Design of a Millimeter-Wave Beamforming Network and Antenna Array

Abstract

شبكات التغذية المكوّنة للأشعة الموجّهة لعبت دوراً كبيراً في قطاع الاتصالات وأنظمة الهوائيات التوجيهية. واحدة من أكثر السمات المرغوب فيها في أنطمة الإتصالات هي توفير وسيلة اتّصال ذات معدّل نقل بيانات عالي وذات توجيه قوي. وهذه المتطلّبات تجعل تقنية أشعّة الملليميتر من أبرز المرشحين لتوفير قنوات الاتصال. تم استخدام تقنية أشعّة الملليميتر منذ زمن طويل في القطاعات العسكرية وفي قنوات الاتصال بين مستخدم واحد إلى مستخدم واحد فقط. بدأت المجالات العسكرية والصناعية مؤخراً بالإهتمام بها في توفير الاتصالات ذات المدى القريب وفي تقنية التواصل الجديدة (5G). هذه التقنية الجديدة توفّر وسيلة اتصال ذات نطاق ترددي عريض لتوفير معدّل نقل البيانات كافي لتلبية متطلبات التقنية الجديدة (5G). الطاقة الاستيعابية لنقل البيانات تفوق 1000 مرّة الكميّة التي نحصل عليها من التقنية الحالية (4G). في هذه الرسالة، سوف يتم تصميم نظام شبكة تغذية مكوّنة للأشعّة الموجهة باستخدام مصفوفة (بتلر) وسيتم إيصالها بمصفوفة هوائيّات وسيعمل النظام بتقنية أشعّة الملليميتر. سيتم إيضاح التصميم والتصنيع والقياسات المعملية بالتفصيل للنظام الذي يتكوّن من شبكة تغذية مكوّنة من أربع مداخل وأربع مخارج متصلة إلى مصفوفة هوائيّات من 16 عنصر. كل أربع عناصر من الهوائيّات سيتم تغذيتها بشريط واحد ذو عرض 0.3 جزء من المليون من المتر لتبسيط تعقيد تركيب المصفوفة الهوائيّة على شبكة التغذية. تم تصميم النظام أولاً باستخدام نظام محاكاة للأنظمة عالية التردد وتم الحصول على نطاق ترددي ذو عرض 1 قيقاهرتز ويعمل على التردد 28.5 قيقاهرتز. أعلى قوة توجيهية تم الحصول عليها كانت بمقدار 12 ديسيبل وتم النجاح بتوجيه الأشعة عن محور النظام إلى أربع اتجاهات: -45˚, -20˚, +20˚ +45˚. تم تصميم وتصنيع عدّة نماذج من النظام في هذه الرسالة وسيتم مقارنة النتائج من برامج المحاكاة مع نتائج القياسات المعملية.