Über dieses Tool
Eine Gruppenantenne (Antennen-Array) besteht aus vielen gleichen Elementen, deren Signale sich je nach Richtung verstärken oder auslöschen. Ihr Richtdiagramm ist das Produkt aus der Charakteristik eines Elements und dem Array-Faktor, der sich aus Anordnung, Abstand, Amplituden und Phasen ergibt. Verschiebt man die Phasen von Element zu Element, schwenkt die Hauptkeule ohne Mechanik – das Prinzip des Phased Array.
Der Antennen- & Array-Simulator berechnet lineare Gruppen und planare N×M-Gruppen mit Kugelstrahlern, Halbwellendipolen, kurzen Dipolen, Dipolen vor Reflektor oder Patch-Elementen. Er zeigt das Richtdiagramm polar und kartesisch, bei planaren Gruppen zusätzlich die zweite Hauptebene und eine u-v-Darstellung, und bestimmt Richtfaktor (über die ganze Kugel integriert), Halbwertsbreite, Nullstellenbreite, höchste Nebenkeule und Vor-Rück-Verhältnis.
Amplitudenbelegungen wie Kosinus, Hann, Hamming, Taylor und Dolph-Tschebyscheff senken die Nebenkeulen auf Kosten von Richtfaktor und Halbwertsbreite. In den erweiterten Parametern lassen sich Phasenschieber mit wenigen Bit simulieren, einzelne Elemente abschalten und die Frequenz für physische Abstände und Laufzeiten angeben. Die Anregung jedes Elements steht in einer Tabelle. Den Gewinn kannst du im Funkstrecken-Rechner weiterverwenden. Alles wird im Browser berechnet.
So funktioniert’s
- Wähle linear oder planar, die Zahl der Elemente, den Abstand in Wellenlängen, das Element und die Amplitudenbelegung.
- Schwenke den Strahl mit dem Schieberegler und beobachte Richtdiagramm, Richtfaktor, Halbwertsbreite und Nebenkeulen.
- Schalte bei Bedarf Elemente per Klick ab, aktiviere die erweiterten Parameter für Phasenschieber-Bits und Frequenz und lies die Phasen je Element aus der Tabelle ab.
Häufige Fragen
Warum ist der Elementabstand meist λ/2?
Ist der Abstand zu groß, entstehen beim Schwenken zusätzliche, gleich starke Hauptkeulen – Grating Lobes. Sie bleiben aus, solange d/λ < 1 / (1 + |sin θ0|) ist. Bei λ/2 lässt sich der Strahl bis 90° schwenken, bei 0,7 λ nur bis etwa 25°. Kleinere Abstände verhindern Grating Lobes ebenfalls, erhöhen aber Elementzahl und Verkopplung.
Was bewirkt eine Taylor- oder Tschebyscheff-Belegung?
Bei gleichförmiger Belegung liegt die erste Nebenkeule nur 13,3 dB unter der Hauptkeule. Werden die Randelemente schwächer angesteuert, sinken die Nebenkeulen – Dolph-Tschebyscheff erzeugt gleich hohe Nebenkeulen genau auf dem gewählten Niveau, Taylor fallende Nebenkeulen. Der Preis ist eine breitere Hauptkeule und ein etwas geringerer Richtfaktor, den der Belegungswirkungsgrad angibt.
Wie wird der Richtfaktor berechnet?
Der Simulator integriert die abgestrahlte Leistung numerisch über die ganze Kugel und teilt die Leistung in Hauptrichtung durch den Mittelwert: D = 4π·Pmax / ∮P dΩ. Für N Kugelstrahler im Abstand λ/2 ergibt das genau N (8 Elemente = 9,03 dBi), ein Halbwellendipol hat 2,15 dBi. Der Gewinn ist der Richtfaktor mal Wirkungsgrad; Verluste und Verkopplung sind im idealen Modell nicht enthalten.
Was passiert bei Phasenschiebern mit wenigen Bit?
Digitale Phasenschieber stellen nur Stufen von 360°/2^n ein, mit 3 Bit also 45°. Die Rundungsfehler wiederholen sich periodisch über die Gruppe und erzeugen zusätzliche Quantisierungskeulen und eine leicht verschobene Strahlrichtung. In den erweiterten Parametern kannst du die Bitzahl wählen und den Effekt im Richtdiagramm sehen.
Warum wird die Hauptkeule beim Schwenken breiter?
Aus der Schwenkrichtung gesehen erscheint die Gruppe verkürzt, ihre wirksame Apertur sinkt mit cos θ0. Die Halbwertsbreite wächst deshalb etwa mit 1 / cos θ0, bei 60° Schwenkwinkel auf das Doppelte. Gleichzeitig sinkt bei realen Elementen der Gewinn, weil auch deren eigene Charakteristik zur Seite hin abfällt.