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

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

2 1 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 1 Gliederung Kurze Wiederholungen Analyse und Charakterisierung von Rotman- Linsen Analyse und Charakterisierung von Array Antenne Zusammenfassung und Ausblick

3 2 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 2 Kurze Wiederholungen Einsatz in Kommunikations- und Radarsystemen Begriff der Rotman Linse - Beamformer (Echtzeit-Verzögerung) von W. Rotman und R.F.Turner [1] entwickelt - später von R. C. Hansen [2] verfeinert und abgewandelt

4 3 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 3 Kurze Wiederholungen Prinzip der Rotman-Linse Für eine bestimmte Einfallsrichtung kommt es nur an einem einzigen Ausgang zu konstruktiver Interferenz, an den anderen Ausgängen kommt es zur Auslöschung (destruktive Interferenz). Quelle:ieeexplore.ieee.org [3]

5 4 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 4 Kreuzungprüfung Analytisches Modell einer Rotman-Linse Rotman-Linse Parallel Plate Region Ports Transmission Line [13]

6 5 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 5 Kreuzungprüfung Wie kann man die Kurve der Rotman-Linse bestimmen? Da die Weglänge zwischen Fokus der Beamkurve und entsprechender Wellenfront immer gleich sein muss [1], kann die Design-Gleichung der Antennenkurve entwickelt werden. Für Beam-Ports außerhalb der Fokusse der Rotman-Linse gibt es jedoch immer Weglängenfehler. Durch die Wahl des Faktors g kann das Design (min. Weglängenfehler ) optimiert werden.

7 6 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 6 Motivation und Ziele Analyse und Charakterisierung von Rotman-Linsen und Array Antenne mit Hilfe von CST MWS Untersuchung des Zusammenwirkens mit der anzusteuernden Gruppenantenne Bestimmung des Abstrahlverhaltens

8 7 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 7 Gliederung Motivation und Ziele Analyse und Charakterisierung von Rotman-Linsen Analyse und Charakterisierung von Array Antenne Zusammenfassung und Ausblick

9 8 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 8 Eigene Arbeiten Schwierigkeiten beim Importvorgang - importierte Daten enthalten mögliche Kreuzungspunkte - Streifenleitung nicht rekonstruierbar (keine Aufbau in MWS möglich)

10 9 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 9 Gliederung Motivation und Ziele Analyse und Charakterisierung von Rotman-Linsen Analyse und Charakterisierung von Array Antenne Zusammenfassung und Ausblick

11 10 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 10 Folgende Arbeit Macro program Verbesserung(optimal Kreuzungprüfung) –Lösung zur 6 Kreuzungspunkte Über 10 Kreuzungspunkte oder meher Hinzufügung neuer Funktionen –Aufbau des einzigen RotmannLenzs ohne Transmissionline –Automatisch Hinzufügung der Signalports –Aufbau bestimmt Tansmissionline –Berechnung der Langen der Transmissionline Analyse-Tools Excel tools-Lesen der berechnten Langen der Transmissionline

12 11 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 11 Optimal Kreuzungprüfung importierte Daten enthalten mögliche Kreuzungspunkte 6 Kreuzungspunkte meher Kreuzungspunkte erhöht Aufwand von Kreuzungprüfung

13 12 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 12 Neuer Funktionen Automatisch Hinzufügung der Signalports

14 13 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 13 Neuer Funktionen Aufbau des einzigen RotmannLenzs ohne Transmissionline Aufbau bestimmt Tansmissionline Berechnung der Langen der Transmissionline

15 14 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 14 Analyse-Tools

16 15 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 15 Unerwartete Schwierigkeit Von Marco erzeugte Models schwere behaltbar Reflektion mit unpassende Dummy Ports Abweischung von den Arbeitfrequenzen und Designfrequenzen in RLD Verbindung des Lensmodels und Antenemodels in CST MVS

17 16 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 16 Reflektion mit unpassende Dummy Ports

18 17 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 17 Gliederung Motivation und Ziele Analyse und Charakterisierung von Rotman-Linsen Analyse und Charakterisierung von Array Antenne Zusammenfassung und Ausblick

19 18 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 18 Zusammenfassung und Ausblick

20 19 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 19 Zusammenfassung und Ausblick Weiterentwicklung und Verbesserung des VBA-Makros (vollständiges Modell der Rotman-Linse in CST MWS ® ) Vergleich der Simulationsergebnisse MWS RLD Kombination der Rotman-Linse mit einem Antennenarray Analyse des Gesamtsystems und Bestimmung der Streuparameter / Abstrahlcharakteristik Optimierung / Minimierung der Rotman-Linse

21 20 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. 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 [2] R. C. Hansen, Design trades for Rotman lenses, IEEE Trans. Antennas Propagat., Vol. 39, No. 4, Apr. 1991, pp [3] [3] [4] Yu Jian Cheng, Student Member, IEEE, Wei Hong, Senior Member, IEEE,KeWu, Fellow, IEEE, Zhen Qi Kuai,Chen Yu, Student Member, IEEE, Ji Xin Chen, Jian Yi Zhou, and Hong Jun Tang, Substrate Integrated Waveguide (SIW) Rotman Lens and Its Ka-Band Multibeam Array Antenna Applications [5] Mario Porrmann, Ulf Witkowski, Jens Hagemeyer, Entwurf eingebetteter Systeme [6] kyu Lee, Sanghyo Lee, Changyul Cheon* and Youngwoo Kwon, A Two-Dimensional Beam Scanning Antenna Array Using Composite Right/Left Handed Microstrip Leaky-Wave Antennas [7] [8] Tse-Yu Lin, Seung-Cheol Lee, Ruth Rotman, Yehuda Green, Yaniv Israel, and Jin-Fa Lee, Design and Analysis of Microstrip line Rotman Lenses [9] [10] Ahmad Sinjari, Sazzadur Chowdhury MEMS Automotive Collision Avoidence Radar Beamformer, Ahmad Sinjari, Sazzadur Chowdhury [11] Peik, S.F.; Heinstadt, J.; Multiple beam microstrip array fed by Rotman lens [12] [13] Theodore K. Anthony, Rotman Lens Development

22 21 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 21 Ende Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!


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