Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

การประยุกต์การตั้งปัญหาค่าเริ่มต้นสำหรับการสังเคราะห์สายอากาศจานสะท้อนเดี่ยวดัดรูป

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

Application of the initial value problem formulation for the single shaped reflector antenna synthesis

Year (A.D.)

2004

Document Type

Thesis

First Advisor

ฉัตรชัย ไวยาพัฒนกร

Faculty/College

Faculty of Engineering (คณะวิศวกรรมศาสตร์)

Degree Name

วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต

Degree Level

ปริญญาโท

Degree Discipline

วิศวกรรมไฟฟ้า

DOI

10.58837/CHULA.THE.2004.1376

Abstract

ความต้องการในการสังเคราะห์สายอากาศจานสะท้อนตัดรูปคือ ความยืดหยุ่นของกรรมวิธีที่ใช้ในการสังเคราะห์และสมรรถนะที่ดีของสายอากาศ งานวิจัยนี้นำเสนอการสังเคราะห์สายอากาศจานสะท้อนเดี่ยวดัดรูป เพื่อประยุกต์ในการใช้งานด้านต่างๆ ขั้นตอนจะเริ่มจากสังเคราะห์พื้นผิวและรูปร่างช่องเปิด เริ่มต้นด้วยกรรมวิธีทัศนศาสตร์เรขาคณิตที่ตั้งเป็นปัญหาค่าเริ่มต้น โดยใช้ระเบียบวิธีผลต่างจำกัด แล้วนำมาเข้าสู่กรรมวิธีหาค่าเหมาะสมที่สุดของสัมประสิทธิ์สมการประมาณพื้นผิว โดยใช้กรรมวิธีทัศนศาสตร์กายภาพ เพื่อให้ได้แบบรูปการแผ่พลังงานย่านสนามไกลที่ต้องการ ข้อดีของการใช้กรรมวิธีทัศนศาสตร์เรขาคณิตที่ตั้งเป็นปัญหาค่าเริ่มต้น ในการสังเคราะห์พื้นผิวเริ่มต้นได้แก่ ใช้เวลาในการสังเคราะห์น้อย ให้แบบรูปการแผ่พลังงานที่ใกล้เคียงกับแบบรูปการแผ่พลังงานที่ต้องการ ซึ่งช่วยให้จำนวนรอบของการรวนซ้ำลดลงได้ และให้รูปร่างช่องเปิดของจานสะท้อนที่เหมาะสมกับลักษณะของพื้นที่ครอบคลุม ประโยชน์ของการใช้ช่องเปิดจานสะท้อนที่มีความเหมาะสมคือ จะทำให้สายอากาศที่สังเคราะห์ได้มีน้ำหนักเบา และขนาดเล็กลง จึงประหยัดค่าใช้จ่ายในการผลิต รูปร่างช่องเปิดของจานสะท้อนสามารถประมาณได้ โดยใช้สมการไฮเพอร์ควอดริกแบบ 2 มิติ การวิเคราะห์สายอากาศจานสะท้อนเดี่ยวดัดรูป จะใช้กรรมวิธีทัศนศาสตร์กายภาพ คำนวณแบบรูปการแผ่พลังงานด้วยการหาปริพันธ์ของกระแสพื้นผิว ของจานสะท้อนและใช้ทฤษฎีการเลี้ยวเบนเชิงกายภาพ ในการรวมผลกระทบของสนามเลี้ยวเบนจากขอบจานสะท้อน ผลการสังเคราะห์พบว่าการสังเคราะห์เชิงการเลี้ยวเบน ช่วยปรับผิวจานสะท้อนที่สังเคราะห์จากทัศนศาสตร์เรขาคณิต ให้จัดลำคลื่นแบบวงรีได้ดีขึ้น กรณีที่แบบรูปการแผ่พลังงานเป็นรูปร่างอย่างง่ายพื้นผิวเริ่มต้น ที่สังเคราะห์จากทัศนศาสตร์เรขาคณิตจะช่วยลดจำนวนรอบการวนซ้ำได้ สำหรับแบบรูปการแผ่พลังงานรูปร่างซับซ้อนเช่นประเทศไทย จานสะท้อนที่สังเคราะห์ได้สามารถลดอัตราขยายในบริเวณที่ไม่ต้องการลงได้ เมื่อศึกษาผลของค่า ปัจจัยต่างๆ พบว่า มุมเล็งของสายอากาศป้อนกำลัง จะมีผลต่ออัตราขยายแนวโพลาไรเซชันไขว้ การเพิ่มขนาดของสายอากาศและจำนวนพจน์ฮาร์มอนิกฟูริเยร์ในสมการพื้นผิว ช่วยให้สามารถจัดรูปลำคลื่นที่มีรูปร่างซับซ้อนได้ดีขึ้น วิทยานิพนธ์ฉบับนี้ได้สร้างสายอากาศต้นแบบ เพื่อยืนยันผลการวิเคราะห์และพบว่าผลการวัดกับผลการคำนวณมีความสอดคล้องกัน

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

The requirement of the shaped reflector antenna synthesis are the flexiblity of the synthesis method and the high performance synthesised antenna. This research presents a single shaped reflector antenna synthesis method suitable for many applications. This method uses initial value problem geometrical optics (IVP-GO) synthesis to determine the initial surface and aperture shape through numerical solution by finite difference method (FDM). Finally physical Optics (PO) optimization is employed in order to obtain the closest to the desired radiation pattern. The advantage of this IVP-GO synthesis are fast computation and yield initial far field pattern close to the specificied gain and suitable aperture shape for the desired coverage. This proper aperture shape reduces the antenna's weight and size and accordingly fabrication cost. The reflector aperture boundary is modeled by 2D hyperquadric equation. In analysis of the shaped reflector, the PO current integration is employed together with PTD for accurate diffraction effects accounting. It is found that diffraction synthesis is useful for adjusting surface obtained from GO synthesis for producing better elliptic shaped beam. In the simple coverage case, the initial surface from IVP-GO can reduce the number of iteration in the optimization procedure. For complex coverage such as Thailand, a shaped reflector can suppress gain level in nearby regions. A study of certain antenna parameters finds that the feed pointing angle affects cross polarization level. Increasing the size of the antenna and the number of fourier series terms can enhance the ability to control beam shape for the complex coverage. A prototype shaped reflector antenna has been constructed for verifying the analysis method and it is found that the measured radiation pattern agrees well with the calculated pattern.

Link to Full Text

Share

COinS