Guten morgen zusammen, für meine Diplomarbeit muss ich den Gewinn eines Antennenarrays (3 Einzelantennen) bestimmen. Dazu gehe ich doch wie folgt vor,oder: - Messung einer Referenzantenne (Horn) - Bei der Referenzmessung wird das Horn an einen 1:3-Splitter angeschlossen und die anderen beiden Ports des Splitters mit 50 Ohm abgeschlossenn - Nach der Referenzmessung das Horn duch das Array ersetzten und alle Einzelantennen des Arrays an jeweils einen Port des Splitters anschließen - Messung durchführen - Vom gemessenen Gewinn 10log(3)dB abziehen, da bei der Referenzmessung nur eine Antenne statt 3 angeschlossen waren. Meine Frage ist nun ob ich wirklich die 4,77dB (10log(3)) von dem gemessenen Gewinn abziehen muss. Das Array empfängt doch im Vergleich zu dem Referenzhorn 3 Mal weniger Leistung... Ist der Gedankengang richtig? Wäre für Antworten und Diskussionen dankbar. Grüße Robertino
Was willst du denn jetzt messen? die Einzelantenne des Arrays ? oder das Array? Wie sind die Antennen nachher im Betrieb ( also nicht im Messaufbau ) zusammengeschaltet? Was ist das für ein Splitter? Ist der mit Richtkoppler aufgebaut? Oder ist das ein mit Widerständen aufgebauter Splitter? Auf jeden Fall must du die Durchgangsdämpfung des Splitters vorher bestimmen. Bei einen Widerstandsbestückten Splitter hat nämlich nicht jeder Port ein Drittel der Eingangsleistung, sondern weniger. ( Vermutlich 9,5 db Weniger ). Einen resistiven Splitter wird man wohl kaum in der Endanwendung als Antennencombiner einsetzen, weil man sich unnötigerweise Leistung im Splitter verbrät. Wenn du mit allen drei Antennen des Arrays gleichzeitig misst, ( was eigentlich Sinn macht ) darfst du den Splitter nicht berücksichtigen, denn du willst ja messen was tatsächlich gegenüber deiner Referenzantenne ankommt. Willst du nur eine Antenne deines Arrays mesen ( was keinen Sinn macht, da sich die Keulen ja addieren müssen und du die Addition der einzelnen Keulen ja nicht kennst ) must du die Leistung der Antenne mal 3 nehmen. Dabei darf der Splitter auch nicht berücksichtigt werden, die beiden anderen Antennen wurden ja durch den 50 Ohm Abschluss ersetzt. Ralph Berres
Hallo Ralph, danke für deine Antowrt. Die Einzelantennen machen ja keinen Sinn. Wenn dann möchte ich den Gewinn des kompletten Arrays messen. Der Splitter hat internt Widerstände und hat eine Durchgangsdämpfung von ca. 9,5 dB. Aber dadurch das der auch in der Referenzmessung mit angeschlossen ist, dürfte ich mir um die Dämpfung des Splitters keine Sorgen machen, da diese ja auch in der Referenzmessung vorhanden ist. Die Frage ist nur ob ich das splitten des Signal (1:3) mit berücksichtigen muss, heißt ob ich vom gemessenen Gewinn 4,77 dB noch abziehen muss. "Wenn du mit allen drei Antennen des Arrays gleichzeitig misst, ( was eigentlich Sinn macht ) darfst du den Splitter nicht berücksichtigen, denn du willst ja messen was tatsächlich gegenüber deiner Referenzantenne ankommt." Das heißt nun für mich? Das ich die 4,77 dB nicht abziehen muss?
Robert L. schrieb: > Aber dadurch das der auch in der Referenzmessung mit angeschlossen ist, > dürfte ich mir um die Dämpfung des Splitters keine Sorgen machen Macht für mich keinen Sinn. Der Splitter ist Teil deiner zu vermessenden Antenne und hat in der Referenzmessung nichts zu suchen. Du beziehst dich dabei doch auf das bekannte Gain der Referenzantenne.
Es ist in der Tat schwer verständlich, warum n Antennen um diesen Faktor n besser sein sollen, als eine Antenne. Sendeseitig muss ja doch die Leistung zuvor durch n geteilt werden ... Aber das ist bereits der Punkt. Die Spannung oder der Strom (als Feldkomponenten) teilen sich nur durch die Wurzel von n. Auf Gegenseite addieren sich letztere (wenn phasenrichtig überlagert) und erzeugen damit eine Leistung am Empfänger, die tatsächlich um den Faktor n höher liegt. Das gilt natürlich nur, solange es keine gegenseitige Beeinflussung der Einzelantennen gibt. Man kann es auch so sehen, dass die Kopplung (Übertragungsdämpfung) zwischen Sender und Empfänger verbessert wird. Im Vergleich beim Messen muss daher die gleiche Leistung bzw. Summenlesitung an die verschiedenen Sendeantennen abgegeben werden! Wenn ein Splitter einmal für das Array benutzt wird und ein anderes Mal (um z. B. dessen Verluste aus dem Vergleich herauszubekommen) auch für die Einzelantenne - diese wird allerdings nur an einen Ausgang angeschlossen, die anderen Ausgänge werden ohmsch abgeschlossen - muss man diese Leistungseinbuße selbstverständlich berücksichtigen. Üblich ist das so nicht. Man benutzt für die Referenzantenne eigentlich solch einen Koppler (des anderen Systems) nicht. Dessen internen Verlust (der Verlust, der zusätzlich zum Splitten besteht) schreibt man aber dem Testsystem (Array) zugute. Sicher kann man es auch so machen, dass der Koppler beide Male eingesetzt wird. Fehlerärmer wird es dadurch aber nicht, weil es i. d. R. auch Abweichungen unter den verschiedenen Einzelports gibt. Diese Abweichungen schlagen bei der Einzelantenne voll durch, beim Array wird diese Asymmetrie hingegen abgefedert (quadratische Ergänzung). Der Vorteil ist einzig, dass man die interne Zusatzdämpfung nicht wissen muss.
Noch ein Zusatz zum nicht-idealen Koppler im Zusammenhang mit einem Array: Solange die Asymmetrie unter den Ports nur als unterschiedliche Dämpfung/Amplitude ausfällt, kann es im worst case zum Wegfall des Zugewinns des Stockgewinns kommen. Ganz anschaulich ist das, wenn man annimmt, dass die Eingangsleistung nur noch auf einen Port gegeben wird. Anders ist das bei Phasenfehlern. Diese bringen es beim Array im Extremfall zu einer Auslöschung des Sendesignals. Der Einzelantenne wäre es völlig egal, an welchen Port man sie anschließen würde. Von den Extremfällen ist man sicher weit entfernt. Dennoch: Phasen- und Amplitudenfehler des Kopplers sollten wenigstens in ihrer möglichen Auswirkung (Gesamtmessfehler) auch einmal abgeschätzt werden.
df1as schrieb: > Man benutzt für die Referenzantenne eigentlich > solch einen Koppler (des anderen Systems) nicht. Wieso 'eigentlich'? Definitiv und unwiederbringlich nicht. Und in der Messunsicherheit wiederum auch erst recht nicht.
Nein. Weil man gegen kalibrierte Antennen vergleicht. Und mit diesem Koppler dazwischen (unterschiedlich beschaltet!) ist's dahin mit jeglicher Kalibration.
Frage: Dieser Splitter/Combiner wird doch sicherlich nur zum Messen benutzt und ist später dann nicht Teil der Antennengruppe. Gibt es denn für die Antennengruppe (noch) keinen dämpfungsarmen Koppler, der dann Teil der Antennenanlage werden würde?
Robert L. schrieb: > - Vom gemessenen Gewinn 10log(3)dB abziehen, da bei der Referenzmessung > nur eine Antenne statt 3 angeschlossen waren. > > Meine Frage ist nun ob ich wirklich die 4,77dB (10log(3)) von dem > gemessenen Gewinn abziehen muss. Das Array empfängt doch im Vergleich zu > dem Referenzhorn 3 Mal weniger Leistung... > > Ist der Gedankengang richtig? > > Wäre für Antworten und Diskussionen dankbar. Hallo Robertino! Es macht keinen Sinn das n-Array mit n-Einzelantennen zu vergleichen! Im Endeffekt möchtest Du sicher wissen wieviel dBi dein Array hat. Deine Referenzantenne hat sicher eine dBi-Tabelle. Also miss wieviel dB Gewinn deine Referenzantenne hat und dann wieviel dB Gewinn das Array hat, dann kannst du dBi des Array sehr einfach ausrechnen. Es ist klug von dir den Powercombiner mitzumessen, er ist Teil des Antennearrays, denn irgendwo muss die Leistung ja zusammengeführt werden. Es gibt unterschiedliche Arten von Powercombinern. Ein Wilkinson zB. hat bei exakter Kohärenz der Eingangssignale keine Verluste. Ein resistiver Combiner hat immer Verluste zb. 6dB mit 2 Eingängen. Das Array macht also auch nur dann Sinn, wenn der Gewinn größer als die Verluste durch den Combiner ist. MfG!
df1as schrieb: > Es ist in der Tat schwer verständlich, warum n Antennen um diesen Faktor > n besser sein sollen, als eine Antenne. Sendeseitig muss ja doch die > Leistung zuvor durch n geteilt werden ... Bei einer Antennengruppe liegt aber in der Regel eine Überlagerung der Wellenfronten der Einzelantennen vor, damit wird die Richtwirkung erhöht, und es kann in einzelnen Richtungen tatsächlich mehr Signal heraus kommen.
Also der Splitter hat eine Durchgangsdämpfung von 9,5 dB. Ich habe mir das nun so vorgestellt, dass wenn ich den Splitter in der Referenzmessung mit drin habe, ich den nachher nicht raus rechnen brauche. Das ich die Verluste des Splitters dem Gewinn des Arrays aufaddiere halt ich für falsch. Damit würde der Gewinn bei ca. 26 dBi liegen, was viel zu hoch wäre. Hab in der Theorie etwas gefunden: Der Gesamtgewinn des Arrays lässt sich theoretisch errechnen mit g_max = g_einzel + 10*log(ANZAHL_EINZELANTENNEN) in dBi. Eine einzelne Antenne macht ca 8,5 dBi + 4,77 dBi = 13,27 dBi Die Messung hat einen Gewinn von 16.5 dBi ergeben. Nach abziehen der einzelnen Pfade des Splitter ergäbe das einen Gewinn von 11,7 dBi. Für mich ist dies ein realistischer Wert. Also ich versteh nicht unbedingt alles was ihr zuvor beschrieben habt, ausser natürlich das durch Interferenzen im Splitter das Empfangssignal entsteht. Aber wieso sollten n Einzelantennen in einem Array nicht auch n Mal mehr empfangen? Da ich doch nur den Gewinn des Arrays haben möchte, muss ich doch den Splitter rausrechnen, oder nicht? Und dadurch das er schon bei der Referenzmessung mit in der Messung war, brauch ich mich doch um die Durchgangsdämpfung nicht mehr zu kümmern?! "dB Gewinn das Array hat, dann kannst du dBi des Array sehr einfach ausrechnen." Aber wie? Vielen Dank für alle eure Antworten!
Robert L. schrieb: > Also der Splitter hat eine Durchgangsdämpfung von 9,5 dB. > > Ich habe mir das nun so vorgestellt, dass wenn ich den Splitter in der > > Referenzmessung mit drin habe, ich den nachher nicht raus rechnen > > brauche. Das ist auch richtig so, was ich in meinen ersten Beitrag auch schon beschrieben habe. Nur hätte ich als Antennenkoppler nicht unbedingt einen resistiven Teiler genommen, sondern ein Wilkensonteiler oder ähnliches, was keine Energie in Widerstände verbrät. In Antennenkoppler sind resistive Teiler nicht üblich. Nur in der Messtechnik , wo es auf extreme Breitbandigkeit ankommt, und man die Verteilungsverluste durch die Widerstände akzeptieren kann. Ralph Berres
Ah ok, dann habe ich das in deinem Beitrag wohl nicht ganz verstanden. Problem bei einem Wilkonsonteiler ist einfach nur die Umsetzung mit den Widerständen, und da wir nur den hier hatten, habe ich den genommen. Nun muss ich denn nochmal fragen ob das mit dem subtrahieren von 4,77 dB von dem gemessenen Gewinn korrekt ist. Falls jemand das in seinem Beitrag schonmal geschrieben haben sollte, sorry, aber ich hab das einfach nicht verstanden. Grüße
Das Zusammenschalten der Antennen kann im einfachsten Fall durch (phasenrichtiges = gleiche Länge) Zusammenlegen (Parallelschaltung) der Zuleitungen realisiert werden. Man muss dann nur noch für Anpassung sorgen. Beispiel 3 Antennen mit 50-Ohm-Leitungen. Alle parallel geschaltet ergibt 16,7 Ohm. Um wieder auf 50 Ohm zu kommen, kann man eine Lambda/4-Leitung mit SQRT (16,7 Ohm * 50 Ohm) = 29 Ohm dazwischensetzen. Ich habe aber vernommen, dass es wohl im GHz-Bereich liegen muss (Hornantennen). Dort müsste man dann schon die Feinmechanik dafür beauftragen. Die Verluste eines solchen Kopplers wären sehr klein (je nach Frequenz im 1/10-dB-Bereich). Die Sache ist doch die, dass dieser Koppler Bestandteil der Antennengruppe ist. Damit könntest du die Gruppe (inkl. Koppler) direkt gegen die Vergleichsantenne vermessen. Man kann natürlich den "provisorischen" Messkoppler beide Male benutzen. Der ohmsche und ggf. der Anpassungsverlust würden sich beim Vergleich herausrechnen. Es bleibt aber die Unsicherheit der Symmetrie, also die Unterschiedlichkeit der einzelnen Ports beim Betrieb an der Einzelantenne. Den Teilerverlust von (ungefähr - wegen Symmetrie) 1/3 = 5,2 dB an der Referenzantenne musst du dieser aber gutschreiben. 2/3 der Leistung finden sich ja in den Abschlusswiderständen wieder.
Es wird hier wiederholt von Wilkinson-Teilern geschrieben. Die machen doch aber bei Antennenzusammenschaltungen keinen Sinn, oder? Zumindest kann doch der dort verbaute Quer-Widerstand gleich weggelassen werden. Eine Entkopplung außerhalb des Summenpfades zwischen den Antennen bringt m. E. nichts. Für die Zusammenschaltung von Verstärkern hingegen wäre die Entkopplung aus Stabilitätsgründen (Schwingneigung) wichtig, je nach S21-Anteil der Verstärker. Aber bei Antennen?
Ah ok, nun habe ich es verstanden. Vielen Dank für eure Bemühungen! Habt mir weitergeholfen. Der Koppler ist nur provisorisch für diese Messung drin.
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