Design of wideband Rotman lenses with dummy ports for wide-scan phases array applications

Adibifard, Somayeh (2018). Design of wideband Rotman lenses with dummy ports for wide-scan phases array applications. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Microwave Rotman Lenses support wide-angle scanning, wideband, low-phase error, and true time delay (TTD) beam forming. Their performance is ideal for applications such as remotepiloted vehicles, satellites, collision-avoidance radars, and ultra-wideband communications systems. The use of printed circuit technology for Rotman Lenses in recent years has facilitated designing high performance but low profile, and lightweight beam-forming networks (BFNs).

In this thesis, wide-band wide-scan phased arrays are investigated by utilizing the beamforming network that is based on a microstrip Rotman Lens. A wide beam scanning capability of ±40o for the frequency range 8-12 GHz is demonstrated. The most crucial part is to design a wide beam scanning Rotman Lens in conjunction with a good impedance matching over the entire frequency band. To do so, a technique is proposed to place the dummy ports between input ports and output ports of Rotman Lens as mutual coupling between ports are reduced significantly which results in improving the performance of Rotman Lens. Three different Rotman Lenses are designed and full wave simulated in CST (EM Simulation Software). One of them is fabricated and tested to verify the simulations. Good agreement between simulation and measured results is achieved.

A wide-band Vivaldi phased arrays antenna incorporating the designed Rotman lens is also designed and simulated. Size reduction while maintaining good performance in terms of grating lobes and radiation gain was carried out. The design Rotman-Vivaldi phased array offers a good alternative for achieving both wide scanning angles and wide bandwidth coverage.

Titre traduit

La conception d'une lentille Rotman de large bande avec des ports factice pour des applications de réseau à commande de phase balayage large

Résumé traduit

Les lentilles micro-ondes de Rotman permettent un balayage angulaire important sur une large bande de fréquences avec une faible erreur de phase. Elles permettent également la mise en forme de faisceaux par un vrai délai temporel. Leurs performances sont particulièrement idéales pour des applications telles que les véhicules télécommandés, les satellites, les radars anticollision, et les systèmes de communications ULB (Ultra Large Bande). L’utilisation des techniques de fabrication de circuits imprimés pour les lentilles Rotman a récemment facilité la conception de réseaux de mise en forme de haute performance avec de bas profils.

Ce mémoire focalise sur l’étude des réseaux d’antennes à commande de phase, à large bande et à large balayage angulaire par un réseau de mise en forme de faisceau basé sur des lentilles Rotman en microbande. Une capacité de balayage de faisceau de 40 dégrée est mise en évidence dans la plage de fréquence de 8-12 GHz. Le défi le plus important dans ce travail est la conception d'une lentille Rotman de balayage de faisceaux large tout en maintenant une bonne adaptation d’impédance sur toute la bande de fréquence. À cette fin, il est propose d’incorporer des ports supplémentaires entre l’entrée et la sortie de la lentille Rotman. Ce faisant le couplage mutuel entre les ports est considérablement réduit, ce qui conduit à une hausse des performances. Trois différentes lentilles Rotman sont modélisées à l’aide du logiciel CST. Unes d’entre elles est fabriquée et caractérisée. Les résultats de mesure sont en accord avec ceux des simulations.

Une antenne Vivaldi en réseau à commande de phase et large bande incorporant une des lentilles Rotman développée est conçue et simulée. Une réduction de la taille en maintenant de bonnes performances en termes lobes secondaires et de gain de rayonnement a été effectuée. Les réseaux à commande de phase Rotman-Vivaldi offrent une alternative intéressante pour couvrir de larges bandes fréquentielle et un balayage angulaire important.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfilment for a master's degree with thesis in electrical engineering". Comprend des références bibliographiques (pages 100-102).
Mots-clés libres:	réseau de mise en forme de faisceaux, matrice de Butler, lentille Rotman, antenne Vivaldi
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Kouki, Ammar B.
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt:	03 déc. 2018 20:47
Dernière modification:	21 mars 2019 19:26
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2170

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