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On the Potential of Multi-Mode Antennas for Direction-of-Arrival Estimation

Pöhlmann, Robert und Alkubti Almasri, Sami und Zhang, Siwei und Jost, Thomas und Dammann, Armin und Hoeher, Peter A. (2019) On the Potential of Multi-Mode Antennas for Direction-of-Arrival Estimation. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 67 (5), Seiten 3374-3386. IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers. doi: 10.1109/TAP.2019.2899010. ISSN 0018-926X.

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Kurzfassung

A multi-mode antenna (MMA) can be an interesting alternative to a conventional phased antenna array for directionof-arrival (DoA) estimation. By MMA we mean a single physical radiator with multiple ports, which excite different characteristic modes. In contrast to phased arrays, a closed-form mathematical model of the antenna response, like a steering vector, is not straightforward to define for MMAs. Instead one has to rely on calibration measurement or electromagnetic field (EMF) simulation data, which is discrete. To perform DoA estimation, an array interpolation technique (AIT) and wavefield modeling (WM) are suggested as methods with inherent interpolation capabilities, fully taking antenna nonidealities like mutual coupling into account. We present a non-coherent DoA estimator for low-cost receivers and show how coherent DoA estimation and joint DoA and polarization estimation can be performed with MMAs. Utilizing these methods, we assess the DoA estimation performance of an MMA prototype in simulations for both 2D and 3D cases. The results show that WM outperforms AIT for high SNR. The coherent estimation is superior to non-coherent, especially in 3D, because non-coherent suffers from estimation ambiguities. In conclusion, DoA estimation with a single MMA is feasible and accurate.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/126206/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:On the Potential of Multi-Mode Antennas for Direction-of-Arrival Estimation
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Pöhlmann, RobertRobert.Poehlmann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-7362-9406NICHT SPEZIFIZIERT
Alkubti Almasri, SamiUniversity of Kiel, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zhang, Siweisiwei.zhang (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jost, Thomasthomas.jost (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dammann, ArminArmin.Dammann (at) DLR.dehttps://orcid.org/0000-0002-7112-1833NICHT SPEZIFIZIERT
Hoeher, Peter A.University of Kiel, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Mai 2019
Erschienen in:IEEE Transactions on Antennas and Propagation
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:67
DOI:10.1109/TAP.2019.2899010
Seitenbereich:Seiten 3374-3386
Verlag:IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers
ISSN:0018-926X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:characteristic modes, wavefield modeling, manifold separation, array interpolation technique, RSS, angle-ofarrival
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Kommunikation und Navigation
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R KN - Kommunikation und Navigation
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Vorhaben GNSS2/Neue Dienste und Produkte (alt)
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Kommunikation und Navigation
Institut für Kommunikation und Navigation > Nachrichtensysteme
Hinterlegt von: Pöhlmann, Robert
Hinterlegt am:15 Feb 2019 16:19
Letzte Änderung:08 Nov 2023 08:20

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