ШИРОКОПОЛОСНОЕ ДОУ НА ОСНОВЕ ПЕЧАТНОЙ ЛИНЗЫ РОТМАНА ДЛЯ МНОГОЛУЧЕВЫХ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК
Аннотация
Наиболее известной диаграммообразующим устройством (ДОУ) (для линейных и
плоских МАР) является линза Ротмана, большой интерес к которой вызван тем, что она
позволяет формировать веер лучей МАР в широком пространственном секторе углов (ши-
рокоугольное сканирование), имеет довольно высокий КПД и МАР с линзой Ротмана имеет
низкий уровень боковых лепестков. Другим достоинством МАР с линзой Ротмана является
слабая зависимость положения лучей в пространстве от частоты, в отличие от МАР с
матричной ДОУ Батлера, у которой при высоком КПД (теоретически 100%) положение
лучей зависит от частоты. Однако разработанные ранее аналоги линзы Ротмана, имеют
большие размеры, требуют в конструкции дополнительные составные части, что влияет
на коэффициент передачи линзы в рабочем диапазоне частот от 2 ГГц до 20 ГГц и на со-
гласованность устройства с другими узлами приемопередающей аппаратуры. Отсюда
следует, что исследование и модернизация линзовых структур, применительно к многолу-
чевым антенным решеткам (МАР) является актуальной темой для исследования. Цель
работы предложить методику расчета линзы Ротмана, модернизировать конструкцию
линзы, изготовить макет линзы и провести экспериментальное исследование линзы с це-
лью получения конструктивных методов оптимизации характеристик линз Ротмана для
использования их в МАР в диапазоне частот от 2 ГГц до 20 ГГц. В результатах статьи-
оценены габариты линзы, масса линзы, коэффициент передачи, простота конструкции по
сравнению с разработанными ранее аналогами. Предложена методика расчета геометрии
линзы Ротмана, экспериментально на векторном анализаторе цепей исследован КСВ пе-
чатной линзы Ротмана, получены конструктивные методы оптимизации характеристик
линз Ротмана для использования их в многолучевых антенных решетках. Изготовлен макет
широкополосной линзы Ротмана в микрополосковом исполнении с максимальным КСВ 1.3
(S21) в диапазоне рабочих частот от 2 до 20 ГГц, размер линзы составил 150х100, масса
линзы составила 0.4 кг. По этим параметрам линза Ротмана превосходит разработанные
раннее аналоги.
Литература
of diagram-forming devices based on the Rotman lens], Sostoyanie i perspektivy
razvitiya sovremennoy nauki po napravleniyu «Informatika i vychislitel'naya tekhnika»: Sb.
statey II Vserossiyskoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii [The state and prospects of development
of modern science in the direction of "Computer Science and computer engineering":
Collection of articles of the II All-Russian Scientific and Technical Conference], Anapa, 2020,
pp. 87-92.
2. Pourahmadazar J. and Denidni T.A. Multi-beam Tapered Slot Antenna Array Using Substrate
Integrated Waveguide Rotman Lens, Proceedings of the 45th European Microwave Conference
(EuMA), 2015, pp. 1457-1450.
3. Rajabalian M. and Zakeri B. An Implemented Non-Focal Rotman Lens, Proceedings of the
45th European Microwave Conference (EuMA), 2015, pp. 1415-1418.
4. Shurkhovetskiy A.N., Alpatova A.V. Mnogoluchevaya antennaya reshetka millimetrovogo
diapazona na osnove volnovodnoy linzy Rotmana [Multipath antenna array of the millimeter
range based on a Rotman waveguide lens], Radiotekhnika [Radio Engineering], 2018, No. 11,
pp. 94-98.
5. Josef G. Worms, Peter Knott and Dirk Nuessler. The experimental system PALES: signal separation
with a multibeam-system based on a Rotman lens, IEEE Antennas and Propagation
Magazine, June 2007, Vol. 49, No. 3, pp. 95-107.
6. Takashi Katagi, Seiji Mano, Shin-ichi Sato. An improved design method of Rotman lens antennas,
IEEE Transactions on antennas and propagation, May 1984, Vol. AP-32, No. 5,
pp. 524-527.
7. Yu Jian Cheng, Wei Hong, Ke Wu, Zhen Qi Kuai, Chen Yu, Ji Xin Chen, Jian Yi Zhou and
Hong Jun Tang. Substrate integrated waveguide (SIW) Rotman Lens and its Ka-band
multibeam array antennas applications, IEEE Transactions on antennas and propagation, August
2008, Vol. 56, No. 8, pp. 2504-2513.
8. Singhal P.K., Sharma P.C., Gupta R.D. Rotman lens with equal height of array and feed contours,
IEEE Transactions on antennas and propagation, August 2003, Vol. 51, No. 8,
pp. 2048-2056.
9. Park C.S., Kim J., Min S. TM0 mode surface wave excited dielectric slab Rotman lens, IEEE
Antennas and wireless propagation letters, 2007, Vol. 6, pp. 584-587.
10. Kim S., Zepeda P., Chang K. Piezoelectric transducer controlled multiple beam phased array
using microstrip Rotman lens, IEEE Microwave and wireless components letters, April 2005,
Vol. 15, No. 4, pp. 247-249.
11. Zelenin I.A., Ryzhikov A.G., Fedorov S.M. AR na osnove linzy Rotmana [AR based on the
Rotman lens], Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta.
Radioelektronika i sistemy svyazi [Bulletin of the Voronezh State Technical University. Radio
electronics and communication systems], 2012.
12. Hall L., Hansen H., Abbott D. Rotman lens for mm-wavelengths, Proceedings of SPIE, 2002,
Vol. 4935, pp. 215-221.
13. Goshin G.G. Ustroystva SVCh i antenny. Ch. 2. Antenny: uchebnoe metodicheskoe posobie
[Microwave devices and antennas. Part 2. Antennas: a training manual]. Tomsk: TUSUR,
TMTSDO, 2003, 130 p.
14. Zhuk M.S., Molochkov Yu.B. Proektirovanie linzovykh, skaniruyushchikh, shirokodiapazonnykh
antenn i fidernykh ustroystv [Design of lens, scanning, wide–band antennas and feeder devices].
Moscow: Energiya, 1973, 440 p.
15. Tao Y.M., Delisle G.Y. Lens-fed multiple beam array for millimeter wave Indoor Communications,
IEEE Trans. On Antennas and propagation, May 1997, Vol. AP-32, No. 5, pp. 2206-2209.
16. Kryukov D.Yu., Kur'yanov Yu.S., Pasternak Yu.G. Issledovanie DOU MLAR na osnove
ploskoy linzy Rotmana [DOE MLAR research based on Rotman's flat lens], Vestnik
Voronezhskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Radioelektronika i sistemy
svyazi [Bulletin of the Voronezh State Technical University. Radio electronics and
communication systems], 2014.
17. Karpukhin V.I., Neveretdinov R.R. Osobennosti pelengatsionnykh kharakteristik MLA s
linzami Rotmana [Features of direction finding characteristics of MLA with Rotman lenses],
Antenny [Antennas], 2018, No. 6, pp. 41-46.
18. Suarez F.C., Mendez D.N. and Baquero-Escudero M. Rotman lens with ridge gap waveguide
technology for millimeter wave applications, Proceedings of the 7th European Conference on
Antennas and Propogation (EuCAP), 2013, pp. 4006-4009.
19. Nussler D., Fuchs H.-H., Brauns R. Rotman Lens for the millimeter wave frequency range,
Proceedings of the 37th European Microwave Conference (EuMA), 2007, pp. 696-699.
20. By Ollie Holt. Technology Survey a Sampling of RWRs and ESM Systems, The Journal
Electronic Defense, Yune 2015, pp. 39-46.
