Abtaststrategien für sphärische phasenlose Antennenmessungen (S³PAM)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dirk Heberling; Professor Dr. Holger Rauhut
• Fachliche Zuordnung: Kommunikationstechnik und -netze, Hochfrequenztechnik und photonische Systeme, Signalverarbeitung und maschinelles Lernen für die Informationstechnik ; Mathematik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 454773439

Aufgrund vielfältiger, wachsender Anforderungen an Antennen bezüglich Breitbandigkeit (z.B. für Ultrabreitbandantennen), Abstrahleigenschaften (z.B. für rekonfigurierbare Antennen) und hoher Betriebsfrequenzen (z.B. für Radarsysteme im Automobilbereich), hat die Komplexität von Antennen samt deren Vermessungsaufwand in den letzten Jahren stark zugenommen. Deshalb werden aus Zeitgründen häufig nur Teilmessungen mit einer kleinen Auswahl von Frequenzen und Antennenkonfigurationen durchgeführt. Insbesondere im Bereich der Nahfeldmesstechnik ist die lange Messdauer ein stark einschränkender Faktor. Ursache hierfür ist die hohe Anzahl an Messpunkten, die aufgezeichnet werden müssen, um die Übertragungseigenschaften einer Antenne mit zufriedenstellender Genauigkeit ermitteln zu können. Wird das Abstrahlverhalten der Antenne jedoch in sphärischen Wellen beschrieben, so zeigt sich in der Praxis, dass die relevanten Informationen zumeist bereits in wenigen sphärischen Wellenkoeffizienten konzentriert sind. Des Weiteren wird für die Berechung der sphärischen Wellenkoeffizienten die Amplitude und Phase der Nahfeld Messdaten benötigt. Allerdings impliziert die Erfassung der Phase, im Verlgleich zur Amplitude, den Einsatz von teurer Geräte, wie z.B. Netwerkanalysatoren. Außerdem wird vorausgesetzt, dass ein Zugang zur Referenzphase möglich ist, was z.B. in over the air Messszenarien nicht der Fall ist. Aus diesen Gründen besteht ein großes Interesse an der Entwicklung von phasenlosen Messumgebungen.Ziel des Projektes ist es, mathematische Methoden des "Phase Retrieval" mit der Theorie der sphärischen Nah- zu Fernfeldtransformation zusammenzuführen um phasenlose (unterabgetastete) Antennenmessungen auf der Sphäre mit möglichst geringen Genauigkeitsverlusten zu ermöglichen. Hierzu werden zunächst die bestehenden Ergebnisse zu Abtaststrategien erweitert um den Einfluss aller Rotationswinkel zu verstehen. Danach werden neue, praktisch durchführbare, und phasenlose Antennenmessungen vorgeschlagen und mit bestehenden Algorithmen und theoretischen Ergebnissen der Signalwiederherstellung aus phasenlosen Messungen verknüpft. Diese Verbindung ermöglicht erstmals eine Rekonstruktion der Antennencharakteristik theoretisch zu garantieren, sobald die Anzahl der Abtastpunkte die informationstheoretisch notwendige Untergrenze überschreitet. Das vorgeschlagene Verfahren wird mit bestehenden Methoden wie der Holographie detailliert verglichen. Außerdem werden umfangreiche Simulationen die Nutzung des Verfahrens unter Annahme zusätzlicher Struktureigenschaften des sphärischen Modenspektrums testen.Die Forschungsergebnisse sollen die Frage beantworten, wie Antennencharakteristiken zuverlässig aus phasenlosen Messungen extrahiert werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen