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 Motivation und Ziele Rotman Linse Patch Antenne Zusammenfassung und Ausblick

3 2 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 2 Motivation und Ziele Unterschiedliche Rotman Lens Modell in RLD erstellen. Mit Hilfe von Marco Programm in MVS importieren. IN MWS simulieren. Ergebnis vergleichen. Ziele: Untersuchen die Abweichung von Arbeitsfrequenz zwischen RLD Modell und Simulationsergebnis in MWS.

4 3 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 3 Simulation und Analyse Parameter von Unsre Modell: Microstrip Struktur MaterialRogers RT6006 Substrat (epsi: 6.15) Dicke von Substrat 0.64mm Dicke von Stripline 0.05mm Arbeitsfrequenz10GHz Bandbreite500MHz Scan Winkel25 Degree

5 4 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 4 Simulation und Analyse 10GHz 25Grad Model mit vollen discrete Ports

6 5 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 5 Simulation und Analyse Simulationsergebnis von 10 GHz 25 Degree - S Parameter für Reflektion von Beam Ports selbe

7 6 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 6 Simulation und Analyse Simulationsergebnis von 10 GHz 25 Degree - S Parameter für Transmission von Beam Ports nach Array Ports.

8 7 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 7 Simulation und Analyse Animationsergebnis von Simulation Ergebnis: 1,Sehr starke Reflektion von Beam Ports. 2,Abweichung zwischen Design Frequenz von RLD und effektive Arbeitsfrequenz von MWS.

9 8 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 8 Simulation und Analyse Analysis: Warum so starke Reflektion? Wegen dem Abstand zwischen Beam Ports?

10 9 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 9 Simulationsergebnis von 10 GHz 25 Degree (keine Abstand zwischen Beam Ports) - S Parameter für Reflektion von Beam Ports selbe

11 10 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 10 Simulationsergebnis von 10 GHz 25 Degree (keine Abstand zwischen Beam Ports) - S Parameter für Transmission von Beam Ports nach Array Ports

12 11 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 11 Animationsergebnis von Simulation Ergebnis: Starke Reflektion von Beam Ports waren kleiner!

13 12 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 12 Die Abweichung zwischen Design Frequenz von RLD und effektive Arbeitsfrequenz von MWS. - 0.25 GHz höhre als Design Frequenz von RLD

14 13 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 13 Lösungskonzept - ändern die Design Frequenz von RLD, um die effektive Arbeitsfrequenz von MWS zu verändern. Erstellen wir eine neue Rotman Linse Modell in RLD. (Design Frequenz: 9.8GHz)

15 14 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 14 Simulation und Analyse Simulationsergebnis von Design Frequenz: 9.8GHz 25 Degree. - S Parameter für Reflektion von Beam Ports selbe

16 15 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 15 Simulation und Analyse - S Parameter für Transmission von Beam Ports nach Array Ports.

17 16 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 16 Simulation und Analyse Erstellen wir noch eine Rotman Linse Modell (Design Frequenz 9.9 GHz) in RLD. –9.8GHz Design Frequenz von RLD verursachte zu niederige effektive Arbeitsfrequenz von MWS.

18 17 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 17 Simulation und Analyse Simulationsergebnis von Design Frequenz: 9.9 GHz 25 Degree. - S Parameter für Reflektion von Beam Ports selbe

19 18 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 18 Simulation und Analyse - S Parameter für Transmission von Beam Ports nach Array Ports.

20 19 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 19 Simulation und Analyse Erstellen wir noch eine Rotman Linse Modell (Design Frequenz 9.95 GHz) in RLD.

21 20 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 20 Simulation und Analyse Simulationsergebnis von Design Frequenz: 9.95 GHz 25 Degree. - S Parameter für Reflektion von Beam Ports selbe

22 21 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 21 Simulation und Analyse - S Parameter für Transmission von Beam Ports nach Array Ports.

23 22 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 22 Simulation und Analyse Andere Seite: Einfluss von Dummy Ports für Rotman Linse. Modell:10GHz 25Grad Model mit vollen discrete Ports Dummy Ports mit « Transmission line Open» in CST DESIGN STUDIO verbinden.

24 23 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 23 Simulation und Analyse S Parameter für Reflektion von Beam Ports selbe

25 24 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 24 Simulation und Analyse - S Parameter für Transmission von Beam Ports nach Array Ports.

26 25 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 25 Simulation und Analyse Modell:10GHz 25Grad Model mit vollen discrete Ports Dummy Ports weglassen.

27 26 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 26 Simulation und Analyse S Parameter für Reflektion von Beam Ports selbe

28 27 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 27 Simulation und Analyse - S Parameter für Transmission von Beam Ports nach Array Ports.

29 28 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 28 Simulation und Analyse Animationsergebnis von Simulation

30 29 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 29 Simulation und Analyse Modell:10GHz 25Grad Model mit vollen discrete Ports Side Wall mit Absorb Materail verbinden.

31 30 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 30 Simulation und Analyse S Parameter für Reflektion von Beam Ports selbe

32 31 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 31 Simulation und Analyse - S Parameter für Transmission von Beam Ports nach Array Ports.

33 32 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 32 Simulation und Analyse Animationsergebnis von Simulation

34 33 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 33 Simulation und Analyse Simulation von Array Transmission Line

35 34 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 34 Simulation und Analyse Im Vergleichen zu rechnensergebnis.

36 35 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 35 Simulation und Analyse

37 36 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 36

38 37 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 37

39 38 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 38 Verbessern die Leistung von unseren Modell. -Kleiner Reflektion von Beam Ports -Besser Transmission von Beam Ports nach Array Ports.

40 39 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 39 Simulation und Analyse 10 GHz 25 Deg mit volle diskrete Ports Analysis Durch das Ergebnis haben wir zwei Probleme bemerkt, 1, es eine Abweichung zwischen Design Frequenz von RLD und effektive Arbeitsfrequenz von MWS. 2, Leistung von S Parameter nicht gut. Lösungskonzept 1,Deshalb wir die Design Frequenz von RLD zu ändern versucht haben, um die effektive Arbeitsfrequenz von MWS zu ändern. 2,Ändern diese Sidewalls 1, 10GHZ_25Grad Model ohne Absorb Sideway und dummy Ports 2,10GHZ_25Grad Model mit Absorb Sidewall statt dummy Ports 3, 10GHZ_25Grad Model mit waveguide Ports als Signal Ports

41 40 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 40 Simulation und Analyse 2, S Parameter nicht gut. Wir haben auf 2 Seite durchgedacht. - Einstellung von Beam Ports - Einstellung von Dummy Ports

42 41 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 41 Simulation und Analyse Einstellung von Beam Ports

43 42 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 42 Simulation und Analyse

44 43 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 43 Simulation und Analyse

45 44 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 44 Simulation und Analyse

46 45 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 45 Simulation und Analyse

47 46 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 46 Simulation und Analyse Von diese Ergbis können wir leicht wissen, dass normarleweise zwischen jeden Ports keine Abstand steht. Solche Abstand kann große Reflektion verursachen.

48 47 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 47 Simulation und Analyse Durch Einstellung von Dummy versuchen wir die S Parameter Ergebnis noch verbessern. Wir haben folgende Versuch gemacht. 1, Beam Ports und Array Ports benutzen wir Wave guide Ports. Dummy Ports beleibt diskrete Ports. 2, Dummy Ports verbindet mit 50 Ohm Impendanz 3, Bei Sidewall gibt es keine Taper sondern direkt Absorb Material 4, Bei Sidewall gibt es keine Taper und keine Absorb Materail

49 48 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 48 Simulation und Analyse 10GHZ_25Grad Model mit waveguide Ports als Signal Ports

50 49 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 49 Simulation und Analyse 10GHZ_25Grad Model mit vollen discrete Ports, mit 50 ohm

51 50 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 50 Simulation und Analyse

52 51 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 51 Simulation und Analyse

53 52 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 52 Simulation und Analyse 10GHZ_25Grad Model mit Absorb Sideway statt dummy Ports

54 53 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 53 Simulation und Analyse

55 54 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 54 Simulation und Analyse

56 55 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 55 Simulation und Analyse Keine Dummy Ports, Keine Absorb

57 56 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 56 Simulation und Analyse

58 57 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 57 Simulation und Analyse TL Phasen Verzögerung vergleich

59 58 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 58 Simulation und Analyse

60 59 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 59 Simulation und Analyse

61 60 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 60 Simulation und Analyse

62 61 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 61 Simulation und Analyse Ergebnis von 10.1GHZ_25Grad Model mit vollen discrete Ports

63 62 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 62 Simulation und Analyse 10.15GHZ_25Grad Model mit vollen discrete Ports

64 63 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 63 Simulation und Analyse 10.25GHZ_25Grad Model mit vollen discrete Ports

65 64 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 64

66 65 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 65 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.vlsi.uwindsor.ca/presentations/2007/10-Sinjari.pdf [3] http://www.ihe.uni-karlsruhe.de/english/2498.php [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] http://mmic.snu.ac.kr/ [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] http://www.vlsi.uwindsor.ca/ [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] http://www.fhr.fgan.de/ [13] Theodore K. Anthony, Rotman Lens Development

67 66 T. MBiatat, C. Wen, B. XiaoUniv. Paderborn, FG Theoretische Elektrotechnik 66 Ende Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!