier stehen Geometrie und Phasenlage im Vordergrund.

Wie hängt die Keulenbreite von der Elementzahl ab?

Die Breite der Hauptkeule ist umgekehrt proportional zur elektrischen Länge der Gruppe. Mehr N bei gleichem Abstand d — längere Apertur, schmalerer Strahl und höhere Richtwirkung.

Phased-Array-Antenne

Gruppenfaktor einer gleichförmigen linearen Gruppe in Abhängigkeit von Steuerphase und Elementabstand.

Zum Modell

Die Phased-Array-Antenne formt den Strahl durch Interferenz der Felder von N Elementen, ohne die Antenne mechanisch zu drehen. Für eine gleichförmige lineare Gruppe gilt der Gruppenfaktor AF(θ) = |sin(Nψ/2)/sin(ψ/2)|, wobei ψ = 2π(d/λ) sinθ + Δφ, d der Abstand und Δφ die progressive Phasenverschiebung sind. Mit Δφ schwenkt man die Hauptkeule; bei d > λ/2 treten Gitterkeulen auf. Die Elemente gelten als isotrope Punktquellen im Fernfeld; Elementcharakteristik und gegenseitige Kopplung fehlen.

Für wen: Antennentheorie und Elektromagnetismus: Gruppenfaktor und elektronische Strahlschwenkung.

Wichtige Begriffe

Gruppenfaktor
Strahlschwenkung
Gitterkeulen
progressive Phasenverschiebung
Elementabstand
Hauptkeule
Fernfeld

So funktioniert es

Gruppenfaktor einer gleichförmigen linearen Gruppe |sin(Nψ/2)/sin(ψ/2)|, ψ = 2π(d/λ)sinθ + Δφ. Die progressive Phase Δφ neigt die Hauptkeule; der Abstand d/λ entscheidet, ob Gitterkeulen auftreten. Auf dem Bildschirm die Charakteristik |AF(θ)|; die Charakteristik des einzelnen Elements fehlt.

Häufige Fragen

Warum erscheinen bei großem Abstand zusätzliche Keulen?: Gitterkeulen sind räumliche Überlagerung. Ist d > λ/2, gibt es Winkel, bei denen die Phasendifferenz zwischen Nachbarn wieder ein Vielfaches von 2π ist und sich die Wellen gleichphasig addieren. Die Bedingung d ≤ λ/2 lässt gewöhnlich nur eine Hauptkeule bei jedem Steuerwinkel.
Womit stellt man die Steuerphase in der Praxis ein?: Mit Phasenschiebern hinter jedem Element: das Signal wird um einen vorgegebenen Betrag verzögert. Die progressive Verschiebung neigt die Wellenfront und dreht den Strahl, ohne die Antenne zu bewegen.
Ist das die vollständige Charakteristik einer realen Antenne?: Nein. Gezeigt ist nur der Gruppenfaktor bei isotropen Elementen. Die volle Charakteristik ist das Produkt aus Elementfaktor und Gruppenfaktor. Hier stehen Geometrie und Phasenlage im Vordergrund.
Wie hängt die Keulenbreite von der Elementzahl ab?: Die Breite der Hauptkeule ist umgekehrt proportional zur elektrischen Länge der Gruppe. Mehr N bei gleichem Abstand d — längere Apertur, schmalerer Strahl und höhere Richtwirkung.

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