СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №3/2014

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 66 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2014 Диаграмма направленности Результаты расчета Параметры антенны Ток в раскрыве зеркала Со-поляризационная ДН Кросс-поляризация Характеристики зеркальной антенны Ток в раскрыве можно использовать для расчёта в дру- гих программах. Полученные поля облучателя используются для расчёта токов на зеркале (см. рис. 4). После расчёта распределения токов производится расчёт диаграммы излу- чения, которая строится в окне ото- бражения ДН. Для сечения диаграм- мы излучения строится компонента по основной поляризации и кросс- поляризационная компонента. В окне диалога (см. рис. 4) выводится диаграм- ма направленности, ток в сечении зер- кала и параметры зеркальной антенны. Для нашей антенны получаем коэффи- циент направленного действия (КНД), равный 47,9 дБ. Р АСЧЁТ ОФСЕТНОЙ ЗЕРКАЛЬНОЙ АНТЕННЫ В ПРОГРАММЕ M IRROR В зеркальной антенне с осесимме- трическим расположением облучателя, последний и его штанги затеняют лучи прямого прохождения и таким образом ухудшают КНД. Поэтому на практике часто применяется офсетная зеркаль- ная антенна [8]. Анализируемая антен- на подсвечивается снизу под углом ≈ 50 ° . Сечение антенны также повёрнуто по отношению к вертикальной плоскости примерно на 26 ° . Рабочая поверхность рефлектора является вырезкой из пара- болоида вращения, описываемого урав- нением z = ( x 2 + y 2 )/4 F , где F = 138 см. Центр вырезки расположен на рассто- янии 134,5 см от фокальной оси. Антенна имеет следующие паспорт- ные параметры [8]: ● размеры 240 × 267 см (раскрыв ∅ 240 см); ● диапазон частот 10,7…12,75 ГГц; ● ширина диаграммы направленности не более 0,7 ° (11,3 ГГц); ● коэффициент усиления 47,6 дБ (11,3 ГГц); ● уровень боковых лепестков не более –25 дБ. Рассчитаем офсетную антенну, облу- чаемую открытым концом круглого волновода. В программе Mirror воз- действие осуществляется по дальнему полю. Вначале рассчитывается излу- чающий элемент и его дальнее поле на каждом элементе сетки зеркальной антенны. Эта процедура даёт диаграм- му направленности зеркальной антен- ны, а также её кросс-поляризационную составляющую [9,10] в диалоге сечения диаграммы направленности Pattern cut (см. рис. 5). В результате расчёта офсет- ной антенны получаем КНД = 48,35 дБ, коэффициент использования поверх- ности 67,6% и ширину луча по уров- ню –3 дБ, равную 0,72 ° . Эти резуль- таты близки к паспортным данным антенны [8]. Р АСЧЁТ ОБЛУЧАЕМОЙ КРУГЛЫМ ВОЛНОВОДОМ ОСЕСИММЕТРИЧНОЙ ЗЕРКАЛЬНОЙ АНТЕННЫ В ПРОГРАММЕ FEKO Программа FEKO тоже позволяет рас- считать зеркальную антенну большо- го размера методомфизической опти- ки [2], когда токи на поверхности зер- кальной антенны рассчитываются по формуле (1). Эти токи находятся в цен- тре каждого элемента декомпозиции зеркальной антенны (треугольник), в центре которого FEKO рассчитывает нормаль. Конечный размер треугольни- ка, а также замена плавной поверхно- сти параболоида срезанными плоско- стями, являются источником погреш- ности численного расчёта методом физической оптики. Начертим параболоид ∅ 240 см с помощью команды Draw → Paraboloid . В появившееся окно (см. рис. 6) вводим фокусное расстояние 138 см. Для черче- ния излучателя в другой системе коор- динат создадим рабочую систему коор- динат, смещённую на 138 см относи- тельно глобальной системы координат. Для ускорения расчёта на первом эта- пе выполним анализ открытого конца круглого волновода и рассчитаем ближ- нее поле в сечении растра. Плотность точек, в которых рассчитывается ближ- нее поле, зависит от шага Increment (см. рис. 7). Чтобы рассчитанные поля E и H в этих точках сохранить для даль- нейшего расчёта, в закладке Advanced выберем вариант сохранения параме- тров поля в этих точках в файлы с рас- ширением *.efe и *.hfe. Используем эти данные для создания плоской апертуры для возбуждения зеркала, а точки апер- туры поместим в точки, где рассчиты- валось ближнее поле. Программа FEKO довольно долго производит разбиение металлическо- го зеркала на треугольники. От каждо- го элемента апертуры, указанной на рисунке 7 как перекрестие, рассчиты- вается луч, по которому распространя- Рис. 4. Сечение диаграммы направленности (слева) и ток в раскрыве апертуры зеркальной антенны (справа), рассчитанные в программе Mirror Рис. 5. График расчёта кросс-поляризации © СТА-ПРЕСС