Проектирование и анализ кассегреновой антенны

Открыть сценарий

В этом примере показано, как создать кассетную антенну. Типичная параболическая антенна состоит из параболического отражателя с малой питающей антенной в фокусе. Параболические отражатели, используемые в антеннах тарелки, имеют большую кривизну и короткое фокусное расстояние, а фокальная точка расположена вблизи устья тарелки, чтобы уменьшить длину опор, необходимых для удержания конструкции подачи. В более сложных конструкциях, таких как кассетная антенна, вспомогательный отражатель используется для направления энергии в параболический отражатель от питающей антенны, расположенной в стороне от первичной фокальной точки. Кассегрен предоставляет возможность увеличения фокусного расстояния, уменьшая боковые лепестки. Такой тип антенн может использоваться в спутниковой связи, а также астрономии и других формирующихся режимах связи.

Определение параметров

Приведенные ниже параметры помогают проектировать кассетную антенну

Rp = Диаметр основного отражателя

fp = Фокусное расстояние основного отражателя

Rsub = диаметр суботражателя

fhyp = фокусное расстояние гиперболы

Rp=0.3175;
fp=0.2536;
Rsub=0.033;
fhyp=0.1416;

Модель Кассегреновой антенны

Кассегреновая антенна обычно имеет три структуры. Первый является основным отражателем, который является параболическим, второй является субрефлектором, который является гиперболическим, третий является элементом возбудителя. Фокус главного отражателя и ближний фокус гиперболического субрефлектора совпадают. Энергия направляется от субрефлектора к основному отражателю. Параболический отражатель преобразует сферический волновой фронт в плоский волновой фронт, когда энергия, направленная к нему, кажется, исходит из фокуса.

ant=cassegrain('Radius',[Rp Rsub],'FocalLength',[fp fhyp]);
show(ant);

Определение элемента возбудителя

Конический рупор используется в качестве возбудителя по умолчанию для кассегрена. Он ориентирован на суботражатель. Он спроектирован с частотой, которая дает желаемую производительность. Диаметр апертуры выбирается аналитически для получения желаемой ширины пучка копланарного рисунка.

Exciter=design(hornConical,17.7e9);
Exciter.FeedWidth=3.4e-3;
Exciter.Tilt=270;
Exciter.TiltAxis=[0 1 0];
show(Exciter);

Структура решения

По умолчанию кассетная антенна использует решатель PO для основного отражателя и решатель MoM для вспомогательного отражателя и возбудителя. Диаметр основного отражателя равен 39 $${\lambda}$ , а диаметра вспомогательного отражателя - 4. $${\lambda}$ Решатели используются в соответствии с размерами основного отражателя и субрефлектора. Как правило, если диаметр вспомогательного отражателя больше 5, $${\lambda}$ рекомендуется использовать для него решатель PO. Обычно ожидаемый диаметр субрефлектора должен составлять менее 20% от основного отражателя для минимизации закупорки субрефлектором.

График диаграммы направленности и сетчатая антенна

Постройте график диаграммы направленности кассегреновой антенны с 18GHz.The ожидаемой диаграммой направленности, чтобы генерировать карандашный пучок с меньшим разливом и малым излучением лепестков. Антенна Cassegrain по умолчанию генерирует большее количество треугольников, так что она может быть включена в сеть вручную для различных длин кромок сетки для требуемых чисел треугольной генерации. Это быстро решает структуру, но в таких случаях коэффициент усиления уменьшается по сравнению со значением по умолчанию. Сетка может управляться для возбудителей и отражателей отдельно с различной длиной кромки сетки.

ant=cassegrain;
ant.Exciter=design(hornConical,17.7e9);
ant.Exciter.Tilt=270;
[~]=mesh(ant,'MaxEdgeLength',15e-3);
figure;
pattern(ant,18e9);

Сравнение с параболическим отражателем, не имеющим субрефлектора, показывает, что конфигурация кассеты увеличивает направленность.

ant=reflectorParabolic('Radius',0.3175);
ant.Exciter=design(hornConical,17.7e9);
ant.Exciter.Tilt=90;
[~]=mesh(ant,'MaxEdgeLength',15e-3);
figure;
pattern(ant,18e9);

S-параметры и график импеданса

Постройте график s-параметров и импеданса кассетной антенны в диапазоне частот от 18 ГГц до 18,8 ГГц. Он обеспечивает полосу пропускания около 100MHz, и структура резонирует при 18,51 ГГц.

ant=cassegrain;
s=sparameters(ant,linspace(18e9,18.8e9,25));
figure;rfplot(s);

figure;
impedance(ant,linspace(18e9,18.8e9,25));

Текущее распределение

Проанализируйте текущее распределение кассеты на заданной частоте.

current(ant,18e9,'scale','log10');

Использовать различные возбудители с наклонами

Несколько других элементов поддерживаются в качестве возбудителей, таких как рупор, волноводы и так далее. Возбудитель может быть наклонен в требуемом направлении в зависимости от потребности.

Exciter=design(horn,16.2e9);
Exciter.Tilt=270;
Exciter.TiltAxis=[0 1 0];
ant.Exciter=Exciter;
show(ant);
figure;
pattern(ant,18e9);

Заключение

Использование конструкции Кассегрена повышает производительность антенны, поскольку питающая антенна направлена вперед, а не к тарелке в передней питающей антенне. Такая ориентация уменьшает боковые лепестки, а использование двойных отражателей помогает адаптировать диаграмму направленности для максимальной производительности антенны.

Ссылки

Данду, Обулесу. «Оптимизированная конструкция осесимметричной рефлекторной антенны кассегрена с использованием алгоритма итеративного локального поиска». (2013).

См. также

Проектирование и анализ криволинейных отражателей

Документация