Design of a Millimeter-Wave Beamforming Network and Antenna Array. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Master_Thesis-Ali_Alreshaid-ePrint.pdf Download (6MB) | Preview

Arabic 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.

English Abstract

Beam-Forming Feed Networks played major role in radar communications and directive antenna systems in beam scanning applications. One of the most desirable features of any radar system is to have directional high data rate communications. One of the powerful candidates is the Millimeter-wave Technology. Mm-wave communications has been used for a long time in the military and for point-to-point communication links. Recently, their consideration for short range communications and inclusion with 5G standards has been accepted by the research and industrial communities. It offers very large transmission bandwidth that is required to satisfy the expected 5G throughput, levels that are expected to be 1000 times more that its 4G counterparts. In this work, the design of a Beam-Forming feed network based on the Butler matrix and an Antenna Array operating at mm-wave is presented. A step by step procedure is followed to design and fabricate the system that consists of a 4x4 Butler matrix feed network and a 16-element printed Antenna Array consisting of 4x4 planar slot based antenna elements. Every 4 slot antennas are series fed by a common microstrip line to reduce the complexity of the design. The integrated feed network and antenna array operated at 28.5 GHz with a simulated bandwidth of 1 GHz. In simulations, the maximum achieved gain was 12 dB and the beam was switched between four directions; -45˚, -20˚, +20˚ and +45˚. Several prototypes were fabricated and simulation and measurements results are compared

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Electrical
Department:	College of Engineering and Physics > Electrical Engineering
Committee Advisor:	Sharawi, Mohammad
Committee Members:	Masoudi, Husain and Iqbal, Sheikh Sharif
Depositing User:	ALI ALRESHAID (g200761250)
Date Deposited:	26 Feb 2015 05:21
Last Modified:	01 Nov 2019 15:45
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139472