Ausmessung von Sendeantennen mit einem Quadrocopter unter Nutzung des Monopulsverfahrens

Masterprojekt Elektrotechnik - Schwerpunkt Elektrotechnische Systementwicklung

Thema: Signalverarbeitung

KURZBESCHREIBUNG:

Mit diesem Projekt soll ein  Messsystem nach dem Monopulsverfahren entwickelt werden, welches zur Untersuchung der richtungsabhängigen Strahlungsverteilung von Sendeantennen im Nahfeldbereich verwendet werden kann. Das Messsystem muss einfach und insbesondere leicht ausgelegt werden. Ein GPS gesteuerter Träger, (Modelldrohne, z.B. Quadrocopter) soll in der Lage sein das Messgerät aufzunehmen, um das Antennendiagramm und den abgestrahlten Leistungspegel von Sendeanlagen zu erfassen.

Eine der zentralen Aufgaben dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Empfangssystems nach dem Monopulsverfahren um die Winkelablage einer Antenne von der Hauptempfangsrichtung als elektrisches Signal zu gewinnen. Zu diesem Zweck teilt man das Antennensystem in vier Quadranten auf. Dies kann erreicht werden, in dem man vier Erreger anstelle von einem einzigen nutzt, die sich um die Hauptempfangsrichtung der Antenne gruppieren. Jeder dieser vier liefert dann für sich alleine betrachtet eine Antennenkeule, die gegenüber der Symmetrieachse etwas schielt. Über diese vier Erreger wird das ankommende Signal empfangen und es werden Summen und Differenzsignale in der Hochfrequenzebene mit entsprechenden Mikrowellenbauelementen gebildet. Die Differenzsignale liefern ein Signal, das proportional ist zur Winkelablage, welche die Symmetrieachse der Antenne von der Richtung zur Sendeantenne hat. Mit dem Summensignal wird diejenige Leistung erzeugt, die man zur Beurteilung des abgestrahlten Pegels der Sendeanlage benutzen kann. Die Differenzsignale liefern die Korrekturwerte zur Verbesserung der Messgenauigkeit des Summensignals.

Durch geeignete Detektoren werden die hochfrequenten Signale in der Gleichspannungebene Analog/Digitalwandlern zugeführt und von einem Mikroprozessor zusammen mit den Ortskoordinaten, welche mit einem GPS-Empfänger gewonnen werden, digital gespeichert.

Eine weitere Aufgabe ist es, das eigentliche Messsystem mit einem Träger (Quadrocopter o.ä). einen genau definierten Pfad abfliegen zu lassen und dabei die Ausrichtung auf die Sendeantenne zu gewährleisten. Die jeweilige Lage im Raum und die Ausrichtung um alle drei Achsen ist dabei zusammen mit den Messwerten der Antenne zu protokollieren. Die Auswertung der Daten kann später mit einem entsprechenden Programm erfolgen.

Außerdem ist zu gewährleisten, dass der  Träger durch die Sendeleistung der vermessenen Antenne nicht gestört wird und die Signale zur Kommunikation mit dem Träger die Messung nicht verfälscht.

Gegebenenfalls sind orgnisatorische Aufgaben bezüglich der Messung anzugehen, z.B.  Energiemanagement, Wiederaufnahme einer nicht abgeschlossenen Messung, Wiederholung einer Messung durch Einlesen eines Datensatzes oder Verfeinerung einer bestehenden Messung.

Je nach Interessenlage können die Arbeiten auf zwei Studierende verteilt werden.

Studierende sollten Interesse in folgenden Bereichen besitzen:

• Antennen- und Hochfrequenztechnik
• Empfängertechnik und elektronische Schaltungen sowie deren Fertigungsprozesse
• Mechatronik
• Datenanalyse und statistische Auswerteverfahren

PROJEKTPHASEN:

Masterprojekt 1: Konzept, Organisation und Auslegung

Masterprojekt 2:  Realisierung des Messsystems

Masterthesis: Datenverarbeitung und Analyse

Anzahl Plätze: 2