Elektronisch steuerbare Array-Antennen (ESA) entwickeln sich zu einer zentralen Komponente moderner SATCOM-Systeme. Genaue Kenntnisse ihres Strahlungsmusters sind für einen zuverlässigen Betrieb in LEO-, MEO- und GEO-Umlaufbahnen unerlässlich. Allerdings erfordern konventionelle Fernfeldtests große Messkammern, die für Ku- oder Ka-Band-Antennen unpraktikabel werden können – insbesondere, wenn die Apertur des Antennenprüflings einen halben Meter oder mehr beträgt. Antennen-Kompaktmessanlagen (CATR) fallen bei diesen Prüflingen andererseits immer noch relativ groß aus und erfordern zudem eine zeitaufwändige Zweiachsenpositionierung, um das Strahlungsmuster zu erfassen.
Rohde & Schwarz und Greenerwave haben in einer kürzlich durchgeführten gemeinsamen Messstudie einen Durchbruch bei ESA-Antennentests erzielt. Die Unternehmen erreichten eine hochgenaue Charakterisierung des Strahlungsmusters im Nahfeld und konnten die Messzeit erheblich reduzieren.
Die innovativen SATCOM-Benutzerterminals von Greenerwave basieren auf rekonfigurierbaren intelligenten Oberflächen (RIS). Dadurch kann das Unternehmen elektronisch steuerbare Antennen entwickeln, die eine leistungsstarke Konnektivität bieten und gleichzeitig den Energieverbrauch und die Abhängigkeit von Halbleitern im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen reduzieren.
Für die gemeinsame Messkampagne stellte der Messtechnik-Experte Rohde & Schwarz das R&S®TS8991 Over-the-Air- und Antennenmesssystem, ausgestattet mit einem Kegelstumpf-Drehstand, sowie den R&S®ZNA Vektornetzwerkanalysator zur Verfügung. Gemeinsam evaluierten sie Greenerwaves passive Einzelapertur-ESA, die RIS-Technologie für die Strahlformung nutzt. Der Antennenprüfling verfügt über eine 50 x 50 cm große Apertur und ist für geringen Stromverbrauch und einfache Integration konzipiert.
Die Messung deckte die gesamte obere Hemisphäre bis zu einem Polarwinkel von 120 Grad mit einer Schrittweite von einem Grad ab. Dank der Hardware-Triggerfunktion des Systems wurden in insgesamt 32 Minuten zehn Ku-Band-Frequenzen aufgezeichnet. Die Daten wurden mit der R&S®AMS32 Antennenmesssoftware verarbeitet, die einen FIAFTA-Nahfeld-Fernfeld-Transformationsalgorithmus anwendete.
Der Vergleich mit der ursprünglichen Simulation auf Basis eines numerischen Zwillingsmodells sowie mit Ergebnissen aus dem CATR-Aufbau von Greenerwave zeigte Abweichungen im Spitzengewinn bzw. in der Direktivität von maximal 1 dB und typischerweise 0,3 dB und bestätigte damit die Genauigkeit der Nahfeldlösung. Die Exportoptionen ermöglichen es dem Benutzer, die Analyse in Tools wie CST Microwave Studio oder MATLAB fortzusetzen.
Der Versuch zeigt, dass sich selbst große SATCOM-Antennen mit dem R&S TS8991 Antennentestsystem von Rohde & Schwarz in einem Nahfeldaufbau schnell und genau charakterisieren lassen. Die Lösung bietet somit eine praktische Alternative zu großformatigen Fernfeldkammern oder CATRs. Der Systemaufbau kann auch von anderen SATCOM-Herstellern verwendet werden, die Breitband-, IoT- oder Backhaul-Antennen für Anwendungen testen, die eine flexible Strahlsteuerung und hohe Datenraten erfordern. Zudem lässt sich der Aufbau leichter in Forschungslaborumgebungen integrieren und verkürzt die Testzyklen, wodurch die gesamten Entwicklungskosten gesenkt werden.
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Weiterführende Links
👉 www.rohde-schwarz.com
Foto: Rohde & Schwarz
