Echounterdrückung durch kombinierte Zeitbereichs- und Frequenzbereichsverfahren für Antennenfeldtransformationen hoher Genauigkeit in beliebigen Messumgebungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Antennen sind in unserem Alltag essentiell, wir benötigen sie etwa im Mobilfunk, in der Flugsicherung und in der Satellitentechnik. Im durchgeführten Projekt wurden wichtige Forschungsbeiträge geleistet, um die von einer Antenne abgestrahlten Felder präzise vermessen zu können - insbesondere auch in beliebig echobehafteten Messszenarien, die bislang nicht zufriedenstellend berücksichtigt werden konnten. Zu diesem Zweck wurden die wesentlichen Echoeinflüsse unterschiedlicher Messaufbauten (sich bewegende Test- oder Sondenantenne) auf die Messergebnisse ermittelt. Existierende Verfahren zur Echounterdrückung wurden konsequent erweitert und eine Reihe von neuen Vorgehensweisen, wie z.B. die adaptive Zeitbereichsfilterung von unterschiedlichen Ersatzquellenbeiträgen, wurden geschaffen. Die erzielten Fortschritte in den Datenverarbeitungs- und Feldtransformationsalgorithmen erlauben es, auch in komplizierten und stark echobehafteten Umgebungen das Abstrahlverhalten einer Testantenne mit hoher Genauigkeit zu bestimmen. Der Erfolg von Echounterdrückungsmethoden hängt von der Fähigkeit ab, ausreichend Messdaten zu sammeln und die Daten gezielt zu verarbeiten, um die Einflüsse der Messumgebung auf die Messdaten zu separieren und aus dem zu bestimmenden Antennenabstrahldiagramm zu entfernen. Frequenz- und Zeitbereichsmethoden wurden kombiniert, um die komplementären Eigenschaften aus beiden Welten gewinnbringend auszunutzen und um sicherzustellen, dass in der Praxis realisierbare Messaufbauten ausreichend diverse Messdaten sammeln können. So weit wie möglich, wurden die neuen Echounterdrückungsmethoden in den „Fast Irregular Antenna Field Transformation Algorithm“ (FIAFTA) [Eib15, Kor19] eingebettet. Die Kombination von Echounterdrückungsmethoden und FIAFTA erlaubt es, sehr flexibel auch Daten aus Messaufbauten mit irregulär abgetasteten Feldern und beliebig verteilten Echoquellen zu verarbeiten. So lange ausreichend diverse Messdaten aufgenommen werden und die Messpositionen der Sondenantennen für die Messwerte genau bekannt sind, sind dem Messaufbau damit kaum Grenzen gesetzt (insbesondere müssen im Gegensatz zu herkömmlichen Transformationsmethoden die Sondenantennen nicht exakt auf vordefinierte Messpositionen gebracht werden). Die Forschungsergebnisse aus diesem Projekt erschließen neue wichtige Anwendungsgebiete für die Antennenmesstechnik. In-situ Vermessungen von fest installierten Antennen außerhalb der idealen Laborumgebungen sind nun genauso denkbar wie Feldmessungen im industriellen Fertigungs-Umfeld. Im Zusammenhang mit diesem Projekt entstandene Publikationen wurden mehrfach national und international ausgezeichnet worden, unter anderem mit dem „Best Measurement Paper Award“ auf der European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP) 2020, dem VDE Bayern Award 2022 und dem VDE ITG Dissertationspreis 2022.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Equivalent source and pattern reconstruction from oversampled measurements in highly‐reflective environments. IET Microwaves, Antennas & Propagation, 13(13), 2232–2241.
Knapp, Josef; Kornprobst, Jonas & Eibert, Thomas F.
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Near-Field Antenna Pattern Measurements in Highly Reflective Environments. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 67(9), 6159-6169.
Knapp, Josef & Eibert, Thomas F.
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Time-Gating the Sources in Inverse Equivalent Source Reconstruction Problems to Eliminate Mutual Coupling Effects. 2019 International Conference on Electromagnetics in Advanced Applications (ICEAA), 0312-0312. IEEE.
Knapp, Josef; Kornprobst, Jonas; Paulus, Alexander & Eibert, Thomas F.
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Propagating Plane-Wave Expansions for Microwave Near-Field Imaging and Radar Cross Section Determination, Dissertation, Technical University of Munich, May
Neitz, Ole
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Suppressing Undesired Echoes by Sparsity Based Time Gating of Reconstructed Sources. 2020 14th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP), 1-4. IEEE.
Knapp, Josef; Kornprobst, Jonas & Eibert, Thomas F.
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Accuracy and Conditioning of Surface-Source Based Near-Field to Far-Field Transformations. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 69(8), 4894-4908.
Kornprobst, Jonas; Knapp, Josef; Mauermayer, Raimund A. M.; Neitz, Ole; Paulus, Alexander & Eibert, Thomas F.
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Antenna Field Measurements and Transformations in Arbitrary Echoic Environments, Dissertation, Technical University of Munich, December
Knapp, Josef
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Spatial Distribution of Equivalent Echo Sources in Antenna Measurements with a Moving Antenna Under Test. 2022 16th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP), 1-5. IEEE.
Knapp, Josef & Eibert, Thomas F.
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Separating Field Contributions by their Source Volumes: Uniqueness and Limitations. 2023 17th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP), 1-5. IEEE.
Knapp, Josef & Eibert, Thomas F.
