【实例简介】
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
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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。
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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
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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。
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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
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【实例截图】
【核心代码】
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