【正文】 對(duì)于圓形口徑可以建立坐標(biāo)系如圖 4― 4― 5 所示，引入極坐標(biāo)與直角坐標(biāo)的關(guān)系： （ 4413） 圖 4― 4― 5 圓形平面口徑坐標(biāo)系 Fig. 445 Round plane diameter coordinate 仍然討論口徑場(chǎng)為單一極化 Ey(ρ s,φ s)，并且假定口徑場(chǎng)分布是 φ 對(duì)稱的，僅是 ρ 的函數(shù)。這就是電磁場(chǎng)理論中的等效原理 (Field Equivalence Theorem)。用公式表示如下： （ 4― 2― 24） 2m a x0( , )( , ) ( , )r r oPPSD D FS??? ? ? ????rAinPP? ?212rrP I R?2 20030 ( , ) si nrR f d d?? ? ? ? ? ??? ??2max120rfD R?212llP I R?rrAr l r lPRP P R R? ????002m a xm a x 20 0in in in inP P P PESG SE???? 14 式中 Pin、 Pin0 分別為實(shí)際天線和理想無(wú)方向性天線的輸入功率。副瓣一般指向不需要輻射的區(qū)域，因此要求天線的副瓣電平應(yīng)盡可能地低。E(θ ,φ )為同一距離 (θ ,φ )方向上的電場(chǎng)強(qiáng)度。 (2)傳播方向上電磁場(chǎng)的分量為零，故稱其為橫電磁波，記為 TEM 波。 利用 M 語(yǔ)言還開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的 MATLAB 專業(yè)工具箱函數(shù)供用戶直接使 用。 (2) 對(duì)天線的基 本知識(shí) 與 旋轉(zhuǎn)拋物面天線的幾何特性與工作原理、拋物面天線的口徑場(chǎng) 、 拋物面天線的輻射場(chǎng)、拋物面天線的方向系數(shù)和增益系數(shù)、拋物面天線的饋源、拋物面天線的偏焦及應(yīng)用 進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。本 設(shè)計(jì) 是以MATLAB/Simulink 為仿真語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)仿 真試驗(yàn)的 [15]。 （ 2） 科學(xué)研究、產(chǎn)品研發(fā)與仿真試驗(yàn) 信息科學(xué)發(fā)展迅速，用于研發(fā)、測(cè)試的儀器更新速度加快，隨著技術(shù)含量的提高，價(jià)格也越來(lái)越昂貴。現(xiàn)代計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，己經(jīng)研發(fā)出了新一代的可視化的仿真軟件。 吉 林 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文 論文題目 ： 基于 MATLAB 旋轉(zhuǎn)拋物面天線的幾種特性仿真分析 學(xué)生姓名： 專業(yè)年級(jí)： 信息技術(shù)學(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù) 指 導(dǎo)教師 ： 職稱 年 月 日 目 錄 2 題目 ................................................................................................................................. I 摘要及關(guān)鍵詞 ................................................................................................................. I 1 前 言 ........................................................................................................................... 1 課題背景 .................................................................................................................. 1 課題意義 ................................................................................................................. 1 2 MATLAB 仿真 ........................................................................................................... 1 仿真的意義 ............................................................................................................. 1 數(shù)理基礎(chǔ)與專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí) ........................................................................... 1 科學(xué)研究、產(chǎn)品研發(fā)與仿真試驗(yàn) .................................................................. 2 天 線仿真的概念及仿真環(huán)境 ............................................................................. 2 天線仿真的概念 ............................................................................................... 2 天線仿真的環(huán)境 ................................................................................................... 3 天線系統(tǒng)仿真問(wèn)題的提出、研究?jī)r(jià)值及研究現(xiàn)狀 ............. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。這些功能強(qiáng)大的仿真軟件，使得對(duì)天線系統(tǒng)仿真的設(shè)計(jì)和分析過(guò)程變得相對(duì)直觀和便捷，由此也使得天線仿真技術(shù)得到了更快的發(fā)展 [10]。并不是所有從事研究與開(kāi)發(fā)的工程技術(shù)人員都能夠擁有與科學(xué)技術(shù)發(fā)展進(jìn)程相應(yīng)的儀器設(shè)備。 其實(shí)對(duì)天線系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真，就是利用計(jì)算機(jī)對(duì)實(shí)際天線系統(tǒng)的物理模型或數(shù)學(xué)模型進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)這樣的模型試驗(yàn)來(lái)對(duì)一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)的性能和工作狀態(tài)進(jìn)行分析和研究。 (3)在理解天線系統(tǒng)理論的基礎(chǔ)上，利用 MATLAB 強(qiáng)大的仿真功能，設(shè)計(jì)了具體的旋轉(zhuǎn)拋物面天線 的 方向函數(shù)、 面 積 利用系 數(shù)、 口徑截獲效率、 增益因子和方向圖 系統(tǒng)模型。這些工具箱應(yīng)用的算法是開(kāi)放的可擴(kuò)展的，用戶不僅可以查看其中的算法，還可以針對(duì)一些算法進(jìn)行修改，甚至允許開(kāi)發(fā)自己的算法擴(kuò)充工具箱的功能。 (3)Eθ 和 Hφ 的比值為常數(shù)，稱為媒質(zhì)的波阻抗，記為η。 歸一化方向函數(shù) F(θ ,φ )的最大值為 1。 （ 4）前后比 :指主瓣最大值與后瓣最大值之比，通常也用分貝表示。理想無(wú)方向性天線本身的增益系數(shù)為 1。 如同電基本振子和磁基本振子是分析線天線的基本輻射單元一樣，惠更斯元是分析面天線輻射問(wèn)題的基本輻射元。當(dāng)口徑場(chǎng)均勻分布時(shí)， Ey=E0，則兩主平面的輻射場(chǎng)表達(dá)式為 (4― 3― 14） （ 4― 3― 15） 5 旋轉(zhuǎn)拋物面天線 旋轉(zhuǎn)拋物面天線（ Paraboloidal Reflector Antennas）是應(yīng)用最廣泛的天線之一 ,它由饋源和反射面組成。對(duì)于同相平面口徑，最大輻射方向一定發(fā)生在 θ =0 處，根據(jù)方向系 數(shù)的計(jì)算公式（ 443）式， 因此 （ 448） Pr 是天線輻 射功率，即為整個(gè)口徑面向空間輻射的功率 （ 449） yS? s? ?d s ( x s , y s )M ( r , ? , ? )yxRrOxz1 ( 1 co s ) ( , )2 j kRM y s s s ssE j E x y e d x d yr ?? ??? ??????? s i ns i nc o ss i n ssrs yxrerR ??????2???sin1 ( 1 co s ) ( , )2 sj kyj krE y s s s ssE E j e E x y e d x d yr ?? ?? ?? ? ? ??sin1 ( 1 co s ) ( , )2 sj kyj krH y s s s ssE E j e E x y e d x d yr ?? ?? ?? ? ? ??22 max(60 )rrED P?m ax 1 ( , )y s s s sSE E x y d x d yr ?? ??21 ( , )240r y s s s sSP E x y d x d y?? ?? 19 于是，方向系數(shù) D 可以表示為 （ 4410） 如果定義面積利用系數(shù) （ 4411） 則式（ 6― 4― 7）可以改寫為 （ 4412） 圓形 同相平面口徑的輻射 在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常有圓形口徑 (Circular Aperture)的天線。當(dāng)由口徑場(chǎng)求解輻射場(chǎng)時(shí)，每一個(gè)面元的次級(jí)輻射可用等初 級(jí) 輻 射源S 1 S 200m a x m a x00in in r rAP P P PASSGGD???????m a x 6060 inr PGPDE rr?? 15 效電流元與等效磁流元來(lái)代替，口徑場(chǎng)的輻射場(chǎng)就是由所有等效電流元（等效電基本振子）和等效磁流元（等效磁基本振子）所共同產(chǎn)生的。增益系數(shù)的定義是：在同一距離及相同輸入功率的條件下 ,某天線在最大輻射方向上的輻射功率密度 Smax(或場(chǎng)強(qiáng) |Emax|2 的平方）和理想無(wú)方向性天線 (理想點(diǎn)源 )的輻射功率密度 S0（或場(chǎng)強(qiáng) |E0|2 的平方）之比，記為 G。 (3)副瓣電平（ Side Lobe Lever,SLL） :指副瓣最大值與主瓣最大值之比，一般以分貝表示 （ 4― 2― 6） 式中， Sav,max2 和 Sav,max分別為最大副瓣和主瓣的功率密度最大值； Emax2 和 Emax分別為最大副瓣和主瓣的場(chǎng)強(qiáng)最大值。因此，方向函數(shù)可定義為 （ 4― 2― 2） 將電基本振子的輻射場(chǎng)表達(dá)式（ 4― 1― 4）代入上式，可得電基本振子的方向函數(shù)為 （ 4― 2― 3） 為了便于比較不同天線的方向性，常采用歸一化方向函數(shù)，用 F(θ ,φ )表示，即 （ 4― 2― 4） 60( , , ( , )IE r fr? ? ? ??yzr?O?x( , , )( , ) 6 0 /Erf Ir???? ?( , ) ( ) si nlff ?? ? ? ????m a x m a x( , )( , )( , ) ( , ) EfF fE ?????? ???? 10 式中， fmax(θ ,φ )為方向函數(shù)的最大值； Emax 為最大輻射方向上的電場(chǎng)強(qiáng)度 。 E、 H 和 Sav 相互垂直，且符合右手螺旋定則。這樣就可以擴(kuò)展 MATLAB 功能，使 MATLAB 能夠同其他高級(jí)編程語(yǔ)言例如C/C++語(yǔ)言進(jìn)行混合應(yīng)用，取長(zhǎng)補(bǔ)短，以提高程序的運(yùn)行效率，豐富程序開(kāi)發(fā)的手段。 本論文針對(duì)旋轉(zhuǎn)拋物面天線系統(tǒng)仿真的研究主要做了以下的工作 : (1)介紹了天線系統(tǒng)仿真的相關(guān)內(nèi)容，包括天線系統(tǒng)仿真的一般步驟、MATLAB 相關(guān)概念。系統(tǒng)仿真技術(shù)在國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)界和科技界的迅速普及，也大大提高了科學(xué)研究的效率。并且可以方便 、頻繁地應(yīng)用先進(jìn)的軟件工具與 2 方法對(duì)基本原理、計(jì)算方法、先進(jìn)技術(shù)、復(fù)雜的系統(tǒng)進(jìn)行反復(fù)的實(shí)驗(yàn)研究 [16]。這樣尖銳對(duì)立的兩個(gè)方面的要求，只有通過(guò)使用強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)輔助分析設(shè)計(jì)技術(shù)和工具才能實(shí)現(xiàn)。 天線仿真問(wèn)題的提出 .......................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 旋轉(zhuǎn)拋物面天線是在通信、雷達(dá)和電文等系統(tǒng)中廣泛使用的一種天線，它是由兩部分組成的，其一是拋物線繞其焦軸旋轉(zhuǎn)而成的拋物反射面，反射面一般采用導(dǎo)電性能良好的金屬或在其它材料上敷以金屬層制成；其二 是置于拋物面焦點(diǎn)處的饋源（也稱照射器）。計(jì)算機(jī)仿真可以用于大部分電子工程、現(xiàn)代通信技術(shù)和通信系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究工作。 實(shí)際上， 對(duì)計(jì)算機(jī)仿真的本質(zhì)是對(duì)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行