CN117009714B - 一种获取抛物面天线半功率角常数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种获取抛物面天线半功率角常数的方法，包括步骤：S1、计算抛物面天线的轴向最大增益；S2、利用贝塞尔一阶函数对抛物面天线最大增益建模，建立贝塞尔方向图函数；S3、通过国际工程经验公式获取半功率角：S4、根据贝塞尔方向图函数获取贝塞尔方向图半功率角；S5，比较和的差值，根据值，获取贝塞尔半功率角常数。本发明利用贝塞尔一阶函数对抛物面天线最大增益建模，建立贝塞尔方向图函数，得到了一个更精准的抛物面天线半功率角常数，可以明显改善现有常数计算所产生的误差，提高计算的准确性，可以更为快速准确获取的半功率角。

Description

一种获取抛物面天线半功率角常数的方法

技术领域

本发明涉及卫星通信天线技术领域，尤其涉及一种获取抛物面天线半功率角常数的方法。

背景技术

抛物面天线（Parabolic antenna）是一种常见的天线类型，其形状为抛物面曲线。它由一个抛物面反射器和位于焦点处的馈源（通常是一个点源或馈源系统）组成。抛物面天线的设计基于抛物面的几何性质，使得来自无线信号的电磁波在抛物面上反射并汇聚到焦点处。这种设计可以实现指向性较强的辐射和接收特性，使抛物面天线在无线通信和卫星通信等领域中得到广泛应用。

半功率角是表征抛物面天线辐射能量在空间分布的主要参数，反映了抛物面天线在增益最大辐射方向的性能。目前，理论上进行抛物面天线的半功率角计算时，使用了一个决定性的半功率角常数，国际公认的常数为70，理论上没有一个合适的因子，多是从工程实测总结得出，多在在60－80之间取值，取值依据多样，获取的半功率角多存在差异。

经检索，未发现现有技术中有对更精确获取抛物面天线的半功率角常数的方法的公开。

为了获取更为准确合理的半功率角，更好反映了抛物面天线在增益最大辐射方向的性能，现实中需要一种能够获取抛物面天线的半功率角常数方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种获取抛物面天线半功率角常数的方法，获取的半功率角常数，比现在公认半功率角常数准确度更高。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种获取抛物面天线半功率角常数的方法，包括以下步骤：

S1、计算抛物面天线的轴向最大增益；

S2、利用贝塞尔一阶函数对抛物面天线最大增益建模，建立贝塞尔方向图函 数；

S3、通过国际工程经验公式获取半功率角：

（1）

其中取国际公认常数70，为根据国际工程经验公式获取的半功率角；

S4、根据贝塞尔方向图函数获取贝塞尔方向图半功率角；

S5，比较和的差值，根据值，获取贝塞尔半功率角常数。

进一步地：所述S1中抛物面天线的轴向最大增益为：

（2）

其中，为天线效率因子；为圆周率；为工作波长，单位为米；为抛物面天线 口面直径，单位为米；

进一步地：所述S2中，贝塞尔方向图函数为：

（3）

其中为偏轴角，变量为，代表变量为贝塞尔一阶函数；

进一步地：所述天线效率因子的取值范围为50%～70%。

进一步地：所述贝塞尔方向图半功率角，通过二分法迭代拟合获取；

所述二分法迭代拟合获取的过程为：

S41、在0~90°范围内，从0°开始，以一定角度作为步长，步进偏轴角，用公式（3）步进计算天线增益；

S42、在得到的天线增益值中，找到半功率增益相邻的2个天线增益值，半功率增益位于次二值中间；

S43、以找到的2个天线增益值为范围，缩小角度步长，用公式（3）继续步进计算天线增益；

S44、重复步骤S42～S43，直到找到的2个天线增益值与半功率增益的最小差值在 1e-4内时，偏轴角*2即为。

本发明的有益效果：

1、本发明从贝塞尔一阶函数分析法入手，利用贝塞尔一阶函数对抛物面天线最大 增益建模，建立贝塞尔方向图函数，获取的贝塞尔方向图与抛物面天线实际的方向增 益更为贴合，得到了一个更精准的抛物面天线半功率角常数，可以明显改善现有常 数计算所产生的误差，提高计算的准确性，可以更为快速准确获取的半功率角，所计算的半 功率角比公认常数70计算的半功率角，精准度可以提高15.8%，利用改进的半功率角常数，获取的半功率角可以更好的反映了抛物面天线在增益最大辐射方向的性能。

2、本发明获取的过程，通过贝塞尔方向图函数使用二分法迭代拟合获取，获 取的精确度高，依据能够更为准确的获取贝塞尔半功率角计算常数。

附图说明

图1为本发明工作频率为1GHz抛物面天线的方向图；

图2为本发明工作频率为15GHz抛物面天线的方向图；

图3为本发明工作频率30GHz抛物面天线的方向图；

图4为本发明不同常数随频率计算半功率角结果示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中表示，其中自始至终相同或类似的符号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解对本发明的限制。

本发明公开一种抛物面天线方向图半功率角优化计算方法，基于贝塞尔一阶函数 对天线增益建模，推算出相应的天线方向图，与公认天线半功率角进行计算结果比 对，能够精确地通过天线的工作参数确定天线的方向图，拟合归纳出了贝塞尔半功率角常 数。

如图1-图4所示，本发明公开一种获取抛物面天线半功率角常数的方法，包括以下步骤：

S1、计算抛物面天线的轴向最大增益，最大增益为：

（2）

其中，为天线效率因子；为圆周率；为工作波长，单位为米；为抛物面天线 口面直径，单位为米；

其中天线效率因子的取值范围为50%～70%。

S2、利用贝塞尔一阶函数对抛物面天线最大增益建模，建立贝塞尔方向图函 数：贝塞尔方向图函数为：

（3）

其中为偏轴角，变量为：

代表变量为贝塞尔一阶函数；

S3、通过国际工程经验公式获取半功率角：

（1）

其中取国际公认常数70，为工作波长，单位为米；为抛物面天线口面直径， 单位为米；为根据国际工程经验公式获取的半功率角；

S4、根据贝塞尔方向图函数获取贝塞尔方向图半功率角；

贝塞尔方向图半功率角，通过贝塞尔方向图函数使用二分法迭代拟合获取， 二分法迭代拟合获取的过程为：

S41、在0~90°范围内，从0°开始，以一定角度作为步长，步进偏轴角，用公式（3）步进计算天线增益；

S42、在得到的天线增益值中，找到半功率增益相邻的2个天线增益值，半功率增益位于次二值中间；

S43、以找到的2个天线增益值为范围，缩小角度步长，用公式（3）继续步进计算天线增益；

S44、重复步骤S42～S43，直到找到的2个天线增益值与半功率增益的最小差值在 1e-4内时，偏轴角*2即为。

S5，比较和的差值，根据值，获取贝塞尔半功率角常数。

依本发明提供的抛物线天线半功率角计算方法，所计算的半功率角比现在 公认常数计算的半功率角，精准度可以提高15.8%。

实施例一：

如图1所示，抛物线天线工作频率为1GHz，天线口面直径为1米。

表1 工作频率为1GHz的功率增益值

如表1所示，序号1为按获取的半功率角，代入贝塞尔天线 方向图获取功率增益13.9301dB，序号2为按获取的半功率角，代 入贝塞尔天线方向图获取功率增益为15.2994dB。

表2 工作频率为1GHz的半功率角计算结果对比

如表2所示，序号1是以真实的抛物面天线最大增益，减去按获取的半功率 角的功率增益13.9301dB，获得的增益差值为4.3233dB；增益差值4.3233dB与3dB的偏差百 分比为44.11%；

序号2是以真实的抛物面天最大增益，减去按获取的半功率角的功率增 益13.9301dB，增益差值为2.9540dB，增益差值2.9540dB与3dB的偏差百分比为-1.53%；

从表2可以看出在抛物面天线工作频率为1GHz时，偏差百分比数值明显 优于偏差百分比数值。

实施例二：如图2所示，抛物线天线工作频率为15GHz，天线口面直径为1米。

表3 工作频率为15GHz的功率增益值

如表3所示，序号1为按获取的半功率角，代入贝塞尔天 线方向图获取功率增益37.34720dB，序号2为按获取的半功率角，代入贝塞尔天线方向图获取功率增益为38.70161dB。

表4工作频率为15GHz的半功率角计算结果对比

如表4所示，序号1是以真实的抛物面天线最大增益，减去按获取的半功率 角的功率增益37.34720dB，获得的增益差值为4.03376dB；增益差值4.03376dB与3dB的偏差 百分比为34.46%；

序号2是以真实的抛物面天最大增益，减去按获取的半功率角的功率增 益38.70161dB，增益差值为2.92646dB，增益差值2.92646dB与3dB的偏差百分比为0.13%；

从表4可以看出在抛物面天线工作频率为15GHz时，偏差百分比数值明 显优于偏差百分比数值。

实施例三：如图3所示，抛物线天线工作频率为30GHz，天线口面直径为1米。

表5 工作频率为30GHz的功率增益值

如表5所示，序号1为按获取的半功率角，代入贝塞尔天线方 向图获取功率增益44.60802dB，序号2为按获取的半功率角， 代入贝塞尔天线方向图获取功率增益为44.73349dB；

表6 工作频率为30GHz的半功率角计算结果对比

如表6所示，序号1是以真实的抛物面天线最大增益，减去按获取的半功率 角的功率增益44.60802dB，获得的增益差值为4.3428dB；增益差值4.3428dB与3dB的偏差百 分比为44.76%；

序号2是以真实的抛物面天最大增益，减去按获取的半功率角的功率增 益44.73349dB，增益差值为3.0043dB，增益差值3.0043dB与3dB的偏差百分比为0.14%；

从表6可以看出在抛物面天线工作频率为30GHz时，偏差百分比数值明 显优于偏差百分比数值。

从图4中两种不同常数随频率计算半功率角变化可以看出，基于贝塞尔一阶函数 的半功率角常数，可以与计算结果有更好的对应关系，相对于传统的经验常数更能体现天线的半功率参数，采用的常数更接近贝塞尔一阶函数的计 算结果，而采用的常数则增加了半功率角估算宽度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、 “固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或 “下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征 “之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

Claims (2)

1.一种获取抛物面天线半功率角常数的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、计算抛物面天线的轴向最大增益；

S2、利用贝塞尔一阶函数对抛物面天线最大增益建模，建立贝塞尔方向图函数；

S3、通过国际工程经验公式获取半功率角：

（1）

其中取国际公认常数70，/>为根据国际工程经验公式获取的半功率角；

S4、根据贝塞尔方向图函数获取贝塞尔方向图半功率角；

S5，比较和/>的差值，根据/>值，获取贝塞尔半功率角常数/>；

所述S1中抛物面天线的轴向最大增益为：

（2）

其中，为天线效率因子；/>为圆周率；/>为工作波长，单位为米；/>为抛物面天线口面直径，单位为米；

所述S2中，贝塞尔方向图函数为：

（3）

其中为偏轴角，变量/>为/>，/>代表变量为/>贝塞尔一阶函数；

所述贝塞尔方向图半功率角，通过二分法迭代拟合获取；

所述二分法迭代拟合获取的过程为：

S41、在0~90°范围内，从0°开始，以一定角度作为步长，步进偏轴角，用公式（3）步进计算天线增益；

S42、在得到的天线增益值中，找到半功率增益相邻的2个天线增益值，半功率增益位于次二值中间；

S43、以找到的2个天线增益值为范围，缩小角度步长，用公式（3）继续步进计算天线增益；

S44、重复步骤S42～S43，直到找到的2个天线增益值与半功率增益的最小差值在1e-4内时，偏轴角*2即为。

2.根据权利要求1所述的一种获取抛物面天线半功率角常数的方法，其特征在于：所述天线效率因子的取值范围为50%～70%。