PhasedArrayAntennen

Phased Array Antennen, auch als Phased-Array-Antennen bezeichnet, sind Systeme aus mehreren einzelnen Antennenelementen, deren relative Phasen- und Amplitudenwerte elektronisch gesteuert werden. Dadurch kann die Richtung des ausgesendeten oder empfangenen Strahls gezielt bestimmt werden, ohne mechanische Bewegung der Antenne. Die elektronische Strahlsteuerung erlaubt schnelles Schwenken, Mehrstrahlbetrieb und Anpassung der Strahlcharakteristik an unterschiedliche Frequenzen.

Der Grundsatz beruht darauf, dass sich die Signale der einzelnen Elemente in Abhängigkeit vom Winkel konstruktiv oder destruktiv überlagern. Durch Phasenverschiebung (und ggf. Amplitudenanpassung) lässt sich das Hauptmaximum der Strahlung in gewünschter Richtung formen. Typische Anordnungen sind lineare, planare oder konforme Arrays aus Dipolen, Mikrostreifen- (Patch) Antennen oder anderer Geometrien. Die Ansteuerung erfolgt über Phasenschiebernetze und Leistungsverstärkung, wobei digitale oder analoge Beamforming-Techniken zum Einsatz kommen. Es gibt aktive Phased-Array-Systeme, bei denen jedes Element einen eigenen Transceiver besitzt, sowie passive Systeme mit einem gemeinsamen Endstufenversorgungszweig.

Anwendungen finden sich vor allem in Radar- und Wettersystemen, Satelliten- und Bodenkommunikation, Luft- und Raumfahrt sowie in modernen Mobilfunk- und drahtlosen Netzen (z. B. 5G/6G). Vorteile sind schnelles, bewegungsfreies Scannen, hohe Richtwirkung, Multibeaming und Anpassbarkeit an Breitenband-Anforderungen. Herausforderungen umfassen die Komplexität der Kalibrierung, Mutual Coupling zwischen Elementen, Kosten, Stabilität gegenüber Temperatur- und Bauabweichungen sowie das Risiko von Grating- und Sidelobes bei falscher Elementabstandung oder Gewichtung.

Historisch entwickelten sich Phased-Array-Systeme in der Radarforschung der Mitte des 20. Jahrhunderts; seither wurden digitale Beamforming- Methoden und hochintegrierte Schaltungen weiter vorangetrieben, wodurch breite Anwendungen möglich wurden.