Hochintegrierte aktive Sendeantenne für den Millimeterwellenbereich

Ziel dieser Arbeit ist es, einen Beitrag zur Bewältigung der zuvor genannten Herausforderungen zu leisten und somit eine Realisierungsmöglichkeit für eine aktive Antenne zu finden, die für Satellitenverbindungen bis in den Millimeterwellenbereich eingesetzt werden kann. Besondere Aufmerksamkeit soll dabei einer modularen und bestenfalls frei skalierbaren Lösung eingeräumt werden, um die Möglichkeit zu haben, die Leistungsfähigkeit der Antenne der Anwendung anzupassen. In Kapitel 2 wird zunächst auf die wesentlichen Grundlagen aktiver Gruppenstrahler eingegangen. Darauf aufbauend werden Untersuchungen angestellt, die klären sollen, welche Vor- und Nachteile mit den unterschiedlichen Aufbaukonzepten und Architekturen aktiver Gruppenstrahler verknüpft sind. Das Hauptaugenmerk liegt dabei oft auf Limitierungen diverser Eigenschaften und der Frage, ob diese Limitierungen unter bestimmten Bedingungen erweitert, aufgehoben oder umgangen werden können. Einige Eigenschaften gelten allgemein, andere sind sehr anwendungsspezifisch. In letzterem Fall wird deshalb oft das Szenario aus den Santana-Projekten herangezogen. Ein großer Abschnitt in Kapitel 2 befasst sich mit der Kalibrierung von Gruppenstrahlern und der Frage, wie man Verkopplungen zwischen den Einzelstrahlern kompensieren kann. Andere eingangs genannte Systeme wie reflektierende Gruppenantennen, VSATs und auch Antennen mit Strahlsteuerung durch Speisenetzwerke werden in dieser Arbeit nicht untersucht. Das Kapitel schließt mit einer Bewertung der wesentlichen Kriterien, und eine Auswahl für eine Realisierung wird getroffen. In Kapitel 3 wird die Umsetzung einer aktiven Antenne in der sogenannten Ziegelarchitektur betrachtet. Realisierungen aktiver Antennen basieren zum Teil auf einfachen, oft aber auch auf sehr komplexen Leiterkarten. Um die Eigenschaften und Limitierungen dieser Komponenten gut abschätzen zu können, wird in Abschnitt 3.1 eine kurze Übersicht zur heutigen Aufbau- und Verbindungstechnik gegeben. Des Weiteren widmet sich dieser Abschnitt den wesentlichen Eigenschaften von im Substrat integrierten Wellenleiter (engl. substrate-integrated waveguide - SIW), da die in dieser Arbeit aufgebauten Antennen auf dieser Technologie basieren. Die Umsetzung der aktiven Antenne erfolgt in zwei Schritten. Zunächst wird der Entwurf eines passiven SIW-Gruppenstrahlers vorgestellt und Simulations- und Messergebnisse werden diskutiert. Die Erkenntnisse aus diesen Untersuchungen fließen dann in einen zweiten Entwurf ein, in dem auch aktive Komponenten, die benötigten Netzwerke und eine erweiterte Funktionalität integriert werden sollen. Die aktive Antenne wird als Sender realisiert. Weitere Vergleiche zwischen Simulation und Messung werden angestellt, um die Eigenschaften der SIW-Einzelstrahler und der aktiven und passiven Komponenten zu bewerten. Die vorliegende Arbeit schließt mit einer Zusammenfassung und einem Ausblick.