emPhys Physikalische Technik

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Entwicklung Simulation Leistungen Projekte SBand-Antenne Beratung Dies & das Profil Kontakt Impressum English	S-Band Parabolantenne Ein Eigenprojekt der emPhys Physikalische Technik. Aufgabenstellung Entwicklung einer kleinen Parabolantenne für Anwendungen in der Satellitenkommunikation mit folgenden Anforderungen: · Patch-Erreger für 2.3 GHz · Zirkular-linksdrehende Polarisation · Optimale Ausleuchtung des Parabols mit f/D = 0.4 · Geringe Verluste · Sendeleistung bis 1000 W · Impedanz 50 Ω Durchführung Das Geometriemodell umfasst die 1 m Parabolschüssel und den Patch-Erreger. Der Patch ist wegen der Anforderung der hohen Sendeleistung nicht als Leiterplatten- oder Keramikpatch realisierbar, sondern muss verlustarm mit Luft-Dielektrikum aufgebaut werden. Im Modell werden Reflexionen vermieden indem das Modellvolumen mit einer Dämpfungsschicht umgeben wird. Parameterstudien · Frequenzgang 2.1 - 2.5 GHz · Patch- und Reflektorgeometrie · Einspeisung und Impedanzanpassung · Fokale Position · Abstimmung der Zirkularpolarisation Ergebnisse Strahlungsdiagramm 3D-Visualisierung und Polardiagramm in der H- und V-Ebene zur Bewertung des Strahlungsdiagramms. In der Hauptkeule wird eine Richtwirkung (Gewinn) von 24 dBi erreicht. Damit erreicht der Patch-Erreger eine Ausleuchtungseffizienz von etwa 50 %. Impedanzanpassung S11 und Reaktanzen des Patcherregers im Frequenzbereich 2.1 bis 2.5 GHz. Einspeisepunkt und fokale Position des Patcherregers sind hier optimiert. Details dazu sind unten zu sehen. Fokale Position des Patch-Erregers Hier ist der Einfluss der Position des Patch Erregers vor der Parabolantenne für die Auslegungsfrequenz von 2.3 GHz dargestellt. Der Erreger wurde ±50 mm aus der theoretischen Fokusposition verschoben. Links ist S11, rechts sind die Reaktanzen dargestellt. Diese Datensätze sind für den untersuchten Frequenzbereich von 2.1 - 2.5 GHz verfügbar. Einspeisepunkt am Patch Erreger Der Studienparameter ist hier der Abstand des Einspeisepunkts vom Mittelpunkt der Strahlerscheibe. Bei 11 mm wird eine sehr gute Anpassung auf die 50 Ω Systemimpedanz erzielt. Hier wird der Parametereinfluss bei der Auslegungsfrequenz von 2.3 GHz gezeigt. Diese Datensätze sind für den untersuchten Frequenzbereich von 2.1 - 2.5 GHz verfügbar
	Verifizierung des Modells Nach den Resultaten des Modells wurde ein Prototyp aufgebaut und vermessen. Wir zeigen zum Vergleich die gerechnete und gemessene Impedanzanpassung anhand der spektralen S11-Kurven von 2.2 - 2.5 GHz.
	Messung mit Rohde & Schwarz ZVL3 Netzwerkanalysator (links) und Rechnung mit COMSOL Multiphysics (rechts). Bei der Messung war der Erreger nicht vor dem Parabol montiert, sondern strahlte in den Laborraum. Auch für diese Rechnung wurde der Parabol aus dem Modell entfernt. Die S11-Messung und die Rechnung zeigen eine sehr gute Übereinstimmung der Arbeitsfrequenz mit einem guten, realistischen Wert von S11 = -15 dB in der Messung. Der zu günstig erscheinende Wert der Rechnung von S11 = -27 dB dürfte auf die idealisierten Bedingungen des Rechenmodells zurückzuführen sein. Im Rechenmodell sind Raumreflexionen weit besser unterdrückt als bei realen Messungen. Die gezeigte Messung wurde in einem normalen, nicht reflexionsfreien Labor durchgeführt. Weiterhin entfallen Fehlerquellen wie Kabel, Steckverbinder und Kalibrierfehler des Netzwerkanalysators. Zusammenfassung Mit COMSOL Multiphysics wurde ein Modell zur Optimierung des Patch-Erregers für eine kleine S-Band Parabolantenne entwickelt. Das Modell ist hinsichtlich der Antennengeometrie vollständig parametrisiert. Der Erreger konnte hinsichtlich Einsatzfrequenz, Impedanzanpassung, Fokalposition und Spiegelausleuchtung spezifiziert werden, wenn auch noch eine gewisse Optimierung der Ausleuchtung von jetzt 50 % möglich erscheint. Die Studie ist noch nicht abgeschlossen. Wir arbeiten an der Verbesserung der Bandbreite und an der Realisierung der Zirkularpolarisation. Für die zirkular polarisierte Variante werden zwei verschiedene Wege beschritten werden. Wir werden an dieser Stelle über die weiteren Ergebnisse berichten Diese Modell benötigt zur Rechnung einer Parametereinstellung etwa 15 Minuten auf einem 4-Kern Core i7 Prozessor bei 3.6 GHz. Der Speicherbedarf beträgt etwa 40 GByte beim Einsatz eines direkten Gleichungslösers. Ein vergleichbar ausführliche Studie würde die Anfertigung einer Vielzahl von Prototypvarianten und umfangreiche Messreihen im Freifeld oder im reflexionsfreien Raum erfordern. Es geplant diese Erregerantenne in linear und zirkular polarisierten Varianten auf den Markt zu bringen. Da das Modell voll parametrisiert ist, kann das Konzept leicht auf andere Arbeitsfrequenzen umgerechnet und optimiert werden. Der Bereich vom L-Band bei etwa 1.2 GHz bis zum Ku-Band bei etwa 12 GHz erscheint möglich. Kontaktieren Sie uns wenn Sie Interesse an dieser Entwicklung haben!