Diseño optimizado de agrupaciones de antenas planas

Q1~ ~ E _ ISLO _ Q PlJM!_Z£). _ D _ Qp ~ ~6P R U P/1C I 0 ~ ES 0 , ~ -- - ~J'Ll ~L6_,S_e.I,a~AS Jo di Clal1e a. Jeszis Jimenez . Jo di Rom eu. Sehas icin Blanch. Lluis Joj e G upo A.M.R .. Dep. Teo ia de la Selial y Com micaciones E.T.S. lngenie os de Telecomunicaci in de Ba celona Uni e sidad Po/i c'cnicn de Ca a/unya Ap do . Pos al 30002. 08080 Ba celona ABSTRACT A p og nm o op imize a plana an enna design wi h some speci ic equi emen s (Range, N.L.P.S., Di ec i i y, Weigh ing, e c.) minimizing he numbe o elemen s has been de eloped. ln oducci in El di se i'io de un a ay piano conside ando odos sus posibles ~ s pec os , con o ma un p oblema no lin ea l en cuan o a su p og am ~ci6n y esoluci6n, asi po ejemplo, bas e pensa que pa a calcula el ni11ne o de elemen os del ~ ~y h ~ce ~l ~ sabe la e iciencia del mismo, pe o pa a sabe la e iciencia, es p eciso de e mina la poncl e ::~ci6n de sus elemen os que a su ez, y en pa alelo, exige conoce el ni11ne o cle elemen os. Es e y o os p oblemas simila es son Ios que han lle ado a plan ea un p oceso i e a i o cl e cliseiio implemen aclo a pa i de una se ie de p og am ~ s que consigue una ag up ~ci6n 6p im 1 minimizanclo cl ni1m e o de elemen os y con !as espcc i icac iones eq u e iclas . Es e p oceso se mues a esquem::i icamen e en el cliag am J de la Figu a 4. Diseiio gd ico del l 1allado de A ay En el disc 1io del mallado de un a ay, ha y que in e n a que l l cli s ancia in e elemen os sea lo may o posible con el obje o de aumen a l ~ Di ec i iclacl de la an ena, a a es del inc emen o del ::i ea e ec i a D = ' IH/A. 2N 11 ,, pe o es e aumen o de la dis anci ~ nunca puede se ilimi ado, si se quie e e i a la ap ~ ici6n de 16bulos di ac aclos, clebidos a la pe iodicidad del F 11 de inido : F ;l = LL I,.,.expj 2 HIA.(nclx(Kx - Kx 0 )+ nuly(J.: ;- J.:; 0 )) Los m::iximos se p oducen, en una geome i J c c ::i ngula en: Kx" = /( _y 0+ plcl x Ky"=Ky 0 +qlcly K X " = ~; i 11 ( 0") *cos ( ~) l) /{ y cl = si 11 ( ()") si 11 ( 41 ,, ) . Pa a p = 0 y J = 0 se p oduce el 16bulo p incipal, y p:~ a cualquie o o a lo de p y CJ Ios 16bulos di ac ados. Po o a pa e, sin(0, 1 )= yK 1~+ / ,;;;, lo que implica que pa a que Ios 16bulos di ac ados no se an isibles de be cum pi i se que (" x" + J/ lx) 2 + ( J.: y o + 111 cly )2 ;<: I . G ::i icamen e la an e io ecuaci6n, en un piano ". ,., Ky, S<' cp escn a ia como la p oyecci6n de la zona de ba ido, sob e el pl ~no de la an en ~, des plnada al pu n o ( 11 I cl x + CJ / cly) , es a igu a no de be ene zona de in e secci6n con el ci culo uni a i o, p:~m e i a 16bulos di ac ados . La angencia o eceni la soluci6n de comp omiso de ea n a op imiza el dise 1io . 4 !.1 1l•k •J ·• · 11 /'J ~- ·l ~ ~· ''' Oil lun(A.._., . ~ 'J , .. ) 71 O o de Ios panime os que se en onca en el n e io plan e mien o es e ~ingulo de inclinaci6n que se le puede da a piano de l ape u a, con espcc o al pl no xy, a i ndo po lo an o la igu a de 'scan' p oyec ada, pudiendose ende ha c ia : I) Minimiza las pe didas de inciclcncia, al ci cunsc ibi l zona de 'sc ~n' a una ci cun e encia, cuyo adio de e mina l s mdximas pC' didas, /.oss = c - ,;;-;(;-;: ;T;-;(~ : - )) Fi;;u a 2. -_- -- - -- ·- ;---- ,,. 1. '0 .0 oJ q .. ~-: 0!:16 b• • >IJo ll d : O. JO b o b<b lun : - 11 lh ll ...c : 0100 . U< dl ~ UU o.I C< J 2) Op imiza e A ea po elemen o. Como se puccle e en l igu a an e io , exis e una zona de nadie en e la zona de 'scan', y l s ci cun e encins de R =I+ -~>(! ; CIJ(/3w .llh)), pa a log a una m::ixima dis ancia in e ele nen os, hay que elimina es as zonas: i l ~ l : JIO d'll;l "'• : o ~4 u.~ .. ~. d~ : OJ/ lu nl J<ko klo;,: - 5.5 J J ll l!c: 0000 : . u ... m~ o.o uc: 9 Conside aci6n de Ios e o es Figu o 3. Las ecnicas de sin esis pe mi en calcula In dis ibuci(Jn en 1:1 :1pe um p:1 a consegui un diag ama de adiaci6n especi icado. Sin emba go, al cons ui la an e w, el diagmnw e:1l disc epa del e6 ico, mayo men e en la egion de 16bulos sccun l: ios_ En es a ul ima egion pn a un cie o dngulo, el cli~ g m de acliaci6n noes m~is que la supe posici6n del diag amn e6 ico y unn can id:1d nle:J o i~ cl lli l: a Ios e o es de ampli ucl y de :1se de Ios elemen os, que si se conside an de medi:1 ce o y g~ u ss i nns , ha dn que la unci6n que desc ibe la ampli ud del diag am de adi:1ci6n [2] sea una unc i(Jn modil'ic acl de R yleigh, de alm:1ne a que la P obabilidad acumulada de que un 16llulo sec und~nio , sob epase cie o ni el po encima de su ni el e6 ico iene dada po la exp esi6n: P(l < S) = J ( 1/a.)cxp(-( 12 )+ I /?.o~)/ 0( //o ,,) 72 A pa i de In an e io o mula, si se quic c ;1scg u a una cie a P obabilidad de buen uncionamien o, hab d que diseiia la an cna con un Si. A'/)~ SLR/) 0- s. Con: o, ~ exp(o~/2)( I+ a11 - exp(-o~)" 5 I(Sl.h'O,.(? : 'P(i) '') En la an e io o mula 00 ep esen a el e o de ase del elemen o, que incluye an o Ios e o es elec icos coma Io s mecanicos, asi, conside anclo Ios e o es mas comunes, Ios de posicionamien o del elemen o, y de posicion del eje de la an ena, coma independien es en e si, se pueden es udia odos coma un e o de ase elec ico, al que: o~~ 1/ · l(o ~+o>(. .·;-+y~)(u~+<)+ 1 /2!< Pondc aci6n Se han conside ado dos ipos de pondc aciones, nwdian e con olucion de n nys linenles que consigue mejo e icicncia que la con olucion de a a ys pianos elemen ales (2x2, 3x3, pa ejemplo) [3]. Es os ul imos conlle an la apa icion cle una zona cle lobulos secunda ios con geome ia ci cula , y una mejo elacion en e la co ien e mc xima y la minima de ca a a acili a el diseiio de la ed de alimen acion. T a nmien o de ncoplos milluos Los acoplos mu uos en e elemen os a ec an al diag ama de ad iacion, a las p opiedades de pola izacion e impedancia de Ios elemen os. Los a co plamien os al e an Ios modos en la ape u a, p o ocando an o di e en es ampli udes de Ios que exis i ian conside ando Ios elemen os aislados, coma la gene acion de nue os modos. Pa a la p ediccion exac a del compo amien o cle un a ay es os acoplamien os deben se incluidos en el p oceso cle dise 1i o. El acoplamien o m Huo a conside a en un a ay ini o de ape u as en un plana de ie a puecle se analizado con p ecision usando una ecuacion in eg al y una ap oximacion a la uncion de G een. La ecuacion in eg al se sol uciona com '1nmcn e sus i uyenclo Ios campos en Ins ape u as po se ies ini as de modos y de e minando I os coei'icien es cle las se ies pa el me odo de Gale kin . Di e en es au o es han es ucliaclo es e p oblema. De en e oclo s c ll os, Bi d [4] ha desa ollado un me odo que pe mi e es udia acoplos en e ape u as de climensiones no necesa iamen e iden icas, con lo que se puede aumen a 1:1 lexibilidad de dise1io. Ejcm(Jlo (H:ic ico de disciio de una nn ena Especi icaciones de la an ena plana: -Geome ia: Rec angula , con olucion lineal. -Ponde acion: Taylo - V illenue e, n~J -NLPS : N LI'S 11 ~ 40/Ju N 1 ./'S, ~ 2 ~ · ; Ob -Elemen o: Dipolo en !--I 2 o ien aclo seg ln c jc .x . -Di ec i idad: 40 dB -Ba ido Acimu : <l>lllill=- /1 50 -Ba ido Ele acion: 73 8m u=Oo -Tole ancias: a 11 =1Db 60 =I oo p = 90% CONCLUSIONES RESULTADOS 0/?TE/ 'IDOS: Espaciado del mallado: dx= 0.55; dy=0.65 N llne o de elemen os= (><.lx69 E iciencia de iluminacic'ln = 0.707 Di ec i idad conseguida = ,10.2 ill. Angulo de inclinacion del pl:1no cle la an ena ! il 21 n Pe didas de incidencia Los':= .1.1 clll Ancho de lwz en el piano 11 = 2.1 '' Ancho de haz en el piano F = I .9" Se ha desa ollado un me odo i e a i o meclian e sol' ll':ne. de diseiio op imizaclo de ag upaciones planas de an enas englobando odos aquellos ac o s que de alguna mane a inciden en el compo amien o eal de la an ena. Figu n .J. O UTPUT 74 REFERENC AS [I] A g aphical echnique o de e mining op im:1l 1 :-~y :-~n enn:-~ geome y. Co ey.IEEE A P-33 nu m. 7 1985 [2] Sidelobes Con ol o Solid S a e A 1y ; n C'nn:ls. J.J. Lee. IEEE AP-36 num 3 1988 [3] Con olu ion Syn esis o Ring Siclelobes o hex:1gonal and squa e planna a ays . P oceedings o 1983 U .R.S. I. [4] Analysis o Mu ual Coupling in Fini e 1 ays oi' Di e en -Sized Rec angula Wa eguides. T. S. Bi d. IEEE T ansac ions on An enn 1s and P opaga ion, Vo .38 num 2 1990. 0 . 8 0.6 p 0. 4 13 . 2 - 0.4 0.8 1.2 1.6 2 2.4 2.8 3.2 S (1 ln ea1 -20 -3 0 Db - 5 0 Lu.c..!.u.u.L~~cW.!J.J.Hl.hlli.ll..LJ..WcUW.ub.!.ul..cc• • u.!• !-'.!.' """' u.L.IIW.WC...Wililli"-L.!.L · lli [l ULI ili• J..UL.J.Wil.ul '""'" ll.u.uJ FICH -1.2 -0.8 -0.4 0 0.4 0.8 1. 2 U=sln( he a)*l 75