Numerische Analyse von Rotman-Linsen zur Strahlformung von Antennengruppen

1. Numerische Analyse von Rotman-Linsen zur Strahlformung von Antennengruppen Thomas MBiatat Chun Wen Buyu Xiao Betreuer: Dr.-Ing. Denis Sievers

2. Gliederung • Motivation und Ziele • Grundlagen der Rotman Linsen • Unsere Arbeite • Ausblick

3. 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.

4. Motivation und Ziele • 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:http://www.vlsi.uwindsor.ca/presentations/2007/10-Sinjari.pdf Quelle:ieeexplore.ieee.org

5. Motivation und Ziele • AUSFÜHRUNGSFORMEN • PLANARE WELLENLEITUNG - STREIFENLEITUNG - MIKROSTREIFENLEITUNG • HOHLLEITER Quelle:ieeexplore.ieee.org Quelle:ieeexplore.ieee.org Quelle:http://mmic.snu.ac.kr/

6. Motivation und Ziele • 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

7. Motivation und Ziele • Anwendungsbereichen der Rotman Linse Quelle:http://www.vlsi.uwindsor.ca/

8. Motivation und Ziele • Anwendungsbereichen der Rotman Linse Quelle:ieeexplore.ieee.org

9. 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/

10. Motivation und Ziele • 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

11. Gliederung • Motivation und Ziele • Grundlagen der Rotman Linsen • Unsere Arbeite • Ausblick

12. Grundlagen der Rotman Linse • Analytische Modell einer Rotman Linse Parallel Plate Region Rotman Linse Ports Quelle:ieeexplore.ieee.org

13. 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.

14. Grundlagen der Rotman Linse • Bestimmen die Antenne Kurve Koordinate der Antenne Kurve: Fokus Winkel Design Parameter: Off-axis Brennweite Beam Winkel Abstand von Antenne Element nach Ursprung Zwischen Parameter: Alle Parametern werden von F norminiert.

15. Grundlagen der Rotman Linse • Bestimmen die Antenne Kurve Quadratische Gleichung: mit: Lösung:

16. Grundlagen der Rotman Linse • Bestimmen die Beam Kurve • Beamkurve ist einer Teil von Kreis. Radius:

17. Grundlagen der Rotman Linse • Die Transmission Linen und Form den Port Impedanz Anpassung Zuspitzende Form Charakter-Impedanz Microstrip Das Breite der Transmission Linen Quelle:ieeexplore.ieee.org

18. Gliederung • Motivation und Ziele • Grundlagen der Rotman Linsen • Unsere Arbeite • Ausblick

19. 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.

20. Unsere Arbeite • Anhand von der mathematischen Darstellung einer Rotman Linse ein Makro Program in CST schreiben

21. 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.

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

23. Unsere Arbeite • Koordinatendaten von RLD in CST importieren

24. Unsere Arbeite • Schwerigkeit beim Importvorgang - Importierte Daten enthalten möglichen Kreuzpunks. - Die Folge ist, dass man nicht damit Streifleitung aufbauen kann.

25. 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..

26. Unsere Arbeite • Nach dem Algorithmus wird ein optimale Transimitionleitung erzugt.

27. Gliederung • Motivation und Ziele • Grundlagen der Rotman Linsen • Unsere Arbeite • Ausblick

28. 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.

29. 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