基于MATLAB的旋转抛物面天线的几种特性的仿真

这是一篇关于基于MATLAB的旋转抛物面天线的几种特性的仿真的论文，对旋转抛物面天线的方向图、利用系数、口径截获效率和增益因子及馈源方向函数等特性进行了仿真
第5期 顾洪军,等:基于 Matlab的旋转抛物面天线几种特性的仿真分析 563 F(Y,) dpds F(y)=0, y F(Y,stan kftAn2 3ndoxd de 式中,n越大,则表示馈源方向图越窄,反之 则越宽 2、2.4面积利用系数效率及增益因子 抛物而天线的方向系数也可表示为: 3旋转抛物面天线的特性仿真研究1 D 3.1馈源的方向函数的近似计算曲线 由于在多数情况下,馈源的方向函数近似地 式中y—面积利用系数 表示为下列形式: S—抛物面的口径面积,S=πRb= y F(y) 0≤y≤ 超高颗天线中,由于天线本身的损耗很小,可 F(y)=0, y 以认为天线效率n≈1,所以G≈D,但在抛物面 在{0,21的范内对其表达式建立数学 天线中,天线口径截获的功率P只是馈源所辐射 的总功率P,的一部分,还有一部分为漏射损失 模型,从表达式可以看出与n的大小有关,为了计 算容易,取n为2的整数倍,如2,4,6,8,10等。 定义口径截获效率一p,其增益系数G=D3.1.1极坐标下仿真图 AxS2△=4xS,其中,g=称为增益因子 极坐标下仿真图如图2所示。 口径截获示意图如图1所示。 06 截获功率 漏射功率 图1日径截获示意图 如果馈源也是旋转对称的,其归一化方向函 数为F(y),由E=F(vy60F5可以得到而 a)n=2 积利用系数为: Esds y es ds (y)sindy S 口径截获效率为: F2(y)sindy nA F(sindy 在多数情况下馈源的方向函数近似地表示 (b)n=2,4、6、8,10 图2馈源极坐标仿真图 为下列形式: F(y)=cosy,0≤W≤2 由图中可以看出,n越大,方向图越窄。图 (a)所对应的立体图如图3所乐。 564 长春工业大学学报(自然科学版) 第30卷 以应用在抛物面天线的馈源的方向函数的仿真计 算中 图3馈源立体仿真图 3.1,2直坐标下仿真图 验兴 多个n值仿真分析(n=2,4,6,8,10),仿舆图 如图4所示。 图4方向函数的近似计算曲线 从图中可以看出,v为抛物线上任一点M到3.2方向图的仿真分析 焦点的连线与焦轴Oz之间的夹角,离散点即v 根据上面给出E面、H面的方向函数,可对其 为口径张角,同时,方向函数值会随着口径张角的进行编程仿真,由于有可能存在虚部,所以,也要考 增大而减小,所以,口径张角不宜太大。随着n的虑是否对方向图有影响,令n=0.8,1.2,16,2(将 增大,馈源方向图越窄反之,则越宽,与理论完全实部虚部画在一图上)。仿真图如图5所示。 符合,说明 Matlab语言的可视化图形输出方法可 -A n=15 1.6 r=12 n08 r08 (a)E面 (b)H面 图5馈源为近似表达式的抛物面天线方向图 从图中可以看出,E,H的方向性与均匀性几以其为基础,分析抛物面天线的面积利用系数随 乎相同,所以两者方向性相同,虚部值很小,且随口径张角的变化规律 着n(n=为口径焦距比)的增大,虚部几乎等于 已知抛物面天线的面积利用系数为: 2 Esds 零,对方向图的影响可以忽略。以下只考虑实部 同时,随口径焦距比增大,方向性增强。 esd 3.3面积利用系数随口径张角的计算曲线1 在分析了抛物面天线的馈源的方向函数的近 °F(y) tan ydy Yo 似表达式之后,发现与理论符合,且效果比较好 F2(y)sindy 第5期 顾洪军,等:基于 Matlab的旋转抛物面天线几种特性的仿真分析 565 为了了解面积利用系数与n的关系,可以在增大,所以冂径张角不宜太小。随口径张角的增 不同的n值下对表达式进行仿真分析,仿真图如大,面积利用系数在下降。即面积利用系数、效率 图6所示(n=2,4,6,8,10)。 与口径张角之间的变化关系恰好相反。所以,对 口径张角选择很重要,应该存在最住张角,使得某 -参数(面积利用系数与效率的乘积)最大,即增 益因子最大。对于同一口径张角,口径截获效率 随n的增大而增大,所以n不宜过小。同样与面 积利用系数随n的变化关系相反。所以n也应好 好选择 3.5增益因子随口径张角的计算曲线 抛物面大线的增益系数G可写成: A 增益因子为 图6利用系数随[径张角的计算曲线 图6说明对丁同一口径张角,面积利用系数 F(tandy 随n的增大而减小,所以n不宜过大。 cot × 3.4口径截获效率随口径张角的计算曲线 F(y)sindy 已知馈源的方向函数近似地表示为下列形 F(y)sindy 式 F2(y)sindy F(y)= cos2 y, 0≤y≤. 2 F(ytan - dy 2e y付 F(r)sindy 由理论知口径截获效率为: 为∫解增益因子与n的关系,可以在不同的 F2(y) sintra亚 7a 值(令n=2,4,6,8)下对表达式进行仿真分析 F(y)sindy 仿真图如图8所示 为了解口径截获效率与n的关系,可以在不 同的n值(令n=2,4,6,8)卜对表达式进行仿真 分析,仿真图如图7所示 图8利用系数随口径张角的计算曲线 由图中可以清晰地看到,的确存在最佳张角, 使得增益因子达到最大值gmx≈0.83。且当n= 2时,达到最大值,随着n的增大,最大值比较稳 图7抛物面天线的∏径截获效率随口径张角的计算曲线 定,只是n越大,达到最佳增益因子的口径张角越 图7说明随口径张角的增大,口径截获效率小,即而积利用系数与效率会不同。 566 长春工业大学学报(自然科学版) 第30卷 3.6仿真图合成比较总结 张角使增益因子最大。 最后,对面积利用系数、口径截获效率、增益 因子做个总结,从整体上看它们与口径张角及n 4部分源程序代码 的关系。仿真图如图9所示。 文中给出图9对应的 Matlab源程序代码如 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)利用系数随口径张角的计算曲线 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抛物面天线的面积利用系数随∏径张角的 计算曲线); hold on+ plot(2, 2, 2) plot( posaioo, b); axis([0 9001]); xlabel('0 /(o)); yla bel〔 ile(抛物而天线的口径截获效率随口径张角的 计算曲线) (b)口径截获效率随口径张角的计算曲线 subplot(2,2, 3) ple ]); xlabel('o /(o)); yla bel('g');tile(抛物面天线的增益因子随口径张角的计算 n=8 曲线);hold n=10 end 5结语 在给出天线系统仿真理论的基础上,利用 Matlab强大的仿真功能,对具体的旋转抛物面天 公 线几种特性进行编程仿真。对仿真结果都给出了 具体详实的说明和分析,发现效果显著,为实际构 (c)增益因子随口径张角的计算曲线 建提供了很好的依据。文中所使用的仿真软件具 图9抛物面天线的面积利用系数、口径截获 效率及增益因子随口径张角的计算曲线 有可视化、数值计算功能,但还有其它仿真性能优 异的仿真软件。所以,在今后的研究中,设计仿真 虽然对面积利用系数来说,口径张角越小越模型时,可利用名种仿真软件,发挥各个仿真软件 好,n越小越好,但是对口径截获效率来说,口径的特长,使得系统仿真效果更精确。 张角越大越好,n越大越好,但是不能以它们中的 一个作为衡量标准,天线需要具有高增益,所以, 参考文素: 对天线的增益因子进行仿真分析发现,存在最佳[1]刘学观微波技术与天线[M].西安:西安电子科技 第5期 舰洪军,等:基于 Matlab的旋转抛物面天线几种特性的仿真分析 567 大学出版社,2005. [6}张立东 Matlab语言在天线设计中的应用[J电子 L2ˉ刘兴堂,吴晓燕现代系统建模与仿真技术LM.西 电器教学学报,2001,25(1):31-37. 安:西北工业大学出版社.2001 「7王曼珠,张喆民,崔红跃. Matlab在天线方向图中的 3~萨定宇,陈阳泉.基于 Matlab/ Simulink的系统仿真 应用与研究[J.电气电子教学学报、2004.26(4 技术与应用[Mj.北京;清华大学出版社2002. 2527 !_傅文斌. Matlab在天线方向图中的应用与研究[8]张天瑜,张卉.基于 Matlab的天线抗干扰三维运 M].北京:机械工业出版社、2007. 动仿真器的设计与实现[J].成都大学学报,2007,26 5ˉ殷际杰.微波技术与天线[M.北京:电子上业出版 (1):43-4 社,2001