1.課題概述
????????衛(wèi)星搭載用于通訊的螺旋型天線，衛(wèi)星尺寸： 10cm*10cm*30cm；天線類型：螺旋；天線UHF（約1GHz – 3GHz）。
2.系統(tǒng)仿真結(jié)果
3.核心程序與模型
版本：MATLAB2022a
S2???= [0.015:0.005:0.1];
SD???= [0.015:0.005:0.1,0.1*ones(1,10),0.1:-0.005:0.015];
times = length(SD);
for kk = 1:times
???kk???
???h???? = 0.005;???
???D???? = 0.2;
???N???? = 10;??? %螺旋數(shù)量??
???S???? = SD(kk); %課題中S??
???C???? = pi*D;
???Alpha = atan(S/(C));
???L???? = N*S;?????
???idx?? = 1;
???Haxyz=[];
???for n=1:Steps*N
??????? angle??????? = 2*pi*(n-1)/Steps;
???????x??????????? = D/2*cos(angle);
???????y??????????? = D/2*sin(angle);
???????zM?????????? =n*L/(Steps*N)-L/2+h/2;
???????X(idx:idx+1) = [x,x]';
???????Y(idx:idx+1) = [y,y]';
???????Z(idx:idx+1) = [zM,zM-h]';
???????if n >= 2
??????????Haxyz=[Haxyz,[idx-2,idx-1,idx+1]',[idx-2,idx,idx+1]'];
???????end
???????idx=idx+2;
???end
???%Nodes
???%Z = Z-min(Z);
??? Z= Z+N*S2(end)-N*S2(1)-max(Z);
???for jk=1:idx-1;
??????Hap(1:3,jk) = [X(jk); Y(jk); Z(jk)];
???end
???Haxyz(4,:)=1;
???figure(1);
???HelixAntenna3D(Hap,Haxyz,h);
???axis equal
???axis([-D,D,-D,D,-2*N*S2(1),N*S2(end)]);
???title('FEM of Helix Antenna');
???pause(0.0001);
end
02_062m
4.系統(tǒng)原理簡(jiǎn)介
???????螺旋天線是一種常見的圓極化天線，適用于衛(wèi)星通信系統(tǒng)，因其具有軸比低、帶寬較寬和結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)而備受青睞。典型的螺旋天線由一個(gè)或多圈等間距的金屬螺旋線構(gòu)成，其輻射特性主要取決于螺旋線的幾何參數(shù)，如螺距、直徑、線寬以及螺旋圈數(shù)等。
??????單臂螺旋天線的設(shè)計(jì)可基于Balanis提出的經(jīng)典模型，輻射場(chǎng)分布可用以下表達(dá)式描述：
??????有限元法（Finite Element Method, FEM）常被用來對(duì)螺旋天線的電磁性能進(jìn)行精確分析。該方法將天線的幾何形狀離散化為一系列小的有限元素，通過對(duì)每個(gè)元素內(nèi)部的場(chǎng)分布進(jìn)行局部求解，再借助邊界條件和連續(xù)性條件拼接全局場(chǎng)解。
?????考慮電磁場(chǎng)的麥克斯韋方程組，通過弱形式將其轉(zhuǎn)化為有限元方程組：
???????C通過選取合適的基函數(shù)和插值多項(xiàng)式，將場(chǎng)變量離散化后，可以形成一個(gè)線性代數(shù)方程組，通過求解這個(gè)方程組可以得到螺旋天線在工作頻段內(nèi)的S參數(shù)、增益、軸比等關(guān)鍵性能指標(biāo)。
?????天線的增益計(jì)算公式為:
螺旋天線的半功率波束寬度
輸入阻抗為:
