Leib, M: Ultrabreitbandige Antennen für Kommunikation und Se

Antennenprofil auf Kosten einer geringeren Richtwirkung und Bandbreite bietet die vorgestellte differentiell gespeiste gestapelte Patchantenne. Alternativ dazu kann eine Anordnung aus mehreren flachen planaren UWB-Antennen mit geringer Richtwirkung als Einzelelement verwendet werden, um insgesamt eine hohe Strahlbündelung zu erhalten. Dies wird durch die Untersuchung einer Gruppenantenne aus vier dipolgespeisten Schlitzantennen aufzeigt. Die Charakterisierung der Gruppenantenne im Zeitbereich bestätigt dabei, dass im Impulsbetrieb ein großer Antennenabstand in Relation zur Wellenlänge im Zeitbereich zu kleinen Nebenmaxima im Gegensatz zum Frequenzbereich führt. Außerdem wird ein neues Systemkonzept praktisch evaluiert, mit dem mit einer Gruppenantenne aus aktiven Einzelelementen eine Strahlschwenkung möglich ist. Ein aktives Element setzt sich dabei aus einem Impulsgenerator und der Vivaldi-Antenne zusammen. Die Strahlschwenkung wird durch eine einfache Phasenverschiebung des niederfrequenten Taktsignals des Impulsgenerators anstelle einer aufwändigeren Zeitverzögerung durch ein Laufzeitglied nach dem Impulsgenerator erzielt. Ein besonders interessantes Anwendungsgebiet der impulsbasierten UWB-Funktechnologie ist aufgrund des geringen Leistungsverbrauchs und der hohen Datenraten die Kommunikation mit Implantaten. Zu diesem Zweck wird erstmalig eine miniaturisierte, gewebeoptimierte UWB-Antenne entwickelt und in einer Gewebeersatzflüssigkeit in realitätsnahem Umfeld bezüglich Impedanz- und Strahlungsverhalten charakterisiert. Aufgrund der geringen Abmessungen mit einer Breite und Höhe von jeweils 11 mm bei einer Dicke von 1 mm ist diese mit einer symmetrischen Streifenleitung gespeiste Schlitzantenne ein geeigneter Kandidat für zukünftige medizinische Implantate mit UWB-Funktechnologie, wie anhand einer unidirektionalen Datenübertragung mit einer Geschwindigkeit von 100 Mbit/s in einer Gewebeersatzflüssigkeit mit Hilfe eines modular aufgebauten Energiedetektors demonstriert wird. Abschließend werden mit einem realisierten UWB-Radarsystem basierend auf einem Korrelationsempfänger mögliche Einsatzfelder in der medizinischen Sensorik untersucht, wobei die Messung der Vitalfunktionen und die Bestimmung von Organbewegungen im Vordergrund stehen. Dazu werden verschiedene Operationsweisen des Radars eingesetzt und ein spezielles Kalibrierungsverfahren zur Verbesserung der Trennung von Zielen präsentiert. Unter speziellen Laborbedingungen können Atmung und Herzschlag direkt durch die Beobachtung der Reflexion am Brustbereich bestimmt werden. Die Information des Herzschlags ist dabei allerdings sehr fehlerbehaftet, weshalb eine kontinuierliche Erfassung des Entfernungsprofils erfolgversprechender ist. In diesem Operationsmodus können mit dem Radarsystem jedoch nur langsam veränderliche Bewegungen detektiert werden, weshalb lediglich die Atmung einer Person bei kontinuierlicher Datenerfassung beobachtet werden kann. Für die Detektion des Herzschlags und von Organbewegung sind daher Optimierungen des Radars bezüglich der Hardware zur Verbesserung des SNR-Werts und bezüglich der Signalverarbeitung zur besseren Separation von Signalen mit geringer Amplitude erforderlich.