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 )[3]

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

4Rolf Schuhmann Univ. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 4

Motivation und Ziele

..

5Rolf Schuhmann Univ. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 5

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

6Rolf Schuhmann Univ. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 6

Gliederung

Motivation und Ziele

Grundlagen der Rotman Linsen

Unsere Arbeite

Ausblick

7Rolf Schuhmann Univ. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 7

Grundlagen der Rotman Linse Begriff der Rotman Linse

Echtzeit-Verzögerung Beamformer

Zuerst von W. Rotman und R.F.Turner [1] in 1963 entwickelt.

Dann von R. C. Hansen [2] verfeinert und abgewandelt.

Anwendungsbereichen der Rotman Linse

8Rolf Schuhmann Univ. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 8

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

Wichtiger Parameter:

Four basic parameters:

TEM transmission line lengths w computed using Rotman & Turner formulas

The focal arc is a circle defined by Rotman & Turner formulas

The beam pointing angles are frequency independent

0, , ,G

9Rolf Schuhmann Univ. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 9

Grundlagen der Rotman Linse

0 cosa

0 sinb

0

sinc

eff

N

F

21

2g

0W W

F

Bestimmen die Antenne Kurve

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Grundlagen der Rotman Linse

2 0a b c

2 4

2

b b ac

a

Bestimmen die Antenne Kurve

Quadratische Gleichung:

Lösung:

mit:

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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:

12Rolf Schuhmann Univ. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 12

Gliederung

Motivation und Ziele

Grundlagen der Rotman Linsen

Unsere Arbeite

Ausblick

13Rolf Schuhmann Univ. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 13

Unsere Arbeite Anhand von der Kurve Formel ein Makro in CST schreiben - VBA Funktion in CST- Konfigurierbar Parametern

Modi:

-Berechnung der Geometrieparameter und Modellgenerierung

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

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Unsere Arbeite Modell der Rotman Linse in RLD erstellen.

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Unsere Arbeite S Parameter der Rotman Linse

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Unsere Arbeite Beam to Array Coupling Amplitude

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18Rolf Schuhmann Univ. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 18

Gliederung

Motivation und Ziele

Grundlagen der Rotman Linsen

Unsere Arbeite

Ausblick

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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.

20Rolf Schuhmann Univ. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 20

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