Вычисление фазового центра гофрированного антенного рупора

Вычисление фазового центра гофрированного антенного рупора
Вычисление фазового центра является задачей очень трудоемкой в плане точности.
Местоположение фазового центра зависит от многих параметров, таких как направление
поляризации, направление угла сканирования и ширина апертуры. Устройством,
смоделированным в данном примере, является цилиндрический гофрированный рупор с
линейной вертикальной поляризацией.
Рисунок 1 – Направление возбуждения структуры и определение Н и Е плоскостей
Для получения точных результатов крайне важны правильные настройки.
Поляризация Е-поля совпадает с Е-плоскостью (вертикальная ориентация). На рисунке 2
представлена phi компонента Е-поля в трехмерном представлении. Можно заметить, что
данный компонент поля хорошо определен вдоль горизонтального направления, которое
представляет в данном случае собою Н-плоскость. Параметры настройки фазового центра,
в соответствии с которыми представлено данное изображение, приведены на этом же
рисунке слева. Альтернативно, если выбрана Е-плоскость, должен быть выбран
компонент thetа Е-поля. Заметьте, что фазовые центры Е и Н-полей отличаются друг от
друга.
Рисунок 2 – Настройка направления сканирования поля в Н-плоскости
При расчете постпроцессором CST MWS поля заданного устройства, график фазы
может быть построен как в трехмерном формате, так и вдоль определенного направления.
Затрачиваемая постпроцессором мощность объясняется тем, что при вычислении
учитывается тот факт, что начало координат поля может быть изменено. Эта особенность
используется для корректировки и/или установки начальных координат поля в
местоположение вычисленного центра фаз. В этом случае изменение фазы будет
отображено в двумерном представлении и для определенного угла апертуры. На рисунке 3
представлено, как центр поля установлен в три различные положения – в местоположение
фазового центра, а также +/- 5% от полной длины рупора (смещение вдоль оси z).
Рисунок 3 – Три различных местоположения начала координат поля
На рисунке 4 представлены трехмерные графики Е-поля для трех различных
местоположений начала координат поля, рассмотренных ранее. На среднем графике
изображено наименьшее изменение фазы вдоль горизонтального направления. Более
наглядное представление изменение фазы изображено на рисунке 5, на котором фаза
представлена вдоль Н-плоскости. Наклон фазы является индикатором того, что было
произведено установление центра фазы при моделировании и/или повторное
установление антенны в реальной установке измерения.
Рисунок 4 – Слева направо: фазовый центр, сдвинутый на +5%, в центре и на -5%
Рисунок 5 – Изменение фазы вдоль Н-плоскости
Позиция фазового центра меняется согласно рассматриваемому углу апертуры. Чем
меньше угол апертуры, тем меньше изменение местоположения фазового центра. Этот
факт отображен на рисунке 6. И снова отметьте, что оценка фазового центра в Е и Н
плоскости отличаются. Среднеквадратичное отклонение является еще одним критерием
точности определения фазового центра (рисунок 7).
Рисунок 6 – Зависимость фазового центра от угла апертуры
Рисунок 7 – Чем меньше угол апертуры, тем меньше среднеквадратичное отклонение
Сравнение теории и практики
На двух различных частотах (+/-2% относительно средней частоты) был произведен
расчет фазового центра. Поляризация – в Е-плоскости. Антенна вращается в Н-плоскости
(азимутальной). Depending on the phase-slope versus scan angle the antenna is slightly
repositioned along its propagation axis and measured again until a flat phase was found. На
рисунке 8 представлены фактические местоположения фазовых центров. А на рисунке 9
представлена эта же картина, но в увеличенном виде. Как видно, полученные при
моделировании значения достаточно хорошо согласуются с практическими данными.
Рисунок 8 – Фактическое расположение фазовых центров гофрированного рупора
Рисунок 9 – Отклонение теоретических значений от практических; отметьте, что местоположение
фазового центра, вычисленного для разных частот - различно