星载覆球波束阵列天线

笑着哭i 提交于 2020-01-28 07:17:12

简介

上一篇博客我建立了一个螺旋线的的阵列,这次我在螺旋线阵列的基础上进行波束赋形,得到一个覆球波束。星载卫星导航阵列天线采用的是覆球波束,这是因为地球表面是球面,用于弥补卫星到地球表面各点的衰减。

星载覆球波束

星载卫星导航阵列天线采用覆球波束,这是由于地球表面是个球面,从卫星到地球表面各点的距离和衰减都不尽相同,为了弥补卫星到地球表面各点的衰减,星载阵列天线采用特殊的波束赋形,即覆球波束。波束沿卫星和地心的连线旋转对称,波束的正前方凹陷,这样可以和地球表面相吻合,波束的最大值位于卫星与地球相切的方向上。

覆球波束方向图求解

在这里插入图片描述
如上图所示,O点为地球球心,A点为卫星,B点为地球表面能看见卫星A的其中任意一点。其中H为卫星距离地球表面的高度,R为地球的半径,θ为∠BAO,OC与AB的延长线相垂直。则有,B点到卫星的距离r=AB=AC-BC,其中AC=AOsin(θ),
BC= (BO2-CO2)0.5,BO=R,CO = AO
cos(θ)。综上,r=AOsin(θ)- {(BO2-AOcos(θ)2 )}0.5。此外,自由空间的损耗公式为:Lbf=32.5+20lgF+20lgD,F为频率(MHz),D为距离(km),Lbf为自由空间损耗(dB)。

python绘制覆球波束方向图

在这里插入图片描述
代码如下:

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt


#地球半径
r1=6300
#卫星高度
h1 =20000
theta_max= np.arcsin(r1/(r1+h1))/np.pi*180
x=[]
y=[]
for i in range(-90,90):
    x.append(i)
    if(i>theta_max*(-1)and i<theta_max):
        thetai = i/180*np.pi
        r2=(r1+h1)*np.sin(thetai)
        r3=(r1**2-r2**2)**0.5
        h0=(r1+h1)*np.cos(thetai)-r3
        #空间损耗
        los=20*np.log10(h0)
        y.append(los)
    else:
        y.append(60)
max_y=max(y)
y = y-max_y
plt.plot(x, y, 'r-')
plt.show()

通过遗传算法进行方向图综合

方向图的综合方法可以查看我前面的博客,有详细的介绍。这次进行覆球波束的综合同上,可以对目标函数进行适当修改,同时综合多个方位面的方向图函数。
综合得到的方向图如下:
E面的综合方向图
在这里插入图片描述
H面的综合方向图
在这里插入图片描述

对螺旋线阵进行赋形

圆极化螺旋线阵

在这里插入图片描述

圆极化螺线阵列赋形方向图

在这里插入图片描述

覆球波束局部图

在这里插入图片描述

总结

综上,通过螺旋线阵列进行赋形可以得到覆球波束,但是由于螺旋线阵列并不是轴对称的阵列,得到的方向图并不完全轴对称,如果想得到比较对称的方向图,可以采用圆环阵列来实现。同时由于阵列规模较小,方向图截至的速度并不快。我将在后面的博客介绍圆环阵,并通过圆环阵实现比较对称的覆球波束。

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