這是一篇關(guān)于基于MATLAB的旋轉(zhuǎn)拋物面天線的幾種特性的仿真的論文，對旋轉(zhuǎn)拋物面天線的方向圖、利用系數(shù)、口徑截獲效率和增益因子及饋源方向函數(shù)等特性進(jìn)行了仿真
第5期 顧洪軍,等:基于 Matlab的旋轉(zhuǎn)拋物面天線幾種特性的仿真分析 563 F(Y,) dpds F(y)=0, y F(Y,stan kftAn2 3ndoxd de 式中,n越大,則表示饋源方向圖越窄,反之 則越寬 2、2.4面積利用系數(shù)效率及增益因子 拋物而天線的方向系數(shù)也可表示為: 3旋轉(zhuǎn)拋物面天線的特性仿真研究1 D 3.1饋源的方向函數(shù)的近似計算曲線 由于在多數(shù)情況下,饋源的方向函數(shù)近似地 式中y—面積利用系數(shù) 表示為下列形式: S—拋物面的口徑面積,S=πRb= y F(y) 0≤y≤ 超高顆天線中,由于天線本身的損耗很小,可 F(y)=0, y 以認(rèn)為天線效率n≈1,所以G≈D,但在拋物面 在{0,21的范內(nèi)對其表達(dá)式建立數(shù)學(xué) 天線中,天線口徑截獲的功率P只是饋源所輻射 的總功率P,的一部分,還有一部分為漏射損失 模型,從表達(dá)式可以看出與n的大小有關(guān),為了計 算容易,取n為2的整數(shù)倍,如2,4,6,8,10等。 定義口徑截獲效率一p,其增益系數(shù)G=D3.1.1極坐標(biāo)下仿真圖 AxS2△=4xS,其中,g=稱為增益因子 極坐標(biāo)下仿真圖如圖2所示。 口徑截獲示意圖如圖1所示。 06 截獲功率 漏射功率 圖1日徑截獲示意圖 如果饋源也是旋轉(zhuǎn)對稱的,其歸一化方向函 數(shù)為F(y),由E=F(vy60F5可以得到而 a)n=2 積利用系數(shù)為: Esds y es ds (y)sindy S 口徑截獲效率為: F2(y)sindy nA F(sindy 在多數(shù)情況下饋源的方向函數(shù)近似地表示 (b)n=2,4、6、8,10 圖2饋源極坐標(biāo)仿真圖 為下列形式: F(y)=cosy,0≤W≤2 由圖中可以看出,n越大,方向圖越窄。圖 (a)所對應(yīng)的立體圖如圖3所樂。 564 長春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版) 第30卷 以應(yīng)用在拋物面天線的饋源的方向函數(shù)的仿真計 算中 圖3饋源立體仿真圖 3.1,2直坐標(biāo)下仿真圖 驗(yàn)興 多個n值仿真分析(n=2,4,6,8,10),仿輿圖 如圖4所示。 圖4方向函數(shù)的近似計算曲線 從圖中可以看出,v為拋物線上任一點(diǎn)M到3.2方向圖的仿真分析 焦點(diǎn)的連線與焦軸Oz之間的夾角,離散點(diǎn)即v 根據(jù)上面給出E面、H面的方向函數(shù),可對其 為口徑張角,同時,方向函數(shù)值會隨著口徑張角的進(jìn)行編程仿真,由于有可能存在虛部,所以,也要考 增大而減小,所以,口徑張角不宜太大。隨著n的慮是否對方向圖有影響,令n=0.8,1.2,16,2(將 增大,饋源方向圖越窄反之,則越寬,與理論完全實(shí)部虛部畫在一圖上)。仿真圖如圖5所示。 符合,說明 Matlab語言的可視化圖形輸出方法可 -A n=15 1.6 r=12 n08 r08 (a)E面 (b)H面 圖5饋源為近似表達(dá)式的拋物面天線方向圖 從圖中可以看出,E,H的方向性與均勻性幾以其為基礎(chǔ),分析拋物面天線的面積利用系數(shù)隨 乎相同,所以兩者方向性相同,虛部值很小,且隨口徑張角的變化規(guī)律 著n(n=為口徑焦距比)的增大,虛部幾乎等于 已知拋物面天線的面積利用系數(shù)為: 2 Esds 零,對方向圖的影響可以忽略。以下只考慮實(shí)部 同時,隨口徑焦距比增大,方向性增強(qiáng)。 esd 3.3面積利用系數(shù)隨口徑張角的計算曲線1 在分析了拋物面天線的饋源的方向函數(shù)的近 °F(y) tan ydy Yo 似表達(dá)式之后,發(fā)現(xiàn)與理論符合,且效果比較好 F2(y)sindy 第5期 顧洪軍,等:基于 Matlab的旋轉(zhuǎn)拋物面天線幾種特性的仿真分析 565 為了了解面積利用系數(shù)與n的關(guān)系,可以在增大,所以冂徑張角不宜太小。隨口徑張角的增 不同的n值下對表達(dá)式進(jìn)行仿真分析,仿真圖如大,面積利用系數(shù)在下降。即面積利用系數(shù)、效率 圖6所示(n=2,4,6,8,10)。 與口徑張角之間的變化關(guān)系恰好相反。所以,對 口徑張角選擇很重要,應(yīng)該存在最住張角,使得某 -參數(shù)(面積利用系數(shù)與效率的乘積)最大,即增 益因子最大。對于同一口徑張角,口徑截獲效率 隨n的增大而增大,所以n不宜過小。同樣與面 積利用系數(shù)隨n的變化關(guān)系相反。所以n也應(yīng)好 好選擇 3.5增益因子隨口徑張角的計算曲線 拋物面大線的增益系數(shù)G可寫成: A 增益因子為 圖6利用系數(shù)隨[徑張角的計算曲線 圖6說明對丁同一口徑張角,面積利用系數(shù) F(tandy 隨n的增大而減小,所以n不宜過大。 cot × 3.4口徑截獲效率隨口徑張角的計算曲線 F(y)sindy 已知饋源的方向函數(shù)近似地表示為下列形 F(y)sindy 式 F2(y)sindy F(y)= cos2 y, 0≤y≤. 2 F(ytan - dy 2e y付 F(r)sindy 由理論知口徑截獲效率為: 為∫解增益因子與n的關(guān)系,可以在不同的 F2(y) sintra亞 7a 值(令n=2,4,6,8)下對表達(dá)式進(jìn)行仿真分析 F(y)sindy 仿真圖如圖8所示 為了解口徑截獲效率與n的關(guān)系,可以在不 同的n值(令n=2,4,6,8)卜對表達(dá)式進(jìn)行仿真 分析,仿真圖如圖7所示 圖8利用系數(shù)隨口徑張角的計算曲線 由圖中可以清晰地看到,的確存在最佳張角, 使得增益因子達(dá)到最大值gmx≈0.83。且當(dāng)n= 2時,達(dá)到最大值,隨著n的增大,最大值比較穩(wěn) 圖7拋物面天線的∏徑截獲效率隨口徑張角的計算曲線 定,只是n越大,達(dá)到最佳增益因子的口徑張角越 圖7說明隨口徑張角的增大,口徑截獲效率小,即而積利用系數(shù)與效率會不同。 566 長春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版) 第30卷 3.6仿真圖合成比較總結(jié) 張角使增益因子最大。 最后,對面積利用系數(shù)、口徑截獲效率、增益 因子做個總結(jié),從整體上看它們與口徑張角及n 4部分源程序代碼 的關(guān)系。仿真圖如圖9所示。 文中給出圖9對應(yīng)的 Matlab源程序代碼如 下 nn=[246810]; >>posa00=0:90/20:90; i00xpi/180 4 n=nn(ii) l:length a(jj)=2/ (tan( posaio(jj)/2).2.*(abs(quad ('mjlyfz io(ij)))."2./ quad('mjlyfm,0, posaio(ii)); b(jj=quad('milyfm',0, posaio (jj))/quad ('milyfm',0. (a)利用系數(shù)隨口徑張角的計算曲線 pi/2); g(j)=a(j)*b(j); figure(6) n=10 n=8 plot( posaioo,a):axis([O 900 1]); xlabel(o /(o));yla bel(υ); title拋物面天線的面積利用系數(shù)隨∏徑張角的 計算曲線); hold on+ plot(2, 2, 2) plot( posaioo, b); axis([0 9001]); xlabel('0 /(o)); yla bel〔 ile(拋物而天線的口徑截獲效率隨口徑張角的 計算曲線) (b)口徑截獲效率隨口徑張角的計算曲線 subplot(2,2, 3) ple ]); xlabel('o /(o)); yla bel('g');tile(拋物面天線的增益因子隨口徑張角的計算 n=8 曲線);hold n=10 end 5結(jié)語 在給出天線系統(tǒng)仿真理論的基礎(chǔ)上,利用 Matlab強(qiáng)大的仿真功能,對具體的旋轉(zhuǎn)拋物面天 公 線幾種特性進(jìn)行編程仿真。對仿真結(jié)果都給出了 具體詳實(shí)的說明和分析,發(fā)現(xiàn)效果顯著,為實(shí)際構(gòu) (c)增益因子隨口徑張角的計算曲線 建提供了很好的依據(jù)。文中所使用的仿真軟件具 圖9拋物面天線的面積利用系數(shù)、口徑截獲 效率及增益因子隨口徑張角的計算曲線 有可視化、數(shù)值計算功能,但還有其它仿真性能優(yōu) 異的仿真軟件。所以,在今后的研究中,設(shè)計仿真 雖然對面積利用系數(shù)來說,口徑張角越小越模型時,可利用名種仿真軟件,發(fā)揮各個仿真軟件 好,n越小越好,但是對口徑截獲效率來說,口徑的特長,使得系統(tǒng)仿真效果更精確。 張角越大越好,n越大越好,但是不能以它們中的 一個作為衡量標(biāo)準(zhǔn),天線需要具有高增益,所以, 參考文素: 對天線的增益因子進(jìn)行仿真分析發(fā)現(xiàn),存在最佳[1]劉學(xué)觀微波技術(shù)與天線[M].西安:西安電子科技 第5期 艦洪軍,等:基于 Matlab的旋轉(zhuǎn)拋物面天線幾種特性的仿真分析 567 大學(xué)出版社,2005. [6}張立東 Matlab語言在天線設(shè)計中的應(yīng)用[J電子 L2ˉ劉興堂,吳曉燕現(xiàn)代系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)LM.西 電器教學(xué)學(xué)報,2001,25(1):31-37. 安:西北工業(yè)大學(xué)出版社.2001 「7王曼珠,張喆民,崔紅躍. Matlab在天線方向圖中的 3~薩定宇,陳陽泉.基于 Matlab/ Simulink的系統(tǒng)仿真 應(yīng)用與研究[J.電氣電子教學(xué)學(xué)報、2004.26(4 技術(shù)與應(yīng)用[Mj.北京;清華大學(xué)出版社2002. 2527 !_傅文斌. Matlab在天線方向圖中的應(yīng)用與研究[8]張?zhí)扈?張卉.基于 Matlab的天線抗干擾三維運(yùn) M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社、2007. 動仿真器的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].成都大學(xué)學(xué)報,2007,26 5ˉ殷際杰.微波技術(shù)與天線[M.北京:電子上業(yè)出版 (1):43-4 社,2001