对称的抛物面反射器的模式分析

这个例子的影响调查进料位置和反射器表面几何半波的远场辐射方向图dipole-fed对称抛物面反射器。

对称的抛物面反射器也通常被称为“菜”是一个简单和广泛使用高增益天线。这些天线一般用于卫星通信,在民用和军用应用程序。的高增益天线来实现天线的电尺寸,也称为孔径。对称的抛物面反射器有一个圆形孔径大小及其电气通常报道的直径。这取决于应用程序反射器的直径范围从10 ~ 30 $λ$ (网络连线终端),或超过100 $λ$ (射电天文学)。

反射器参数

对于本例,我们将考虑一个共同的c波段卫星下行频率使用如Intelsat-30美洲地区[1]。同时,我们将针对一个非常小的孔径终端(网络连线)应用程序,因此,限制反射器的直径是1.2米。在上端的电尺寸反射器将大约15 \λ。最后,F / D比率为0.3。

C_band = (3.4 e9 3.7 e9);vp = physconst (“光速”);C_band_lambda = vp. / C_band;D = 1.2;D_over_lambda_C = d / C_band_lambda;F_by_D = 0.3;

设计反射器

设计选择的3.5 GHz频率的反射器和调整所需的参数作为例子。调整中国抛物面反射器孔径与轴相一致。

f = 3.5 e9;λ= vp / f;p =设计(reflectorParabolic f);p。半径= D / 2;p。FocalLength = F_by_D * D;p。倾斜= 90;p。TiltAxis = [0 1 0]; figure show(p) view(45,25)

图包含一个坐标轴对象。坐标轴对象与标题reflectorParabolic天线元素包含5块类型的对象,表面。这些对象代表压电陶瓷,饲料。

获取内存需求的估计

由于抛物面反射器是一个电大型结构,最好估计所需的内存来解决一个给定的频率的结构设计。使用memoryEstimate函数。

m = memoryEstimate (p, f)

m = 880 MB的

三维模式

计算的远场指向性3 d模式forward-half飞机包括孔径。此外,我们重新调节级使用PatternPlotOptions模式中的增强功能。

阿兹= 90:1:90;el = 90:1:90;图模式(p, f, az, el)

{“字符串”:“图包含一个坐标轴对象和其他对象类型的uicontrol。坐标轴对象包含5块类型的对象,表面。”,“它”:[],“乳胶”:[]}

创建一个PatternPlotOptions对象并重新调节级的阴谋。

patOpt = PatternPlotOptions;patOpt。MagnitudeScale = 35 [-10];图模式(p, f, az, el,“patternOptions”patOpt)

{“字符串”:“图包含一个坐标轴对象和其他对象类型的uicontrol。坐标轴对象包含5块类型的对象,表面。”,“它”:[],“乳胶”:[]}

孔径的计算效率

抛物面反射器的最大增益达到均匀照明下的孔径(振幅、相位)。提要模式为球面扩散补偿损失的角度从轴,同时成为零在rim避免溢出相关损失将实现这一理想的效率统一[2]。在现实中我们有不同类型的用作饲料,如偶极子天线,波导,角等使用模式分析,我们可以数值孔径效率估计。这个计算收益率光圈效率约50%的偶极子饲料。

距离=模式(p, f, 0, 0);eta_ap =(10 ^(距离/ 10)/(π^ 2))*(λ/ D) ^ 2

eta_ap = 0.4942

饲料的轴向位移的影响

在某些应用程序可能需要提要位置远离反射镜的焦点。配置将引入相位畸变等预期这将转化为一个模式退化。调查饲料的轴向位移的影响,同时,对从重点瞄准线的峰值增益,即(az, el) =(0, 0)度。为此,不同的坐标FeedOffset抛物面反射器属性。

feed_offset =λ:0.1 *λ:λ;Dmax_offset = 0(大小(feed_offset));为i = 1:元素个数(feed_offset) p。FeedOffset = [feed_offset(我),0,0);Dmax_offset (i) =模式(p, f, 0, 0);结束图绘制(feed_offset. /λ,Dmax_offset,“啊——”,“线宽”(2)包含的轴向进料位移(x / \λ)”)ylabel (的方向性孔径(dBi) '网格)在标题(“由于轴向平行对准方向性变化饲料位移”)

图包含一个坐标轴对象。坐标轴对象与标题孔径方向性变化由于轴向位移包含一个类型的对象换行符。

侧向位移的影响

横向位移的饲料从轴,导致光束扫描。对于对称抛物线反射这种效应是有限的。类似于前一节中,我们继续看视轴增益变化的函数沿轴提要被取代。

Dmax_offset = 0(大小(feed_offset));为i = 1:元素个数(feed_offset) p。FeedOffset = [0, feed_offset(我),0];Dmax_offset (i) =模式(p, f, 0, 0);结束图绘制(feed_offset. /λ,Dmax_offset,“啊——”,“线宽”(2)包含“横向饲料位移(y / \λ)”)ylabel (的方向性孔径(dBi) '网格)在标题(“平行对准方向性变化由于横向饲料位移”)

图包含一个坐标轴对象。坐标轴对象与标题孔径方向性变化由于横向饲料位移包含一个类型的对象。

随机表面反射器表面误差的影响

理想的抛物面反射器将光滑的表面没有任何表面缺陷。生产过程和机械应力导致表面偏离完美的抛物面。使用一个表面均方根误差项为每个协调和分析估计获得退化由于表面错误[3]。

epsilon_rms =λ/ 25;气= (4 * F_by_D *√日志(1 + 1 / (4 * F_by_D) ^ 2));Gmax_est = 10 * log10 (eta_ap *(π* D /λ)^ 2 * exp(1 *(4 *π*气* epsilon_rms /λ)^ 2))

Gmax_est = 28.9774

接下来,我们建立一个几何模型表面的反射器错误。这样做我们单独隔离的网状反射器和扰乱表面的点零均值高斯随机过程。这个过程的标准差是分配表面均方根误差。微扰的点后,我们计算表面均方根误差来确认过程偏差确实是接近我们。

p。FeedOffset = (0, 0, 0);[Pt t] = exportMesh (p);idrad =找到(Pt (: 1) > = p.FocalLength);idref =找到(Pt (: 1) < p.FocalLength);removeTri = [];为i = 1:尺寸(t) 1)如果任何(t(我,1)= = idrad) | |任何(t(我,2)= = idrad) | |任何(t(我,3)= = idrad) removeTri = (removeTri,我);结束结束不洁净的= t;不洁净的(removeTri:) = [];图块(“脸”不洁净的(:1:3),“顶点”Pt,“FaceColor”,“黄色”);轴平等的;轴紧;网格在;hfig = gcf;ax = findobj (hfig“类型”,“轴”);z =放大;z.setAxes3DPanAndZoomStyle (ax,“相机”);视图(-40,30)

图包含一个坐标轴对象。坐标轴对象包含一个类型的对象的补丁。

为微扰表面网格创建高斯噪声

n = epsilon_rms * randn(元素个数(idref), 3);Ptnoisy = Pt (idref:) + n;rms_model_error =√意味着(Pt (idref:) -Ptnoisy)。^ 2, 1))

rms_model_error =1×30.0034 0.0034 0.0034

创建一个STL文件的反射器表面,使它的平台安装天线分析如图所示。激发的元素是相同的。指定的位置使用抛物面反射器上的feedlocation属性元素。

TR =三角(不可食用的(:,1:3),Ptnoisy);stlwrite (TR,“noisyref.stl”)pn = installedAntenna;pl =平台;励磁机= p.Exciter;励磁机。倾斜= 0;励磁机。TiltAxis = (0 0 1);pl.FileName =“noisyref.stl”;pl.Units =“米”;pn。平台= pl;pn。元素=励磁机;pn。ElementPosition = [p.FeedLocation (1), 0, 0);图显示(pn)

{“字符串”:“图包含2轴对象和另一个类型的对象uicontrol。坐标轴对象1包含3对象类型的补丁,表面。安装了标题的坐标轴对象2天线包含5块类型的对象,表面上看,文本。这些对象代表压电陶瓷,饲料,平台。”、“特克斯”:“安装天线”、“乳胶”:[]}

远场反射器表面的3 d模式与错误

在反射器表面误差的影响导致3 dB孔径得到减少。这种效果是特别重要的考虑在Ka, Ku和更高的乐队

patnOpt = PatternPlotOptions;patnOpt。MagnitudeScale = 35 [-10];图模式(pn, f, az, el,“patternOptions”patnOpt)

{“字符串”:“图包含一个坐标轴对象和其他对象类型的uicontrol。坐标轴对象包含5块类型的对象,表面上看,文本。该对象代表平台。”、“特克斯”:[],“乳胶”:[]}

引用

[1]”卫星覆盖地图|国际通信卫星。“2022年5月26日访问。https://www.intelsat.com/fleetmaps/?s=G-13。

[2]w·l·斯塔茨曼·g·a·蒂埃尔天线理论和设计,p。307年,威利,第三版,2013年。

[3]J。Ruze”,天线宽容力学审查,“Proc. IEEE, 54卷,4号。pp.633 - 640年4月,1966年。

另请参阅

部门天线2.4 GHz wi - fi™