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El software Rotman Lens Designer (RLD) se utiliza para definir y optimizar una lente dada una lista de parámetros de diseño. La lente tendrá las siguientes características:
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Impedancia del sistema de 50 ohmios
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Diseño Microstrip
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Frecuencia central de 16 GHz, ancho de banda de 4 GHz
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Ángulo de exploración máximo de 20 grados
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Separación entre elementos de media longitud de onda
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7 puertos Beam
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16 puertos de matriz
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El resto de parámetros depende del diseñador
Introducir los parámetros necesarios
En la pestaña de propiedades físicas de RLD, la impedancia del sistema y el tipo de lente pueden establecerse en los dos campos de entrada superiores.
En la pestaña de propiedades eléctricas del RLD, se pueden introducir la frecuencia central, el ancho de banda y la separación entre elementos en los tres primeros campos de entrada. En el centro de la pestaña también se puede introducir el número de haces y de elementos del array.
En este punto, el resto del diseño depende del usuario. A modo de comparación, se estudiarán dos diseños diferentes.
Diseño 1
El diseño 1 utiliza una forma de contorno focal circular con una distancia focal fijada en 0,15 metros. El sustrato es un dieléctrico con una permitividad de 2,33, una tangente de pérdida de 0,0005 y un grosor de 0,508 mm. Todos los demás valores de la pestaña de propiedades físicas se dejan en los valores por defecto. La distancia focal se ajustará posteriormente durante el proceso de sintonización.
Para las propiedades eléctricas de la lente, la distribución de apertura se establece en manual y la relación alfa en 0,8. Los ángulos de flare para los puertos de haz y de matriz se fijan en 12 grados con un tamaño máximo de puerto de 2 longitudes de onda. El apuntado de puertos está activado tanto para los puertos de haz como para los de matriz. Se utilizarán puertos ficticios con un tamaño máximo de puerto de 1,15 longitudes de onda, un ángulo de ensanchamiento de 12 grados y una curvatura de contorno de 1,20. En la figura 1 se muestra el diseño en esta fase no sintonizada.
Con el puerto central activo (puerto 4) y todos los demás puertos desactivados, se traza el factor de matriz para el diseño. Una vez visualizado el factor de matriz, se mueve el control deslizante de la relación focal hasta que se encuentra un haz central bien definido (Figura 2). Esto ocurre con una relación focal de 1,0385. El error de fase entre el haz y el conjunto para este diseño es inferior a 0,5 grados para todos los puertos (figura 3). Con sólo el haz 1 activo, el factor del conjunto sigue estando bien definido (figura 4) con el haz desplazado a 16 grados (80% del ángulo de exploración máximo definido por la relación alfa). El prototipo de diseño 1 resultante se muestra en la figura 5.
El diseño 1 se analizó con el solver XFdtd de onda completa. Véase el ejemplo de la lente Rotman con antena lineal para comparar los resultados de RLD y XF.
Figura 1: Lente no sintonizada para el diseño 1 una vez introducidos la mayoría de los parámetros.
Figura 2: Factor de formación del diseño 1 tras ajustar la relación focal al valor deseado.
Figura 3: Error de fase para el diseño sintonizado 1.
Figura 4: Factor de disposición para el haz 1 del diseño 1 mostrando el desplazamiento del ángulo de barrido.
Figura 5: Lente sintonizada para el diseño 1.
Figura 6: Lente sintonizada para el diseño 2.
Diseño 2
El segundo diseño utilizará la configuración de distancia focal automática y un dieléctrico con una permitividad de 6,15, una tangente de pérdida de 0,0027 y con un grosor de 0,127 mm. Los ángulos de flare de todos los puertos se fijan en 15 grados. Además, la curvatura del contorno se aumenta a 1,8 y el tamaño del puerto ficticio se fija en 0,93 longitudes de onda. A pesar de los cambios, la lente sigue sintonizada con una relación focal de 1,0385 y el factor de matriz es idéntico. El diseño sintonizado 2 se muestra en la figura 6.
Estos dos diseños de lente parecen funcionar de forma idéntica según los valores calculados. La principal diferencia entre ellos radica en las líneas de transmisión microstrip que conectan los puertos con las terminaciones. Con el diseño 1, los valores dieléctricos producen líneas más gruesas para la impedancia de 50 ohmios, como se muestra en la Figura 7. Por el contrario, el diseño 2, mostrado en la Figura 8, requiere líneas de transmisión mucho más gruesas. Por el contrario, el diseño 2, mostrado en la Figura 8, requiere líneas de transmisión mucho más delgadas.
Figura 7: Líneas de transmisión gruesas para el diseño sintonizado 1.
