跳至内容
应用实例

16 千兆赫的透镜设计

索取项目文件

Rotman Lens Designer (RLD) 软件用于定义和优化给定一系列设计参数的透镜。透镜将具有以下特征:

  • 50 欧姆系统阻抗

  • 微带设计

  • 中心频率 16 千兆赫,带宽 4 千兆赫

  • 20 度最大扫描角度

  • 半波长元件间距

  • 7 个光束端口

  • 16 个阵列端口

  • 所有其他参数由设计者决定

输入所需参数

在 RLD 的物理属性选项卡上,系统阻抗和镜头类型可在最上面的两个输入字段中设置。 

在 RLD 的电气属性选项卡上,可在前三个输入字段中输入中心频率、带宽和元件间距。在选项卡的中间,还可以输入波束数和阵列元素数。 

至此,剩下的设计就由用户自己决定了。为了便于比较,我们将考虑两种不同的设计。 

设计 1

设计 1 采用圆形焦点轮廓,焦距设为 0.15 米。基底为介质,介电常数为 2.33,损耗正切为 0.0005,厚度为 0.508 毫米。物理属性选项卡上的所有其他值均保持默认值。焦距将在稍后的调整过程中进行调整。 

在透镜的电气特性方面,光圈分布设置为手动,α 比率为 0.8。光束端口和阵列端口的耀斑角度均设置为 12 度,最大端口尺寸为 2 个波长。波束和阵列端口都启用了端口指向功能。将使用假端口,最大端口尺寸为 1.15 波长,喇叭口角度为 12 度,轮廓曲率为 1.20。未调谐阶段的设计如图 1 所示。

在中心端口激活(端口 4)和所有其他端口关闭的情况下,绘制设计的阵列因数图。显示阵列因数图后,移动焦距比滑块,直到找到定义明确的中心光束(图 2)。此时的焦距比为 1.0385。该设计的所有端口的光束与阵列相位误差均小于 0.5 度(图 3)。在只有光束 1 有效的情况下,阵列因数仍然定义明确(图 4),光束偏移 16 度(α 比定义的最大扫描角度的 80%)。图 5 显示了设计 1 的原型。

然后在全波 XFdtd 求解器中对设计 1 进行分析。有关 RLD 和 XF 输出的比较,请参见带线性天线阵列的 Rotman 透镜示例

 图 1:输入大部分参数后设计 1 的未调谐镜头。

图 1:输入大部分参数后设计 1 的未调谐镜头。

 图 2:将焦距比调整到理想值后的设计 1 阵列系数。

图 2:将焦距比调整到理想值后的设计 1 阵列系数。

 图 3:调谐设计 1 的相位误差。

图 3:调谐设计 1 的相位误差。

 图 4:设计 1 的光束 1 的阵列系数,显示扫描角度偏移。

图 4:设计 1 的光束 1 的阵列系数,显示扫描角度偏移。

 图 5:设计 1 的调谐透镜。

图 5:设计 1 的调谐透镜。

图 6:设计 2 的调谐透镜。

图 6:设计 2 的调谐透镜。

设计 2

第二种设计将使用自动焦距设置和介电常数为 6.15、损耗正切为 0.0027、厚度为 0.127 毫米的介质。所有端口的耀斑角均设置为 15 度。此外,轮廓曲率增加到 1.8,假端口尺寸设置为 0.93 波长。尽管有这些变化,但透镜的焦距比仍调谐为 1.0385,阵列系数也完全相同。调整后的设计 2 如图 6 所示。

根据计算值,这两种透镜设计的性能似乎完全相同。它们之间的主要区别在于连接端口和终端的微带传输线。如图 7 所示,在设计 1 中,介电值为 50 欧姆阻抗的传输线较粗。相比之下,图 8 所示的设计 2 需要更细的传输线。

 图 7:用于调谐设计 1 的粗传输线。

图 7:用于调谐设计 1 的粗传输线。

 图 8:用于调谐设计 2 的薄传输线。

图 8:用于调谐设计 2 的薄传输线。


 

索取项目文件

感谢您对本应用示例的关注。请填写下表,下载16 GHz 镜头设计项目文件。