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Numerische Analyse von Rotman-Linsen zur Strahlformung von Antennengruppen. Thomas MBiatat Chun Wen Buyu Xiao. Betreuer: Dr.-Ing. Denis Sievers. Gliederung. Motivation und Ziele Grundlagen der Rotman Linsen Unsere Arbeite Ausblick. Motivation und Ziele. - PowerPoint PPT Presentation
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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
3Rolf Schuhmann Univ. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 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.
4Rolf Schuhmann Univ. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 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:ieeexplore.ieee.org
Quelle:http://www.vlsi.uwindsor.ca/presentations/2007/10-Sinjari.pdf
5Rolf Schuhmann Univ. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 5
Motivation und Ziele AUSFÜHRUNGSFORMEN PLANARE WELLENLEITUNG
- STREIFENLEITUNG - MIKROSTREIFENLEITUNG
HOHLLEITER
Quelle:ieeexplore.ieee.org
Quelle:http://mmic.snu.ac.kr/
Quelle:ieeexplore.ieee.org
6Rolf Schuhmann Univ. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 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
7Rolf Schuhmann Univ. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 7
Motivation und Ziele
Anwendungsbereichen der Rotman Linse
Quelle:http://www.vlsi.uwindsor.ca/
8Rolf Schuhmann Univ. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 8
Motivation und Ziele
Anwendungsbereichen der Rotman Linse
Quelle:ieeexplore.ieee.org
9Rolf Schuhmann Univ. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 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/
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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
11Rolf Schuhmann Univ. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 11
Gliederung
Motivation und Ziele
Grundlagen der Rotman Linsen
Unsere Arbeite
Ausblick
12Rolf Schuhmann Univ. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 12
Grundlagen der Rotman Linse Analytische Modell einer Rotman Linse
Rotman Linse Parallel Plate Region
Ports
Quelle:ieeexplore.ieee.org
13Rolf Schuhmann Univ. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 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.
14Rolf Schuhmann Univ. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 14
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.
15Rolf Schuhmann Univ. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 15
Grundlagen der Rotman Linse
2 0a b c
2 4
2
b b ac
a
Bestimmen die Antenne Kurve
Quadratische Gleichung:
Lösung:
mit:
16Rolf Schuhmann Univ. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 16
Grundlagen der Rotman Linse
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:
17Rolf Schuhmann Univ. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 17
Grundlagen der Rotman Linse Die Transmission Linen und Form den Port
Impedanz Anpassung
Zuspitzende Form
Charakter-Impedanz
Microstrip
Das Breite der Transmission Linen
50
Quelle:ieeexplore.ieee.org
18Rolf Schuhmann Univ. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 18
Gliederung
Motivation und Ziele
Grundlagen der Rotman Linsen
Unsere Arbeite
Ausblick
19Rolf Schuhmann Univ. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 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.
20Rolf Schuhmann Univ. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 20
Unsere Arbeite Anhand von der mathematischen Darstellung einer
Rotman Linse ein Makro Program in CST schreiben
21Rolf Schuhmann Univ. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 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.
22Rolf Schuhmann Univ. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 22
Unsere Arbeite
• Ein Modell der Rotman Linse im RLD erstellen.- Mit einstellbare Parametern
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Unsere Arbeite Koordinatendaten von RLD in CST importieren
24Rolf Schuhmann Univ. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 24
Unsere Arbeite Schwerigkeit beim Importvorgang
- Importierte Daten enthalten möglichen Kreuzpunks.
- Die Folge ist, dass man nicht damit Streifleitung aufbauen kann.
25Rolf Schuhmann Univ. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 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..
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Unsere Arbeite Nach dem Algorithmus wird ein optimale Transimitionleitung erzugt.
27Rolf Schuhmann Univ. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 27
Gliederung
Motivation und Ziele
Grundlagen der Rotman Linsen
Unsere Arbeite
Ausblick
28Rolf Schuhmann Univ. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 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.
29Rolf Schuhmann Univ. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 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