Einführung in die Antennenmesstechnik Prof. Dr.-Ing. Dirk Heberling, IHF, RWTH Aachen Einführung in die Antennenmesstechnik Seminarvortrag Sabrina Weiß.

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1 Einführung in die Antennenmesstechnik Prof. Dr.-Ing. Dirk Heberling, IHF, RWTH Aachen Einführung in die Antennenmesstechnik Seminarvortrag Sabrina Weiß Betreuer: Prof. Dr. rer. nat. Martin Reißel M. Sc. Hammam Shakhtour

2 Einführung in die Antennenmesstechnik Prof. Dr.-Ing. Dirk Heberling, IHF, RWTH Aachen Gliederung Grundlagen der Antennentechnik Antennenmesstechniken Fernfeldmesstechnik Nahfeldmesstechnik Compact Range Motivation Interpolation Fazit und Ausblick 1

3 Einführung in die Antennenmesstechnik Prof. Dr.-Ing. Dirk Heberling, IHF, RWTH Aachen Was ist eine Antenne? Wellentypwandler, der zum Umwandeln von elektromagnetischen Wellen eingesetzt wird 2

4 Einführung in die Antennenmesstechnik Prof. Dr.-Ing. Dirk Heberling, IHF, RWTH Aachen Was ist eine Antenne? 3 E. Van Lil, C. Cao, A. Van de Capelle, K. Van’t Klooster: „A fast interpolation procedure fpr plane-polar near-field to far-field transform”,Res. Assoc. of the Nat. Fund for Scientif.Res.

5 Einführung in die Antennenmesstechnik Prof. Dr.-Ing. Dirk Heberling, IHF, RWTH Aachen Kenngrößen von Antennen wichtige Kenngrößen: Polarisation Richtcharakteristik Richtdiagramm Antennengewinn 4

6 Einführung in die Antennenmesstechnik Prof. Dr.-Ing. Dirk Heberling, IHF, RWTH Aachen Strahlungsbereiche einer Antenne 5 Arthur D. Yaghjian: „An Overview of Near-Field Antenna Measurements”, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. AP-34, Jan. 1986

7 Einführung in die Antennenmesstechnik Prof. Dr.-Ing. Dirk Heberling, IHF, RWTH Aachen Fernfeldmesstechnik Direkte Messung des Fernfelds 6 Constantine A. Balanis: „Antenna Theory: Analysis Design”, Third Edition

8 Einführung in die Antennenmesstechnik Prof. Dr.-Ing. Dirk Heberling, IHF, RWTH Aachen Fernfeldmesstechnik Vorteil: Erhalt der Fernfelddaten in Echtzeit Nachteile  Große Distanz zwischen Sende- und Empfangsantenne  Störfaktoren: Wettersituation (außen) Störwellen 7

9 Einführung in die Antennenmesstechnik Prof. Dr.-Ing. Dirk Heberling, IHF, RWTH Aachen Nahfeldmesstechnik Nahfeld wird mit Sonde abgetastet Rechnerische Bestimmung des Fernfeldes Verschiedene Abtastmöglichkeiten 8

10 Einführung in die Antennenmesstechnik Prof. Dr.-Ing. Dirk Heberling, IHF, RWTH Aachen Planare Abtastung Sonde fährt eine Rechteckfläche in x- und y- Richtung ab Messpunkte werden festgelegt Nyquist-Kriterium muss erfüllt sein 9

11 Einführung in die Antennenmesstechnik Prof. Dr.-Ing. Dirk Heberling, IHF, RWTH Aachen Zylindrische und sphärische Abtastung 10

12 Einführung in die Antennenmesstechnik Prof. Dr.-Ing. Dirk Heberling, IHF, RWTH Aachen Nahfeldmesstechnik Vorteile: Berechnete Messdaten sind ebenso korrekt, wie die direkt gemessenen Störfaktoren der Fernfeldmesstechnik entfallen Kleinere Messanlage Nachteil:  Meschanik 11

13 Einführung in die Antennenmesstechnik Prof. Dr.-Ing. Dirk Heberling, IHF, RWTH Aachen Compact Range Innerhalb einer kurzen Distanz werden Fernfeldbedingungen geschaffen 12 Constantine A. Balanis: „Antenna Theory: Analysis Design”, Third Edition

14 Einführung in die Antennenmesstechnik Prof. Dr.-Ing. Dirk Heberling, IHF, RWTH Aachen Compact Range 13

15 Einführung in die Antennenmesstechnik Prof. Dr.-Ing. Dirk Heberling, IHF, RWTH Aachen Compact Range Vorteile: Fernfeldbedingungen können auf kleiner Distanz erzeugt werden Keine wetterbedingten Störungen Daten liegen in Echtzeit vor Nachteile:  Hohe Kosten  Störungen in der Ruhezone  Kleinste Beschädigungen des Reflektors führen zu Messfehlern 14

16 Einführung in die Antennenmesstechnik Prof. Dr.-Ing. Dirk Heberling, IHF, RWTH Aachen Motivation Planare Nahfeldabtastung optimieren Idee: Kreisförmige Abtastung Problem: Daten müssen in Rechteckform vorliegen Lösung: Interpolation 15

17 Einführung in die Antennenmesstechnik Prof. Dr.-Ing. Dirk Heberling, IHF, RWTH Aachen Interpolation Funktion, die durch gegebene Punkte verläuft Bedingung: 16

18 Einführung in die Antennenmesstechnik Prof. Dr.-Ing. Dirk Heberling, IHF, RWTH Aachen Nearest-Neighbour Interpolation Einfaches und schnelles Interpolationsverfahren AB CD P 17

19 Einführung in die Antennenmesstechnik Prof. Dr.-Ing. Dirk Heberling, IHF, RWTH Aachen Lineare Interpolation im Dreieck Zweidimensionales Interpolationsverfahren Wird verwendet, wenn die Messdaten nicht auf einem gleichmäßigen Gitternetz verteilt sind Die einzelnen Punkte werden miteinander verbunden, sodass ein Dreiecksnetz entsteht A B C P 18

20 Einführung in die Antennenmesstechnik Prof. Dr.-Ing. Dirk Heberling, IHF, RWTH Aachen Lineare Interpolation im Dreieck P durch baryzentrischen Koordinaten darstellen Ebene aufspannen: A B C P 19

21 Einführung in die Antennenmesstechnik Prof. Dr.-Ing. Dirk Heberling, IHF, RWTH Aachen Lineare Interpolation im Dreieck 20 http://www.uni-forst.gwdg.de/ wkurth/cb/html/vis1_v05.pdf http://www9.informatik.uni-erlangen.de/get/1434 A B C P

22 Einführung in die Antennenmesstechnik Prof. Dr.-Ing. Dirk Heberling, IHF, RWTH Aachen Kubische Interpolation Interpolationspolynom hat den Grad drei Spline-Interpolation Zweidimensional: bikubische Interpolation Verschieden Arten das Polynom aufzustellen: Lagrange-Polynome Spline-Interpolation 21

23 Einführung in die Antennenmesstechnik Prof. Dr.-Ing. Dirk Heberling, IHF, RWTH Aachen Biharmonische Spline Interpolation ungleichmäßig verteilten Messdaten Idee: Elastische Oberfläche Anpassung der Oberfläche an Datenpunkte Basiert auf der Greenschen-Funktion 22

24 Einführung in die Antennenmesstechnik Prof. Dr.-Ing. Dirk Heberling, IHF, RWTH Aachen Vergleich mit Matlab Vergleich der Verfahren mit Hilfe von künstlich erzeugten Daten 23

25 Einführung in die Antennenmesstechnik Prof. Dr.-Ing. Dirk Heberling, IHF, RWTH Aachen Ergebnisse VerfahrenMax. AbweichungMittelwertStandardabweichung Nearest-Neighbor1,87780,35360,3815 Lineare Interpolation 0,20010,04880,0436 Kubische Interpolation 0,16550,03370,0335 Biharmonische Interpolation 3,07880,30130,6408 24

26 Einführung in die Antennenmesstechnik Prof. Dr.-Ing. Dirk Heberling, IHF, RWTH Aachen Ergebnisse VerfahrenMax. AbweichungMittelwertStandardabweichung Nearest-Neighbor3,14091,52480,8828 Lineare Interpolation 3,13791,53991,7156 Kubische Interpolation 3,13831,5321,7196 Biharmonische Interpolation 3,14061,38170,8865 25

27 Einführung in die Antennenmesstechnik Prof. Dr.-Ing. Dirk Heberling, IHF, RWTH Aachen Fazit kubische Interpolation liefert die besten Ergebnisse Ohne Extrapolation: biharmonische Spline-Interpolation Amplitudenwerte: sehr nah an den Originaldaten Phasenwerte weichen stärker ab 26

28 Einführung in die Antennenmesstechnik Prof. Dr.-Ing. Dirk Heberling, IHF, RWTH Aachen Ausblick Entwicklung eines Algorithmus, der genau für die Interpolation von im Kreis liegenden Daten auf ein Gitternetz ermöglicht Mögliches Verfahren: Vier-Punkt-Lagrange Interpolation Basiert auf baryzentrischen Koordinaten 27 E. Van Lil, C. Cao, A. Van de Capelle, K. Van’t Klooster: „A fast interpolation procedure fpr plane-polar near-field to far-field transform”,Res. Assoc. of the Nat. Fund for Scientif. Res.

29 Einführung in die Antennenmesstechnik Prof. Dr.-Ing. Dirk Heberling, IHF, RWTH Aachen Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit