Reflectarray anténa - Reflectarray antenna

Planar reflectarray feed by a klaksonová anténa. Struktura zobrazující jednotkové buňky.[1]

A reflektorová anténa (nebo prostě reflexní pole) se skládá z řady jednotkových buněk osvětlených krmením anténa (zdroj elektromagnetické vlny ).[1] [2] Napájecí anténa je obvykle a roh.Jednotkové buňky jsou obvykle kryté a pozemní letadlo a dopadající vlna se od nich odráží ve směru k paprsek.A fáze distribuce soustředné kroužky se používá k zaostření vlnových front z napájecí antény do rovinné vlny (aby se zohlednily různé délky dráhy od napájecí antény ke každé jednotkové buňce). fáze k řízení směru paprsku lze na jednotkové buňky použít posun.[3] Je obvyklé vyrovnat napájecí anténu, aby se zabránilo zablokování paprsku.[4]V tomto případě fáze je třeba změnit distribuci na povrchu reflectarray. Reflexní pole zaměřuje paprsek podobným způsobem jako a parabolický reflektor (jídlo), ale s mnohem tenčí formou.

Fázová distribuce

Podle[5], v reflectarray je dosaženo konstantní fáze celého odraženého pole v rovině kolmé ke směru požadovaného paprsku tužky, jak je vyjádřeno:

kde je vlnová délka volného prostoru,

je poziční vektor th element / unit cell vzhledem k ,

je ohnisková vzdálenost,

je poziční vektor ten prvek vzhledem k počátku tj. střed pole odrazů,

je směrový vektor požadovaného paprsku tužky,

,

a je fázový posun zavedený th jednotková buňka pole odrazu k jeho odraženému poli vzhledem k dopadajícímu poli.

Pro krmení roh nachází se na , vzorec pro optimální fáze distribuce na konvenčním reflektoru pro paprsek ve směru boresight je dána vztahem:

kde je fáze posun pro jednotkovou buňku umístěnou na souřadnicích .

Simulované a měřené radiační vzorce antény reflectarray pracující na 12,5 GHz.[1]

Úvahy o jednotkové buňce

Je důležité analyzovat velikost odrazu a odraz fáze napříč frekvencí šířka pásma provozu. Při navrhování reflectarray se snažíme maximalizovat velikost odrazu být blízko 1 (0 dB) [6]. Odraz fáze v každé jednotkové buňce určuje celkový tvar a směr paprsku. V ideálním případě by celkový rozsah fázového posunu byl 360 °.[1] The clonová účinnost, a tedy získat, pole reflectarray se sníží, pokud úhel dopadu do jednotkových buněk se neuvažuje, nebo pokud dojde k přelévání nebo osvětlení reflektivního pole není optimální (viz také přenosová pole ).[2] Podobně fázové chyby způsobené kvantování do diskrétního počtu fázových stavů pro digitální řízení může také snížit získat.[7]

Pevné reflektorové pole má jeden směr paprsku na jeden posuv. Změna tvaru jednotkových buněk mění jejich fázi odrazu. Jednotkové buňky nelze překonfigurovat. To má aplikace v komunikaci point-to-point, nebo pro satelit pokrývající určitou geografickou oblast (s pevnou konturou paprsku).[8]Rekonfigurovatelný reflektor má jednotkové buňky, jejichž fáze lze elektronicky řídit v reálném čase, aby se paprsek nasměroval nebo změnil jeho tvar. K implementaci rekonfigurovatelných buněk jednotky reflectarray bylo použito několik metod, včetně PIN diody[9] [10], tekutý krystal[11] [12] [13] [14]a nové materiály. Každá z těchto metod přináší ztrátu, která snižuje účinnost jednotkových buněk. Linearita (jako je zkreslení způsobené diodami) je také třeba vzít v úvahu minimalizaci mimopásmové záření které by mohly rušit uživatele na sousedních frekvencích.[15]

Jiné typy odrazových polí

v satelit komunikace, je nutné produkovat více paprsků na zdroj, někdy pracujících na různých frekvencích a polarizace [16]. Příkladem toho je čtyřbarevný opakované použití frekvence systém.[16] Kruhová polarizace se běžně používá ke snížení vlivu atmosférické depolarizace na výkon komunikačního systému.[17] Dvoupásmový reflektor má dvě různé frekvence pásma, například pro uplink a downlink.[18]Bifokální reflektor má dva principy ohniska, takže se může soustředit vlnová čela do nebo ze dvou napájecích antén současně.[19]Duální reflektorové pole se skládá ze dvou stupňů odrazu, ve kterých je paprsek nejprve zaostřen jedním reflektorovým polem, poté druhým. The fáze distribuce na každém reflektorovém poli musí být pečlivě vypočítána, aby se zajistilo, že fáze deriváty jsou v souladu s úhel dopadu paprsků [19] Lze použít poměr velikostí a poloh těchto reflektorových polí kvazi-optický zvětšení (zúžení paprsku).[20]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C d R. Deng, F. Yang a kol., „Nízkorozpočtový odrazový panel pouze pro kov využívající modifikovaný Phoenixův prvek typu slot s 360 ° fázovým pokrytím,“ IEEE Transaction on Antennas and Propagation, sv. 64, č. 4, s. 1556–1560, 2016.
  2. ^ A b D. M. Pozar, S. D. Targonski a H. D. Syrigos, „Design of the millimeter wave microstrip reflectarrays,“ IEEE Transactions on Antennas and Propagation, sv. 45, č. 2, s. 287–296, 1997.
  3. ^ P. Nayeri, F. Yang a A. Z. Elsherbeni, „Beam-scanning reflectarray antennas: A technical Overview and state of the art,“ IEEE Antennas and Propagation Magazine, Aug. 2015, str. 32-47.
  4. ^ Y. Huang a K. Boyle, „Antény: Od teorie k praxi“, 1. vyd. Chichester, Velká Británie: John Wiley & Sons Ltd, 2008.
  5. ^ S. V. Hum a J. Perruisseau-Carrier, „Rekonfigurovatelné reflektory a pole čoček pro dynamické řízení paprsku antény: přehled“, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, sv. 62, č. 1, s. 183–198, 2014.
  6. ^ G. Ahmad, T. W. C. Brown, C. I. Underwood a T. H. Loh, „Vyšetřování reflektorových polí milimetrových vln pro malé satelitní platformy,“ Acta Astronautica, sv. 151, červen 2018, str. 475–486.
  7. ^ G. Ahmad, T. W. C. Brown, C. I. Underwood a T. H. Loh, „Jak hrubé je příliš hrubé v elektricky velkých inteligentních anténách s rektarray? Případová studie fázové kvantizace v pásmech milimetrových vln, “v roce 2017 International Workshop on Electromagnetics: Applications and Student Innovation Competition, květen 2017, str. 135–137.
  8. ^ H. Legay a kol., „Fasádní zrcadlovka 1,3 m v pásmu Ku“, v Proc. 2012 15. mezinárodní symposium o anténní technologii a aplikované elektromagnetice (ANTEM), 2012.
  9. ^ H. Yang, F. Yang a kol., „1600prvková dvoufrekvenční elektronicky rekonfigurovatelná zrcadlovka v pásmu X / Ku“, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, sv. 65, č. 6, s. 3024–3032, 2017.
  10. ^ M. N. Bin Zawawi, „Nová anténa pro radar s milimetrovými vlnami“, Ph.D. disertační práce, Université Nice Sophia Antipolis, Francie, 2015.
  11. ^ S. Bildik, S. Dieter, C. Fritzsch, W. Menzel a R. Jakoby, „Rekonfigurovatelná skládaná reflexní anténa založená na technologii tekutých krystalů“, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, sv. 63, č. 1, s. 122–132, 2015.
  12. ^ G. Perez-Palomino, „Příspěvek k analýze a návrhu antén Reflectarray pro rekonfigurovatelné paprskové aplikace nad 100 GHz pomocí technologie tekutých krystalů,“ Ph.D. disertační práce, Universidad Politécnica de Madrid, Španělsko, 2015.
  13. ^ G. Perez-Palomino, J. Encinar, M. Barba a E. Carrasco, „Návrh a hodnocení multirezonančních jednotkových buněk na bázi kapalných krystalů pro rekonfigurovatelné reflektorové pole“, IET Microwaves, Antennas & Propagation, sv. 6, č. 3, s. 348–354, 2012.
  14. ^ G. Perez-Palomino, M. Barba, JA Encinar, R. Cahill, R. Dickie, P. Baine a M. Bain, „Design and Demonstration of the Electronically Scanned Reflectarray Antenna at 100 GHz using Multiresonant Cells based on Liquid Crystals „IEEE Transactions on Antennas and Propagation, sv. 63, č. 8, s. 3722–3727, 2015.
  15. ^ M. S. Shaharil, „Nelineární charakterizace rekonfigurovatelných antén,“ Ph.D. disertační práce, University of Birmingham, UK, 2016.
  16. ^ A b D. Martínez-de-Rioja, E. M. Martinez-de-Rioja a J. A. Encinar, „Předběžné simulace 1,8m antény Reflectarray v geostacionárním satelitu pro generování pokrytí více míst“, Proc. 13. evropská konference o anténách a šíření (EuCAP 2019), Krakov, Polsko, 2019.
  17. ^ D. F. DiFonzo, „The Electrical Engineering Handbook“, 2. vyd. Boca Raton, FL, USA: CRC Press LLC, 2000, roč. 74, kap. Satelitní a letecký průmysl.
  18. ^ P. Naseri a S. V. Hum, „Dual-Band Dual-Circularly Polarized Reflectarray for K / Ka-Band Space Applications,“ IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2020 (early access).
  19. ^ A b E. M. Martínez de Rioja del Nido, „Nové pokroky v oblasti vícefrekvenčních a multi-paprskových rektaret v rámci aplikace na satelitní antény v Ka-Bandu,“ Ph.D. disertační práce, Universidad Politécnica de Madrid, Španělsko, 2018.
  20. ^ C. Sciannella, G. Toso, „Zobrazovací reflektorový systém se sníženou aberací skenování“, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, sv. 63, č. 1, s. 1342–1350, 2015.