Die Software Rotman Lens Designer (RLD) wird zur Definition und Optimierung eines Objektivs anhand einer Liste von Designparametern verwendet. Die Linse weist die folgenden Merkmale auf:
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50 Ohm Systemimpedanz
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Microstrip Design
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Mittenfrequenz von 16 GHz, 4 GHz Bandbreite
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20 Grad maximaler Scan-Winkel
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Abstand zwischen den Elementen bei halber Wellenlänge
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7 Beam-Anschlüsse
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16 Array-Anschlüsse
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Alle anderen Parameter sind dem Designer überlassen
Eingabe der erforderlichen Parameter
Auf der Registerkarte "Physikalische Eigenschaften" von RLD können die Systemimpedanz und der Linsentyp in den beiden oberen Eingabefeldern eingestellt werden.
Auf der Registerkarte "Elektrische Eigenschaften" von RLD können in den ersten drei Eingabefeldern die Mittenfrequenz, die Bandbreite und der Elementabstand eingegeben werden. In der Mitte der Registerkarte kann auch die Anzahl der Strahlen und Array-Elemente eingegeben werden.
An diesem Punkt ist der Rest der Gestaltung dem Benutzer überlassen. Zu Vergleichszwecken werden zwei verschiedene Entwürfe betrachtet.
Entwurf 1
Entwurf 1 verwendet eine kreisförmige Brennpunktkontur mit einer Brennweite von 0,15 m. Das Substrat ist ein Dielektrikum mit einer Dielektrizitätskonstante von 2,33, einem Verlusttangens von 0,0005 und einer Dicke von 0,508 mm. Alle anderen Werte auf der Registerkarte Physikalische Eigenschaften werden auf den Standardwerten belassen. Die Brennweite wird später während des Abstimmungsprozesses angepasst.
Für die elektrischen Eigenschaften des Objektivs wird die Aperturverteilung auf manuell und das Alpha-Verhältnis auf 0,8 eingestellt. Die Flare-Winkel für die Strahl- und Array-Ports sind auf 12 Grad mit einer maximalen Portgröße von 2 Wellenlängen eingestellt. Die Portausrichtung ist sowohl für die Beam- als auch für die Array-Ports aktiviert. Es werden Dummy-Ports mit einer maximalen Portgröße von 1,15 Wellenlängen, einem Flare-Winkel von 12 Grad und einer Konturenkrümmung von 1,20 verwendet. Abbildung 1 zeigt den Entwurf in diesem nicht abgestimmten Stadium.
Wenn der mittlere Anschluss aktiv ist (Anschluss 4) und alle anderen Anschlüsse ausgeschaltet sind, wird der Array-Faktor für das Design aufgezeichnet. Bei angezeigtem Array-Faktor wird der Schieberegler für das Öffnungsverhältnis verschoben, bis ein gut definierter Mittelstrahl gefunden wird (Abbildung 2). Dies ist bei einem Öffnungsverhältnis von 1,0385 der Fall. Der Phasenfehler zwischen Strahl und Array beträgt bei diesem Design weniger als 0,5 Grad für alle Anschlüsse (Abbildung 3). Wenn nur Strahl 1 aktiv ist, ist der Array-Faktor immer noch gut definiert (Abbildung 4), wobei der Strahl um 16 Grad versetzt ist (80 % des maximalen Abtastwinkels, wie durch das Alpha-Verhältnis definiert). Der resultierende Prototyp von Design 1 ist in Abbildung 5 dargestellt.
Entwurf 1 wurde dann mit dem Vollwellenlöser XFdtd analysiert. Siehe das Beispiel der Rotman-Linse mit linearem Antennen-Array für einen Vergleich der Ergebnisse von RLD und XF.
Abbildung 1: Ungetunte Linse für Design 1 nach Eingabe der meisten Parameter.
Abbildung 2: Array-Faktor für Design 1 nach Einstellung des Fokalverhältnisses auf einen gewünschten Wert.
Abbildung 3: Phasenfehler für das abgestimmte Design 1.
Abbildung 4: Array-Faktor für Strahl 1 von Design 1 mit Abtastwinkelversatz.
Abbildung 5: Abgestimmte Linse für Design 1.
Abbildung 6: Abgestimmte Linse für Design 2.
Entwurf 2
Das zweite Design verwendet die automatische Brennweiteneinstellung und ein Dielektrikum mit einer Dielektrizitätskonstante von 6,15, einem Verlusttangens von 0,0027 und einer Dicke von 0,127 mm. Die Streuwinkel aller Ports werden auf 15 Grad eingestellt. Außerdem wird die Konturenkrümmung auf 1,8 erhöht und die Größe der Dummy-Ports auf 0,93 Wellenlängen festgelegt. Trotz dieser Änderungen ist das Objektiv immer noch auf ein Öffnungsverhältnis von 1,0385 abgestimmt und der Array-Faktor ist identisch. Das abgestimmte Design 2 ist in Abbildung 6 dargestellt.
Diese beiden Linsendesigns scheinen nach den berechneten Werten identisch zu funktionieren. Der Hauptunterschied zwischen ihnen liegt in den Mikrostreifenübertragungsleitungen, die die Anschlüsse mit den Endpunkten verbinden. Bei Entwurf 1 ergeben die dielektrischen Werte dickere Leitungen für die 50-Ohm-Impedanz, wie in Abbildung 7 dargestellt. Im Gegensatz dazu erfordert Entwurf 2, der in Abbildung 8 dargestellt ist, viel dünnere Übertragungsleitungen.
Abbildung 7: Dicke Übertragungsleitungen für das abgestimmte Design 1.
