Numerische Analyse von Rotman-Linsen zur Strahlformung von Antennengruppen

Numerische Analyse von Rotman-Linsen zur Strahlformung

von Antennengruppen

Betreuer: Dr.-Ing. Denis Sievers

Thomas MBiatat

Chun Wen

Buyu Xiao

2Rolf Schuhmann Univ. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 2

Gliederung

Motivation und Ziele

Grundlagen der Rotman Linsen

Unsere Arbeite

Ausblick


Motivation und Ziele Kommunikations- und Radar-

Systemen Beamforming Technologien - Zwischenfrequenz (optisch, digital) - Hochfrequenzband (Rotman Linse )[1]

Begriff der Rotman Linse

- Echtzeit-Verzögerung Beamformer

- Zuerst von W. Rotman und R.F.Turner [2] in 1963 entwickelt.

- Dann von R. C. Hansen [3] verfeinert und abgewandelt.



PRINCIPE VON ROTMAN LINSE

Für eine bestimmte Einfallsrichtung kommt es nur an einem einzigen Ausgang zu konstruktiver Interferenz, an den anderen Ausgängen wird die Strahlung weginterferiert

Quelle:ieeexplore.ieee.org

Quelle:http://www.vlsi.uwindsor.ca/presentations/2007/10-Sinjari.pdf


Motivation und Ziele AUSFÜHRUNGSFORMEN PLANARE WELLENLEITUNG

- STREIFENLEITUNG - MIKROSTREIFENLEITUNG

HOHLLEITER


Quelle:http://mmic.snu.ac.kr/




Der vorteil von Rotman Linse gegenüber den anderen Technologien:

- Die Breitbandigkeit

- Einfache und günstige Realisierung,

- Geringe Anzahl an Schaltelementen

- Hohe Spannungsfestigkeit

- Direkt Verarbeitung von hochfrequente Signal



Anwendungsbereichen der Rotman Linse

Quelle:http://www.vlsi.uwindsor.ca/



Anwendungsbereichen der Rotman Linse



Motivation und Ziele Anwendungsbereichen der Rotman Linse

Realapertur- und DBS-Auflösung einer schwach- und einer stark bündelnden Antenne, und Kombination beider Systeme mit der Rotman-Linse

Quelle: http://www.fhr.fgan.de/



Analysierung und charakterisierung

Vom Rotman Linse mit Hilfe von CST

Untersuchung vom Zusammenwirken

mit der anzusteuern-den

Gruppenantenne

Bestimmung von Abstrahlverhalten

Berechneter Ergebnis mit Angabe aus

der Literatur und Veröffentlichunge zu

vergleichen und zu bewerten


Gliederung



Unsere Arbeite

Ausblick


Grundlagen der Rotman Linse Analytische Modell einer Rotman Linse

Rotman Linse Parallel Plate Region

Ports



Grundlagen der Rotman Linse Wie kann man die Kurve der Rotman Linse bestimmen?

Wegen die Weglänge, die von Fokus der Beamkurve nach entsprechende Wave front, immer gleichen sind [1], kann die Design Gleichung der Antenne Kurve entwickelt werden.

Aber bei die Beam Ports außer Fokus der Rotman Linse gibt es immer Weglängesfehler.

Durch die Auswahl von Faktor g können wir die optimale Design (min. Weglängesfehler ) bekommen.


Grundlagen der Rotman Linse

eff

N

F

20 1

2

Gg

F

0W W

F

Bestimmen die Antenne Kurve

0 sinb

Koordinate der Antenne Kurve:

Zwischen Parameter:

Design Parameter:

Fokus Winkel

F Off-axis Brennweite

0 sinc

Beam Winkel

N Abstand von Antenne Element nach Ursprung

Alle Parametern werden von F norminiert.



2 0a b c

2 4

2

b b ac

a

Bestimmen die Antenne Kurve

Quadratische Gleichung:

Lösung:

mit:



Bestimmen die Beam Kurve

Beamkurve ist einer Teil von Kreis.

2 2 2

0

0

( )

2

Fa G F bR

G Fa

2 20beamX R Y G R

sinbeamY F

Radius:


Grundlagen der Rotman Linse Die Transmission Linen und Form den Port

Impedanz Anpassung

Zuspitzende Form

Charakter-Impedanz

Microstrip

Das Breite der Transmission Linen

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Gliederung



Unsere Arbeite

Ausblick


Unsere Arbeite

Berechnung der Geometrieparameter und Modellgenerierung

Import eines CAD-Modells (z.B. von RLD)

Dazu haben wir bisher mit VBA Sprach über Tausende Zelle codiert.


Unsere Arbeite Anhand von der mathematischen Darstellung einer

Rotman Linse ein Makro Program in CST schreiben


Unsere Arbeite Design Parametern eingeben. Functionsknöpfe: Lens Rechung, Lensmodels Bauen, Models Löschung, RLD

Model Import Nötige zwischen Parameters und Kurveskoordinaten ausrechen Eigene geometrische Form der Rotman Linse erzeugen

Darhin fehlt noch ports (beam, array und dummy ports ) und transmischen Line.

Um Ports und transmischen Lineale im Detail zu definiern brauchen mehre Arbeite, die in folgende Monate weiter bearbeitet werden.


Unsere Arbeite

• Ein Modell der Rotman Linse im RLD erstellen.- Mit einstellbare Parametern


Unsere Arbeite Koordinatendaten von RLD in CST importieren


Unsere Arbeite Schwerigkeit beim Importvorgang

- Importierte Daten enthalten möglichen Kreuzpunks.

- Die Folge ist, dass man nicht damit Streifleitung aufbauen kann.


Unsere Arbeite Algorithmus für Kreuzpunktbearbeitung

- Um diese Problem zu lösen, führen wir ein Algorithmus ein.

- Überprüfen ob sich zwei kontinuierliche Punkts in beider Seite einer Lineal befindet.

P1(x1,y1),P2(x2,y2),P3(x3,y3),P4(x4,y4)

p=x1(y3-y2)+x2(y1-y3)+x3(y2-y1)

p=0, P3(x3,y3) auf linear P1P2

p<0,P3 befindet sich an linker(ober) Seit

p>0,P3 befindet sich an reichter(unter) Seit

Wenn sich P1P2 mit P3P4 kreuzen, p1 und p2 sind jeweilig an beider Seit befindet.

In unser program, lassen wir solsche Punkts weg..


Unsere Arbeite Nach dem Algorithmus wird ein optimale Transimitionleitung erzugt.


Gliederung



Unsere Arbeite

Ausblick


Ausblick VBA Program verbesseren, damit ein vollständige Rotman

Linse in CST erstellt werden könnt. Rotman Linse mit Antenne Array zusammen schließen. S Parameter für ganze System simulieren und analysieren.


Literature[1] W. Rotman and R. Turner, “Wide-angle microwave lens for line source

applications,” IEEE Trans. Antennas Propagat., Vol. AP-11, No. 6, Nov. 1963, pp.623-632.

[2] R. C. Hansen , “Design trades for Rotman lenses,” IEEE Trans. Antennas Propagat., Vol. 39, No. 4, Apr. 1991, pp.464-472.

[3]http://www.ihe.uni-karlsruhe.de/english/2498.php

Numerische Analyse von Rotman-Linsen zur Strahlformung von Antennengruppen

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