论文研究-一款基于综合算法的准光系统仿真软件 .pdf

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一款基于综合算法的准光系统仿真软件,魏钦刚,麦原,衍射高斯波束分析法(Diffracted Gaussian beam analysis-DGBA)是一种非常快速的针对准光系统的分析方法,周期矩量法(Periodic Method of Moment-PMM��
印国科花论文在线 http:/www.paper.edu.cn 32镜面设计方法 准光系统中常用的反射镜面有椭圆面、双曲面、拋物面以及滤波器等二次曲面。 SiMatrix 中所对各种镜面的设计是根据毫米波准光系统模型规则实现的,以椭圆反射面为例,对模型 的设讣进行说明。 SiMarⅸ中的椭球面反射镜设计方式为:在一标准椭球面上,使一个圆柱面横穿椭球的 个焦点,圆柱面中轴同椭球中轴线在同平面内。圆柱面所截取的椭球面部分即为所选取 的椭球面反射镜。标准椭球面是以平面內一标准椭圆绕x轴旋转一周而形成的。示意图如图 5所示 E b 图5椭球面反射镜设计示意图 Fig5. Modeling of Ellipsoidal reflector in SiMatrix 图5中,椭圆衣示椭球面的横向切平面,与椭球相交的圆柱面以·了坐标系衣示: z为子丛标系的方向,D为该圆柱面的直径。椭球面与圆柱面相交的部分为所选择的反射镜 面,M为圆柱切面中轴线与椭球面的交点,表示所选择反射镜面的光路中心点。RⅠ为椭圆 焦点到光路中心点的距离,入射光线通过该焦点。RE为光路中心到椭圆另一焦点的距离 根据椭圆的几何性质,反射光线将通过此焦点。为R与RE的夹角。 SiMataiⅸ中设计椭球面反射镜所用参数并非直接为椭圆的长轴和短轴,而是定义R/、 RE、φ值来确定椭圆的长轴、短轴以及所截取镜面的中心,再以D值来确定反射镜面范围, 这样就桷定了一个反射镜面,这种设计方法符合并准确表达了准光系统原埋。由图可以看出, 同一组RⅠ、RE、ρ在椭圆屮会确定上、下两个反射镜面。所以,在设计时要指定所需要的 是哪部分镜面。 4.仿真和测量 本文选择双通道准光系统作为验证,系统实物图和 SiMarⅸx建模示意图如图6所示。 其透射通道为54GH,反射通道为89GHz。用户能够分析多通道多反射镜,带滤波器的准 光系统, SiMarⅸx提供近场的三维分析结果,对远场提供二维的分析。这里本文列举54GH 通道结果,如图7所示。 印国科花论文在线 http:/www.paper.edu.cn 图6准光系统结构示意图和实物图 Fig6. Model of dual-path quasi-optical systems in SiMatrix 图7 SiMatrix54GHz仿真结果:(a共板化幅度(b)共极化相位()交叉计划幅度(d)交叉板化相位 Fig7. Results form in SiMatrix (a)co-polarization amplitude(b)co-polarization phase(c)cross-polarization amplitude(d) cross-polarization phase E体smue H-p ane simulated H-piane simuated Ewane amused Eplane measued H-plane measure Ham器e E-Planeme器Ue 图854GHz通道近场比较 图954GHz通道远场比较 Fig8. Near field distribution of 54GHz Fig. Far field of 54GHz 5.结论 对上述系统的仿真时间为30秒,速度非常快。图89是该系统54GHz通道的测试与仿 真结果比较,可以看出,在近场时,由于滤波器的影响,其方向图有些歪曲,远场对于此影 响在主瓣上影响不大,结果符合度很好,在副瓣上影响较大。但由于对于准光系统,基本关 注点都在±20°之间,所以 SiMatrix是一款高效的准光系统设计和仿真软件 印国科花论文在线 http:/www.paper.edu.cn 参考文献 [1 R. J. Martin, D. H. Martin, Quasi-optical antennas for radiometric remote-sensing J1, Electronics Communication Enginccring Journal, Fcbruary 1996, pp 37-48 [2]C. Rieckmann, M.R. Rayner, C. G. Parini, Diffracted Gaussian beam analysis of quasi-optical multi-reflector systemsLAJ, IEE-ELECTRONICS LETTERS., vol 36, No 19, pp 1600-1601, 2000 [3] C. Rieckmann, M. R. Rayner, C. G. Parini, D. H. Martin and R.S. Donnan, Novel modular approach based onaussian beam diffraction for analyzing quasi-optical multi- reflector antennas[A], IEE Proc. -Microw. Antennas Propag., 149, No. 3, June 200 [4] INGRID DAUBECHIES, The Wavelet Transform, Time-Frequency Localization and Signal AnalySIS[AT IEEE Transaction on Information Theory, voL36, No5, Sep. 1990 [5] Ben A Munk, Frequency Selective Surfaces- Theory and Design, A Wiley-Interscience Publication[M]. JOHN WiLeY SONS INc. 2000 A Kind Of Quasi-optical System Simulation Software Wei Qingang, Mai Yuan, Yu Junsheng Department of Electrical Engineering, Beijing University of Posts and Telecommunications Beijing(100876) Abstract Diffracted Gaussian beam analysis (dgBa)is a fast method for Quasi-optical systems analysis, and Periodic Method of Moment(PMM) is an efficient method for analyzing Frequency Selective Surfaces (FSS). This paper introduces a 3D design software for Quasi-optical systems namely SiMatrix based on the integration of the dGBa and PMM. The SiMatrix offers the functionalities of visualized 3D modeling, systematic simulation and built-in post-processing. Those functionalities greatly facilitate the design and analysis of a Quasi-optical system Keywords: Quasi-optical System; Simulation Software; DGBA; PMM 作者简介 魏钦刚,男,1983年生,硕上研究生,主要究方向是亳米波、准光系统、电计算方法 和相关软件开发设计。

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