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Este ejemplo toma una lente Rotman microstrip diseñada en el software Rotman Lens Designer (RLD) de Remcom y la simula en XFdtd de onda completa haciendo uso de scripts personalizados y de la función de mallado XACT Accurate Cell Technology. El diseño original de la lente puede encontrarse en el ejemplo de lente Rotman de 16 GHz. Primero se simula por sí misma y después se añade una matriz lineal 1x16 de antenas de parche a los puertos de salida de la lente para un análisis más completo. En cada caso, el diagrama radiado por la lente se compara con el factor de array desarrollado en el software RLD al optimizar el diseño.
Lente sola
La lente de RLD tiene 7 puertos de haz, 16 puertos de matriz y una frecuencia central de 16 GHz. La lente tiene un diseño de microstrip con una impedancia del sistema de 50 ohmios y un espaciado entre elementos de media longitud de onda en la salida. En la Figura 1 se muestra la lente importada con los puertos de haz a la izquierda, los puertos de salida (array) a la derecha y los puertos ficticios fijados a las paredes laterales en la parte superior e inferior. Cuando se activa la función de mallado de XACT para las estructuras de la lente, la malla se traza exactamente a lo largo de las superficies curvas, como puede verse en la imagen ampliada de varias de las líneas de la matriz en la figura 2. Para esta lente, el tamaño de celda elegido es de 1 mm.
Figura 1: Diseño de lente Rotman importado de RLD.
Figura 2: Malla de la lente utilizando XACT.
La lente se simulará primero aplicando un pulso gaussiano modulado centrado a 16 GHz al puerto del haz central. Esto debería producir un haz centrado en la salida. Tras la simulación, la pérdida de retorno en el puerto de entrada se representa gráficamente en función de la frecuencia, como se muestra en la Figura 3. El factor de matriz para el haz central de la lente, calculado por XFdtd, se compara con el factor de matriz del diseño RLD original en la figura 4. También se utilizaron secuencias de comandos para trazar la magnitud del parámetro S y la fase a través de los puertos de la matriz en la frecuencia central para verificar el rendimiento de la lente. Como se muestra en la Figura 5 la salida a través de los puertos de la matriz es casi nivelada como se esperaba para el puerto de haz central activo.
Figura 3: Pérdidas de retorno en el puerto activo para el puerto de haz central activo.
Figura 4: Factor de dispersión para el puerto central activo.
Figura 5: Magnitud del parámetro SP en cada puerto del array a la frecuencia central.
Para demostrar el barrido del haz de la lente, se realiza una segunda simulación con el primer puerto del haz (abajo a la izquierda) activo. En este caso el haz está desplazado por el ángulo de barrido, 16 grados según lo definido por el diseño, y puede verse en la figura 6. Las figuras 7 y 8 ilustran la diferencia en las corrientes de conducción en la superficie de la lente cuando los puertos de haz central (figura 7) e inferior izquierdo (figura 8) están activos. La variación en el tiempo de llegada de los campos a los puertos de salida establece el desplazamiento de fase responsable del barrido del haz.
Figura 6: Factor de dispersión, con desplazamiento de 16 grados, para el puerto inferior activo.
Figura 7: Corriente de conducción en el dominio del tiempo con el puerto 4 activo.
Figura 8: Corriente de conducción en el dominio del tiempo con el puerto 1 activo.
Lente con matriz de parches 1x16
A continuación, se añade una matriz lineal de 1x16 de antenas de parche a la salida de la lente. En la figura 9 se muestra la geometría de la lente con el conjunto de antenas acopladas. Debido a la complejidad de las antenas, el tamaño de celda para esta simulación se reduce a 0,5 mm. Tras la simulación con el puerto del haz central activo, se representa el diagrama de ganancia de radiación del conjunto de parches. Este patrón de ganancia se representa frente al factor del conjunto RLD en la Figura 10, donde el patrón de ganancia RLD se crea añadiendo el pico de ganancia de la simulación XFdtd a los datos del factor del conjunto RLD.
Figura 9: Geometría de la lente con un conjunto lineal de antenas de parche 1x16.
