Параметры отражателя

В данном примере мы будем считать общую частоту нисходящего канала C-полосы используемой спутниками, такими как Интелсат 30 обслуживаний области Северной и Южной Америки [1]. Кроме того, мы будем предназначаться для приложения Очень Маленького апертурного терминала (VSAT) и поэтому, ограничивать диаметр отражателя, чтобы быть 1,2 м. В верхнем конце электрический размер отражателя будет приблизительно 15 \lambda. Наконец, отношение F/D выбрано, чтобы быть 0.3.

C_band = [3.4e9 3.7e9];
vp = physconst('lightspeed');
C_band_lambda = vp./C_band;
D = 1.2;
D_over_lambda_C = D./C_band_lambda;
F_by_D = 0.3;

Спроектируйте отражатель

Спроектируйте отражатель на выбранной частоте 3,5 ГГц и настройте параметры по мере необходимости для примера. Переориентируйтесь параболический отражатель, чтобы иметь опорное направление выравниваются с осью X.

f = 3.5e9;
lambda = vp/f;
p = design(reflectorParabolic,f);
p.Radius = D/2;
p.FocalLength = F_by_D*D;
p.Tilt = 90;
p.TiltAxis = [0 1 0];
figure
show(p)
view(45,25)

Получите оценку требований к памяти

Поскольку параболический отражатель является электрически большой структурой, хорошо оценить, что сумма RAM должна была решить данную структуру на частоте проекта. Используйте функцию memoryEstimate, чтобы сделать это.

m = memoryEstimate(p,f)

m =

    '740 MB'

3D Шаблон

Вычислите 3D шаблон направленности далекого поля для прямой полуплоскости включая опорное направление. Кроме того, мы перемасштабируем величину, чтобы улучшить функции в шаблоне с помощью PatternPlotOptions.

az = -90:1:90;
el = -90:1:90;
figure
pattern(p,f,az,el)

Создайте объект PatternPlotOptions и перемасштабируйте величину для графика.

patOpt = PatternPlotOptions;
patOpt.MagnitudeScale = [-10 35];
figure
pattern(p,f,az,el,'patternOptions',patOpt)

Вычисление апертурного КПД

Максимальное усиление от параболического отражателя достигается под универсальным освещением апертуры (амплитуда, фаза). Шаблон канала, который компенсирует сферическую потерю распространения с углом прочь от оси, и в то же время становящейся нулевой в оправе, чтобы избежать связанных с избытком потерь, достиг бы этого идеального КПД единицы [2]. В действительности у нас есть различные типы антенн, которые используются в качестве подачи, такой как диполи, волноводы, рога и т.д. Используя анализ шаблона, мы можем численно оценить апертурный КПД. Это вычисление дает к апертурному КПД приблизительно 50% для дипольного канала.

Dmax = pattern(p,f,0,0);
eta_ap = (10^(Dmax/10)/(pi^2))*(lambda/D)^2

eta_ap =

    0.4969

Эффект осевого смещения канала

В определенных приложениях может быть необходимо расположить канал далеко от центра отражателя. Как ожидалось такая настройка введет аберрации фазы, которые переведут в ухудшение шаблона. Исследуйте эффект осевого смещения канала, и - к и далеко от особого внимания на пиковом усилении в опорном направлении, i.e. (азимут, el) = (0,0) степени. Для этого варьируйтесь x-координата свойства FeedOffset на параболическом отражателе.

feed_offset = -lambda:0.1*lambda:lambda;
Dmax_offset = zeros(size(feed_offset));
for i = 1:numel(feed_offset)
    p.FeedOffset = [feed_offset(i),0,0];
    Dmax_offset(i) = pattern(p,f,0,0);
end
figure
plot(feed_offset./lambda,Dmax_offset,'o-','LineWidth',2)
xlabel('Axial Feed Displacement (x/\lambda)')
ylabel('Directivity at Boresight (dBi)')
grid on
title('Boresight Directivity Variation due to Axial Feed Displacement')

Эффект бокового канала смещения

Смещение канала путь от оси, со стороны результаты в скане луча. Для симметричных параболических отражателей ограничивается этот эффект. Подобно предыдущему разделу мы продолжаем смотреть на изменение усиления вида скуки в зависимости от канала, перемещаемого вдоль оси Y.

Dmax_offset = zeros(size(feed_offset));
for i = 1:numel(feed_offset)
    p.FeedOffset = [0,feed_offset(i),0];
    Dmax_offset(i) = pattern(p,f,0,0);
end
figure
plot(feed_offset./lambda,Dmax_offset,'o-','LineWidth',2)
xlabel('Lateral Feed Displacement (y/\lambda)')
ylabel('Directivity at Boresight (dBi)')
grid on
title('Boresight Directivity Variation due to Lateral Feed Displacement')

Эффект случайных поверхностных ошибок на поверхности отражателя

Идеально поверхность параболического отражателя отлично явится гладкой без любых поверхностных недостатков. Производственные процессы и механическое устройство подчеркивают результат на поверхности, которая отклоняется от совершенного параболоида. Используйте остаточный член поверхности RMS для каждой координаты и аналитически оцените ухудшение усиления, должное появляться ошибки [3].

epsilon_rms = lambda/25;
chi = (4*F_by_D)*sqrt(log(1 + 1/(4*F_by_D)^2));
Gmax_est = 10*log10(eta_ap*(pi*D/lambda)^2*exp(-1*(4*pi*chi*epsilon_rms/lambda)^2))

Gmax_est =

   29.0012

Затем мы создаем геометрическую модель отражателя с поверхностными ошибками. Чтобы сделать так, мы изолируем mesh для одного только отражателя и тревожим точки на поверхности с нулевым средним Гауссовым вероятностным процессом. Стандартное отклонение этого процесса присвоено быть ошибкой поверхности RMS. После беспокойства точек мы вычисляем RMS поверхностную ошибку подтвердить, что отклонение процесса действительно близко к тому, что мы устанавливаем.

p.FeedOffset = [0,0,0];
[Pt,t] = exportMesh(p);
idrad = find(Pt(:,1)>=p.FocalLength);
idref = find(Pt(:,1)<p.FocalLength);
removeTri = [];
for i = 1:size(t,1)
    if any(t(i,1)==idrad)||any(t(i,2)==idrad)||any(t(i,3)==idrad)
        removeTri = [removeTri,i];
    end
end
tref = t;
tref(removeTri,:) = [];
figure
em.internal.plotMesh(Pt,tref(:,1:3))

Создайте гауссов шум для беспокойства поверхностной mesh

n = epsilon_rms*randn(numel(idref),3);
Ptnoisy = Pt(idref,:) + n;
rms_model_error = sqrt(mean((Pt(idref,:)-Ptnoisy).^2,1))

rms_model_error =

    0.0034    0.0034    0.0034

Создайте файл STL из отражателя, появляются и делают его платформой для установленного анализа антенны как показано. Элемент возбуждения эквивалентен прежде. Присвойте положение элемента с помощью feedlocation свойства на параболическом отражателе.

TR = triangulation(tref(:,1:3),Ptnoisy);
stlwrite(TR,'noisyref.stl')
pn = installedAntenna;
pl = platform;
exciter = p.Exciter;
exciter.Tilt = 0;
exciter.TiltAxis = [0 1 0];
pl.FileName = 'noisyref.stl';
pl.Units = 'm';
pn.Platform = pl;
pn.Element = exciter;
pn.ElementPosition = [p.FeedLocation(1),0,0];
figure
show(pn)

Далекое поле 3D Шаблон для Отражателя появляется с Ошибками

Эффект поверхностных ошибок на отражателе приводит к сокращению усиления опорного направления на 3 дБ. Этот эффект особенно важен, чтобы рассмотреть в Ka, Ку и более высоких группах

patnOpt = PatternPlotOptions;
patnOpt.MagnitudeScale = [-10 35];
figure
pattern(pn,f,az,el,'patternOptions',patnOpt)

Ссылки

[1] https://www.intelsat.com/fleetmaps/? s=G-13

[2] В. Л. Стуцмен, Г. А. Тиле, Теория Антенны и Проект, p. 307, Вайли, 3-й Выпуск, 2013.

[3] J.Ruze, "Анализ теории-a допуска антенны", Proc. IEEE, издания 54, № 4. pp.633-640, апрель 1966.