毫米波Ｒｏｔｍａｎ透镜天线设计-硬件和射频工程师.PDF

维普资讯 第32卷第 11期 电 手 工 皇 啊 V01．32No．1l 2006年 11月 ELECTRONIC ENGINEER NOV．2oo6 毫米波 Rotman透镜天线设计 陈春红，叶海荣，孙国俊 (南京理工大学电光学院422教研室，江苏省南京市210094) 摘 要：设计了一个毫米波Rotman透镜天线，该天线也是一个同时多波束天线。用Rotman透镜 作为馈电网路，运用准光学技术替代大量移相器，获得同时多波束扫描，并且使电路变得简单，减少了 体积和重量。包括馈电网络在内的整个天线系统采用微带来实现，并且使用AnsoflEnsemble仿真软 件进行辅助设计，仿真结果表明，该天线可以实现大角度窄波束扫描。 关键词：Rotman透镜天线；多波束天线；毫米波 中图分类号：TN821．5 0 引 言 天线实现多波束形成的类型有相控阵天线和多波 束天线两种 ¨J。国内一般采用相控阵天线，对多波束 。 天线的研制还不多。多波束天线利用同一天线口径形 ＼_＼／ ．、 黼 ／ ＼ 口 成多个独立且相互重叠的窄波束 ，虽然其调零分辨率 。 不及相控阵天线，但它可以实现波束的最佳空域覆盖， 而相控阵需要大量集成移相器、功分器或定向耦合器， 5个 实现起来非常复杂。本文介绍的天线采用 Rotman透 图1 Rotman透镜天线系统多波束形成原理 镜作为馈电网路，使得电路变得简单，减少了体积和重 量，并且设计灵活。在一定的频率范围内，波束方向基 根据空腔模型理论，已知频率和馈电位置，反过来 本不随频率变化而改变。其连续可调的波束端口提供 求贴片的尺寸，使其产生圆极化 J。并且应用Ansoft 连续的波束摆动(扫描)而无额外损耗。 公司的Ensemble电磁仿真软件，对天线的贴片和阵列 各种平面天线中，印制天线要比波导缝隙天线、泄 进行优化仿真。 露波天线和铁氧体相扫天线的成本低得多_2J，而其中 对于辐射单元来说，合适的贴片尺寸可以确保合 又以微带天线最容易制造，成本最低，重量最轻 J。 适的辐射性能。一般情况下，当阵列天线阵元间距处 因此，我们采用微带来实现整个天线系统。 于0．65A。一0．8A。时，天线具有较佳性能 J。因此，选 择性能较好的RT／Dufiod5880介质基片，其各项参数 1 阵列天线的设计 如下：介电常数 占，=2．2，基片厚度h=0．254mm，敷铜 本文中设计的Rotman透镜天线天线工作在 Ka 厚度为T=0．035mm。 波段，中心频率37GHz，带宽大于600MHz，天线增益 经计算和仿真优化，得出贴片尺寸为2．545mm× 不小于25dB，天线驻波比小于2，每个波束宽度约为 2．328mm，馈电角沿馈线方向的宽度为0．05mm，取 1O。，圆极化方式，5个波束覆盖4O。空间。该Rotman 馈线的阻抗为100n，此时其谐振频率为37GHz，极化 透镜天线多波束形成原理图如图1所示。 方式为圆极化。 微带天线部分实现圆极化的基本几何结构方式有 由于结构限制，线阵只能选择一端馈电。为了保 很多种。本文根据工程需要，考虑到天线与馈电网络 证每个单元贴片的相位一致，要保证各