In diesem Beispiel wird eine Mikrostreifen-Rotman-Linse, die in der Software Rotman Lens Designer (RLD) von Remcom entworfen wurde, in XFdtd simuliert, wobei kundenspezifische Skripte und die XACT Accurate Cell Technology Meshing-Funktion verwendet werden. Das ursprüngliche Linsendesign ist im 16 GHz Rotman Lens Example zu finden. Die Linse wird zunächst allein simuliert, und dann wird ein lineares 1x16-Array von Patch-Antennen zu den Ausgangsanschlüssen der Linse hinzugefügt, um eine vollständigere Analyse durchzuführen. In jedem Fall wird das von der Linse abgestrahlte Muster mit dem Array-Faktor verglichen, der in der RLD-Software bei der Optimierung des Entwurfs entwickelt wurde.
Objektiv allein
Die Linse von RLD hat 7 Strahlanschlüsse, 16 Array-Anschlüsse und eine Mittenfrequenz von 16 GHz. Die Linse ist ein Mikrostreifen-Design mit einer Systemimpedanz von 50 Ohm und einem Elementabstand von einer halben Wellenlänge am Ausgang. Die importierte Linse ist in Abbildung 1 dargestellt, wobei die Strahlanschlüsse auf der linken Seite, die Ausgangsanschlüsse (Array) auf der rechten Seite und die an den Seitenwänden angebrachten Dummy-Anschlüsse oben und unten zu sehen sind. Wenn die XACT-Vernetzungsfunktion für die Linsenstrukturen aktiviert ist, wird das Netz exakt entlang der gekrümmten Oberflächen abgebildet, wie in dem gezoomten Bild einiger der Array-Linien in Abbildung 2 zu sehen ist. Für diese Linse wurde eine Zellengröße von 1 mm gewählt.
Abbildung 1: Design der importierten Rotman-Linse von RLD.
Abbildung 2: Netz der Linse mit XACT.
Die Linse wird zunächst simuliert, indem ein modulierter 16-GHz-Gauß-Puls an den mittleren Strahlenanschluss angelegt wird. Dies sollte einen zentrierten Strahl am Ausgang erzeugen. Nach der Simulation wird die Rückflussdämpfung am Eingangsanschluss in Abhängigkeit von der Frequenz aufgetragen, wie in Abbildung 3 dargestellt. Der von XFdtd berechnete Array-Faktor für den mittleren Strahl der Linse wird in Abbildung 4 mit dem Array-Faktor des ursprünglichen RLD-Designs verglichen. Mit Hilfe von Skripten wurden auch die S-Parameter für Betrag und Phase an den Array-Anschlüssen bei der Mittenfrequenz aufgezeichnet, um die Leistung der Linse zu überprüfen. Wie in Abbildung 5 zu sehen ist, ist der Ausgang an den Array-Anschlüssen nahezu gleich, wie für den aktiven mittleren Strahlanschluss erwartet.
Abbildung 3: Rückflussdämpfung am aktiven Anschluss für den aktiven Mittelstrahlanschluss.
Abbildung 4: Array-Faktor für den mittleren Anschluss aktiv.
Abbildung 5: Größe der SParameter an jedem Array-Port bei der Mittenfrequenz.
Zur Veranschaulichung der Abtastung des Linsenstrahls wird eine zweite Simulation durchgeführt, bei der der erste Strahlanschluss (unten links) aktiv ist. In diesem Fall ist der Strahl um den im Entwurf festgelegten Abtastwinkel von 16 Grad versetzt, wie in Abbildung 6 zu sehen ist. Die Abbildungen 7 und 8 zeigen den Unterschied in den Leitungsströmen auf der Oberfläche der Linse, wenn der mittlere (Abbildung 7) und der untere linke (Abbildung 8) Strahlanschluss aktiv sind. Die Variation der Ankunftszeit der Felder an den Ausgangsöffnungen bewirkt die Phasenverschiebung, die für die Abtastung des Strahls verantwortlich ist.
Abbildung 6: Array-Faktor, mit 16 Grad Verschiebung, für den unteren Anschluss aktiv.
Abbildung 7: Leitungsstrom im Zeitbereich bei aktivem Anschluss 4.
Abbildung 8: Leitungsstrom im Zeitbereich bei aktivem Anschluss 1.
Objektiv mit 1x16 Patch Array
Als nächstes wird ein lineares 1x16-Array von Patch-Antennen am Ausgang der Linse angebracht. Die Geometrie der Linse mit dem angebrachten Patch-Array ist in Abbildung 9 dargestellt. Aufgrund der Komplexität der Antennen wird die Zellengröße für diese Simulation auf 0,5 mm verringert. Im Anschluss an die Simulation mit aktivem Mittelstrahlport wird das Strahlungsgewinnmuster des Patch-Arrays aufgezeichnet. Dieses Gewinnmuster wird in Abbildung 10 gegen den RLD-Array-Faktor aufgetragen, wobei das RLD-Gewinnmuster durch Addition des Spitzengewinns der XFdtd-Simulation zu den Daten des RLD-Array-Faktors erstellt wird.
Abbildung 9: Geometrie der Linse mit linearer 1x16-Patch-Antennengruppe.
