利用HFSSIE快速设计大口径卡塞格伦天线

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1、ANSYS2010中国用户大会一ANl．7j一：j鬯旦-c业L!旦型9尘坠蔓二———一利用HFSS．IE快速设计大口径卡塞格伦天线刘元云(上海无线电设备研究所上海200438)摘要：本文综述了HFSS—IE软件的技术特点，并采用该软件快速设计了一个2m口径的单脉冲卡塞格伦天线。事实证明，HFSS-IE采用矩量法技术，适合计算开域问题。关键词：HFSS—IE卡塞格伦天线单脉冲DesignLargeCassegrainantennaWithHFSS-·IELiuyuanyun(ShanghaiRadioEqui

2、pmentResearchInstitue，shanghai，200438)Abstract：ThispaperdescribeHFSS-IE’Sfeatures，anduseit，designalargemonopulseCassegrainantennaquikly．ItproveHFSS—IEisanoptional，add—onsolverthatusesthemethodofmoments(MoM)techniquetosolveforthesourcesorcurrentsonthesurfac

3、esofconductinganddielectricobjectsinopenregions．Keywords：HFSS-IEMonopluseCassegrainantenna1引言卡塞格伦天线通常由主反射面、副反射面和馈源三者组成，是广泛应用于卫星通信、微波中继通信、雷达和射电天文设备中的一种双反射面天线。图l卡塞格伦天线组成示意图主反射面是一个旋转抛物面，副反射面是一个旋转双曲面，通常用三或多根支撑杆把它固定在抛物面上，馈源则可以采用多种多样的天线形式，例如喇叭、波导辐射器、振子等。整个天线系统相对

4、位置的剖面示意图见图l。图中双曲面有两个焦点，凹面对应的焦点Ol于抛物面的焦点重合，一184一”毪黝优秀用户论文凸面对应点的焦点一般于馈源的相位中心重合。现今在一般的卡塞格伦天线设计中，大都采用几何光学法，市场上比较成熟的商业软件有FEKO、GRASP等。但是几何光学属于高频算法，计算精度不如FEM、MOM、FDTD，尤其是在高性能单脉冲天线设计中，对天线副瓣、增益、差波束性能进行精确的预测是相当必要的。HFSS．rE是AnsysHFSS12．1版本中可选基于矩量法的求解器，用于求解在开放区域中传导电介质目

5、标的表面电流等特性，计算大尺寸结构的效率很高。HFSS．IE拥有与HFSS一样的工业标准界面，能够与HFSS之间共享几何模型、材料特性，具有同样精确的求解技术。如同HFSS，自适应网格剖分技术用于产生最佳的网格，给予用户精确的计算结果。求解器采用ACA(Adaptivecrossapproximation)方法与迭代矩阵求解器相互协同减少对复杂模型的内存需求，使得HFSS．IE适合于巨大模型的计算问题。本文主要用HFSS与HFSS—IE协同设计一个2m的卡塞格伦天线。馈源在HFSS中建立，在HFSS—IE中

6、通过数据链接的方式将HFSS中设计的馈源作为近场激励源，进行大口径天线的数值仿真。2单脉冲卡塞格伦天线设计2．1抛物面基本参数计算本次设计中天线主反射面口径为2000mm，工作在X波段，焦距为800mm，焦距直径比0么=o．4，放大率M为6，次反射面B=300ram。首先根据卡塞格伦天线七大参数的几何关系计算。图2卡塞格伦天线几何参数图中：∥m为主反射面直径；，m为主反射面焦距；，m为抛物面的半张角；“s此反射面直径；∥s为双曲面顶点于临近焦点的距离，也就是“焦距”；u2m为馈源对副面的半张角；2c是实虚焦

7、点之间的距离。01．,=2arctanc瓦南，加，一留譬M=—————鱼L增等式(2)州8惯”瓷掣；第程185I_!!翌：盟婴i翌!户‘92。：丝些垫!垒12SinOt。Sin02。式(3e2zd(g+1)式(4)根据式(1)、(2)、(3)，(4)分S6计算出：日。=“。02。=1190．E=1122ram：2c=7853mm。根据咀上设计参数可以在HFSS．【E中建立抛物面以及职曲面的模型。2．2单脉冲天线原理及馈源设计单脉冲天线是一种用于精密跟踪制导的天线，而争脉冲体制只需要一个回波脉冲就能获得目标的

8、距离和角坐标信息．其跟踪精度吼及抗干扰能力相当优秀。单脉冲体制天线的馈源要求能够辐射“和”、“差”方向图，其原理图见囤3。国3孽脉冲体制天线原理图本天线中采用小u径的缝隙天线作为镄源，实现良好的照射方向幽，幽4为馈源的方向圈■“；l薹，●．kI≮潜●戛薹-iia和b方位差c俯仰差图4馈源的和差照射方向圈—一186⋯”≈；端；扣一／，。重量蓦喜二忿优秀用户论文23整体设计整体嚣鬓，雪糕罂慧釜聱编露篙篇翟裟，器絮茹毯