Досталась задача облучения большого Кассегрена с учетом допусков (технологий-точностей) для облучателя. Диаграммы и усиление несложно просчитываются по Orfanidis и Milligan. Доступные симуляторы: ICARA и GRASPse (свободный доступ, борцы за собственность отдыхают). Обе программки с усеченными возможностями: испанская – ограничение сверху на усиление (не более 65 дБ) и отсутствие вывода на печать, датская – только один вид облучателя (гофр – гаусс на выходе), подрезано быстродействие (один проц) и считает Физоптикой.
Нужен совет, где рыть: попытаться снять ограничения по усилению в ICARA, смириться с заторможенным вариантом GRASP или искать еще ПО?

Датчане включили еще и метод моментов, так что точность должна прилично улучшиться. Граспом считают рефлекторы для большинства серьезных проектов, ему можно, я думаю, доверять больше всего.
Так что наверное смириться с "заторможенным" вариантом GRASP или если уж очень-очень надо: найти не стьюдент едишн в Инете (или на фтп ).

Или обратиться в компанию Оркада

За ссылочку на Оркада - Merci bien. Клиенты там солидные, очередь, наверное, на год вперед.
Здесь речь о Start-up. В вольном переводе: большие надежды+голая ж..Какие Оркады в нашей местности?
Возможности GRASP и ICARA различны, не спорю, но нужно ли пользоваться лазерным дальномером, когда достаточно рулетки. В начале проектирования, IMHO, достаточно прикидок ФО-ФТД.
Дальше для контроля геометрии-усиления и отлова явных ляпов в своих программах конечно же нужны симуляторы. С ними уже отрабатываются следующие этапы – моделирование облучателей, перебор распределений, вывод ко- и кросс-ДН. Если ошибаюсь - пожалуйста, поправьте.
Вопрос был конкретный: как через Матлаб снять ограничения по усилению в ICARA?
Вопрос по смайлику: где? На Балке, на радиорынке-Гертруды, 7..?

Если нужен будет какой-либо легальный продукт TICRA, мы (Евроинтех) можем поставить.

Спасибо за Тигру, мы тоже многое поставляем-используем. Повторюсь:«..речь о Start-up. В вольном переводе: большие надежды+голая ж…». На Тигров нужно еще заработать.

В продолжение темы об открытом антенном ПО.
Случайно попалась ссылочка на доклад: Myint Myint Soe, Zaw Min Aung, Zaw Min Naing. Performance Analysis and Design Consideration of Cassegrain for Satellite Communication. Proceed. of the Intern. MultiConference of Engineers and Computer Scientists 2009 Vol I IMECS 2009, March 18 - 20, 2009, Hong Kong.
Здесь авторы, не претендуя на вершины антенного дизайна, вполне корректно обошлись возможностями free software by the Antenna Group at the University of Virgo ICARA 1.2. В ссылках, правда, указали неведомый ресурс http://www.go.to/antennas. Не пользовался - не знаю.
Просмотрел небесспорные результаты доклада и решил поделиться результатами своего опыта работы с этой программой. Чтобы не утомлять непричастных, постараюсь это сделать серией последовательных постов покороче. Если что-то будет делаться не так – поправьте.

Сразу замечу: это не реклама ICARA, а подтверждение тезиса о пользе всякой конкуренции, в особенности с GRASP. Есть ситуации, когда в отсутствие серьезных антенных пакетов нужно проверить собственные расчеты, не влезая в талмуды. ICARA как раз подходит для этих целей.
Программа выложена в открытом доступе: http://www.com.uvigo.es/ant/documentos/ICARA-V1_2_Setup.msi 20,7 мБ.
Мануалы здесь: http://www.com.uvigo.es/ant/documentos/ICA..._UserManual.pdf. 6 мБ. Авторы честно предупреждают вначале, что версия выложена с целями, похожими на Бета-тестирование. На диске занимает около 64,5 мБ.
Функционально представляет собой калькулятор для расчетов симметричных и не очень зеркальных антенн. Считает вполне корректно ФизОптикой и ФизТеорией Дифракции усиление, диаграммы и распределения в ближней зоне для облучателей с любыми произвольными диаграммами.
Предусмотрены сохранение проекта, импорт данных и экспорт результатов расчетов.

Устанавливаем-запускаем.
Первое сообщение от авторов о том, что это тестовая версия:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Соглашаемся. Далее меню дня: выбираем новый проект
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Следующее меню основное. К нему программа будет возвращаться в процессе расчетов
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Выбирается метод расчета (PO или PO+PTD), ставим отметку возле New Surfaсe.
В окне Select Geometry выбираем, например, Parabolic Cassegrein и оказываемся в меню Single or Dual Reflector Design с основными геометрическими соотношениями.

За некоторыми исключениями во всех меню ICARA красным цветом обозначены изменяемые параметры, голубым – результаты расчета.
Меню Single or Dual Reflector Design.
Устанавливаем фокусное расстояние, размеры апертуры зеркала в Offset plane (плоскость XOZ) и Transversal plane (плоскость YOZ).
В окошке Subtented angles автоматически отобразятся углы, стягиваемые краями основного зеркала.
В окнах Discretization выбираем, не стесняясь, цифры побольше: число колец-разбиений главного зеркала и число областей интегрирования - патчей. Время счета увеличится, но тоньше пропишутся боковые лепестки.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
В правом разделе Hiperbolic or elliptic subreflector вводим начальную информацию о вторичном зеркале, если оно есть: эксцентриситет и межфокальное расстояние.
Ниже размеры контррефлектора в 2-х плоскостях и параметры дискретизации его поверхности. В окне Raypath length программа укажет оптическую длину пути в метрах по периферийному лучу от ф.ц. облучателя до апертурной плоскости, проходящей через фокус главного зеркала.
Для расчета зеркал с внеосевым облучением в окне Focal line tilt записываем угол излома фокальной оси. Движок справа от окна позволяет с шагом в 1 град изменять этот угол.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
В окне Offset angle в левой части этого же меню программа сама укажет угол выноса облучателя (угол между направлением ф. ц. облучателя – ц. вторичного зеркала и направлением из ц. контррефлектора в ц. главного зеркала).
Любуемся изображением в центральном окне Offset plane antenna profile, исправляем ляпы.
Эскиз поперечного сечения можно изменить, перейдя из Axis automatic в Axis manual и меняя величины максимальных значений по осям ОХ и OZ. Можно также воспользоваться опциями Hot point, фиксируя ЛевКнМыши и перемещая выделенные кружками на эскизе эти самые горячие точки. При этом программа сама рассчитает новые эксцентриситеты и межфокальные расстояния. Жмем ОК и программа возвращается в Главное меню.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Теперь работаем с правой стороной Главного меню - Feed Configuration. Отмечаем New Feed и выбираем одну из 4 – х возможностей Select Feed.
Выбор Cosq отсылает к новому меню:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Здесь вводим рабочую длину волны, положение облучателя (можно перемещать по 3-м координатам), поляризацию и самое главное - показатели степени функций cos, аппроксимирующих ДН облучателя по полю в главных плоскостях, т.е. можно работать с пирамидальными или гладкостенными коническими рупорами, диаграммы которых в главных плоскостях неодинаковы.
Это тонкий момент, который определяется отдельно либо по использовавшимся в расчетах функциям апертурных распределений, либо по минимальному отклонению функции cos от ДН реального облучателя. Ориентироваться здесь можно по величине пьедестала апертурного распределения в окне Taper, dB.
Окно в правой части меню показывает 3D-геометрию облучения антенны: апертурное распределение в гамме цветов холодно-горячо. Если отметить Rotate figure, можно повращать чертеж.
В нижнем информационном окошке Spillover estimation выдается один из важных сомножителей КИП – потери от перелива излучения за пределы зеркала. По нему можно ориентироваться при выборе размеров облучателя.

Вторая возможность облучения зеркала – решетка облучателей с диаграммами такого же вида cosX. Меню отличается от предыдущего дополнительным окошком Feed, в котором указывается номер каждого облучателя с вводимыми ниже характеристиками.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Здесь проявляется первое ограничение этой версии программы – количество облучателей не более 2, т.е. антеннку системы сопровождения не посчитаешь, а вот спутниковая тарелка для приема от двух источников программе по зубам.
3-й вариант облучения зеркала File Defined – источник с характеристиками направленности из специально сформированного txt-файла feedfile, соответствующего требованиям ICARA: в шесть колонок углы полярный и азимутальный, модули и фазы ко- и кроссполярных ДН. Файл открывается нажатием OpenFeed File.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
При наличии работающего амплифазометра подготовить feedfile для имеющегося в железе облучателя реально, но хлопотно, поэтому и не пробовал.

4-й способ моделирования облучателей – самый универсальный. Это двухпараметрические распределения электрического поля в раскрыве облучателя: Feed configurarion - New Feed - Aperture. Здесь облучатель моделируется диском с задаваемым распределением токов. С помощью опции Aperture моделирование рупорных облучателей проводится точнее, чем опцией cos^qx.
В верхней части окна устанавливаем длину волны / частоту и поляризацию. Кнопкой Refocus модельная апертура перемещается вдоль оси Feeed point - Target point (ф.ц. облучателя - целевая точка-направление излучения)
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Форма раскрыва облучателя задается через меню Geometry. Назначение меню Discretization такое же, как и в окне Single or Dual Reflector Design.
Опцией Currents задается гауссово или косинусоидальное распределение токов на излучающей апертуре с дополнительными параметрами Taper (пьедестал распределения) и Phase Error (фазовый набег на периферии облучателя).
Выбор токов в меню Currents для рупорных облучателей некритичен. Возможно, этот момент важен для других типов облучателей (диполей или щелей).
Апертурное распределение можно просмотреть в левой части окна как распределение токов Plot Currents или нормированные амплитуду и фазу на поверхности ближнего к апертуре рефлектора Plot Amplitude-Phase Error.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Дополнительной опцией Set Feed Axis в окне Position модельную апертуру-облучатель можно смещать по трем координатам, вращать вокруг его оси для корректировки плоскости поляризации.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
При этом результирующие опорная и целевая точки будут отображаться в главном окне апертуры Aperture Feed – Position.

Не могу ничего скачать ни по этим ссылкам, ни с сайта ICARA ниодним браузером. Не подскажете, в чём дело???

Спасибо за замечание. Стартовая страница, с которой скачивал еще в феврале: http://www.com.uvigo.es/index.php?option=c...154&lang=en. На ней внизу были обе ссылочки.
Университет все-таки, надо полагать, бюджет для хостинга не безграничен. Два года все было выставлено для свободного доступа.
Руководство на английском прикрепляю здесь Нажмите для просмотра прикрепленного файла, а дистрибутив выложен в этом месте:
https://rapidshare.com/files/1533391442/ICARA-V1_2_Setup.rar.
Не знаю, нужна ли инструкция для Рапидшары: http://double-dot.info/kachaem-s-rapidshare/. Может пригодится кому.
Вы мимоходом намекнули на очень интересную тему «Авторитет разработчиков – степень доверия к софту». Аргументировано отвечу позже, а пока из анализа их работ замечу, что коллектив очень серьезный, не чета нашим Унивэрам.


Вид моделирования выбран, параметры облучения введены. ОК. Программа проведет расчет токов, индуцируемых на поверхностях зеркал
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Следующий шаг – расчет ДН, КНД и ближнего поля антенны. Программа возвращается в Главное меню
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
В разделе PO – Analysis для расчета ДН выбираем Far-Field Analysis
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
А для расчета ближнего поля - Aperture Field
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Меню Aperture field - Choose Near Cuts дает выбор из шести вариантов вывода полей в ближней зоне – по трем осям и в трех плоскостях. Режим познавательный и наглядный, законы оптики в переложении для дифракции э/м волн в цвете и объеме. Здесь возможности программы превосходят ресурсы времени.
Для начала убедимся, что режим Choose Far Cuts – Subreflector Blockage работает и присутствие контррефлектора изменяет поле вблизи антенны. Е-поляризация в плоскости, проходящей через фокус параболоида: Z=0, диапазон по Y по 10 длин волн.
Кстати, а как без MathType вводятся греческие буквы? Скрины выкладываю без обрезки боковых панелей, чтобы были видны настройки.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Амплитуда по Y без учета затенения: 0 дБ макс., -0,0754 дБ на оси.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Фазы по Y-координате без учета затенения.
А вот с учетом затенения амплитуды и особенно фазы распределены уже по другому.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Амплитуда по координате Y: двугорбое распределение с максимумом 0 дБ, на оси провал до -1.789 дБ.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Фазы распределения в ближней зоне с учетом затенения. Скачок фазы в окрестности 1-го кольца Эйри от 100.3 до 260.3 град.
Эффекты затенения программа видит.
Еще один тест: отображается ли дифракционный дребезг амплитуды в плоскости XOY, параллельной раскрыву параболоида Z=0.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Не отображается - в пределах 10 длин волн от оси функция распределения интенсивности гладкая. Уменьшим дискрету отсчета по поперечной координате Y в 10 раз: 1000 точек вместо 100
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Центральная часть предыдущего скрина после перехода в Axis Manual X=±10 длин волн, Y от 0 до -2 dB. Дифракционная рябь в центральной части не видна и при таком масштабе. Физическая оптика или алгоритмы сглаживания?

Ссылки и сейчас на том же месте, но закачка в лучшем случае обрывалась после 495 Байт, в худшем - вообще брокиловалась. Проблема также всплывала на Эдаборде, поэтому отмёл предположения о моих кривых руках.

Большое СПАСИБО за аттачи и посты! Завтра передам софт нашим антеннщикам, пускай заценят.
Говорят, что в Москве кто-то уже крякнул Antenna Magus Professional v3, в сети пока не нашёл...

То, что авторы писали о своей программе «A public version of the software can be obtained free of charge
from the WEB of the Antenna group» ( Бери, если надо) – это был с их стороны умный маркетинговый ход на фоне доминирования GRASP.
Публикации и доклады на конференциях интересны узкому кругу специалистов и контрактов не гарантируют. А так, через свободный доступ, работы засветились, пошли контракты с European Space Agency (ESA) и с их родными связистами SPANISH MEC-FEDER PROJECT TIC2001-3330, SPANISH MEC-FEDER PROJECT ESP2005-01894, участие в модернизации шведского радиотелескопа в Онсала и т.д.
Если они убрали этот софт, то где-то рядом должно быть выложено развитие ICARA в сторону задач, которые под силу FEKO: у антенной группы Университета Vigo был ряд докладов о спутниковых бортовых антеннах и антеннах наземных пунктов. Задачи серьезные, прибыльные, под них можно было развить собственный софт.

Посмотрим как обстоит дело с дифракционными эффектами в меридиональной плоскости YOZ в окрестности действительного фокуса Кассегрена.
Выберем область от раскрыва облучателя в направлении вторичного зеркала Z=F÷F+20λ, Y=±10λ и рассчитаем распределение в двух режимах – ФизОптикой и ФизОптикой+ФизТеорияДифракции с тремя вариантами вывода расчетных данных:
- 3D (интенсивность поля+пространственные координаты Y и Z),
- линиями равных интенсивностей для плоскости YOZ и
- распределениями интенсивности по осевой координате Z.
Левые рисунки – расчеты ФизОптикой, правые – ФизОптики+ФизТеорияДифракции. Ищем различия.
Околофокальная область Z= F÷F+20λ Z, Y=±10λ в 3D.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Точки размещены очень плотно. Различия если и есть, то не очень заметны.
Околофокальная область в Counter Plot.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Здесь проявляется неудобство пользовательского интерфейса: при работе в режиме линий равных интенсивностей с опцией Rotate 3D нужны ловкость и сноровка при повороте графиков мышкой. Но результаты стоят того. Отличия результатов, полученных разными методами, здесь тоже не видны.
Последний шанс увидеть эффекты применения ФТД в окрестности фокуса – распределение интенсивности по оси антенной системы Z
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Распределение по оси Z в окрестности фокуса с рябью, которой не доставало в апертурной плоскости.
В этой ситуации сказывается другой недостаток интерфейса– маркер можно гонять только по свежему графику, т.е. программа обсчитала и тут же его анализируем. И тем не менее, можно убедиться, что распределения по оси симметрии антенны OZ до уровней -50 дБ у ФО и ФО+ФТД совпадают 5-го знака.
Сложность в поимке эффекта состоит в малости полей от кромки контррефлектора, которые и учитывает ФТД. Поищем в другом месте, как указано зеленым цветом на скрине справа:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Распределение поля в Е-плоскости. Осевая координата вершины гиперболоида Z=-0.060. На периферии распределения (верхняя часть скринов, синий цвет – уровни – 40 дБ) и есть искомые отличия в расчете двумя методами.

В антеннах Кассегрена есть одна маленькая проблема, которая может стать большой неприятностью при настройке – стоячая волна (реакция облучателя на контррефлектор). Раскрыв рупора и центральная часть вторичного зеркала образуют открытый резонатор, который в присутствие неоднородностей в самом облучателе, смазывает 1-е нули и первые боковые лепестки, а это ориентир при совмещении механической и электрической осей антенны. Как должна выглядеть стоячая волна в свободном пространстве в области между облучателем 1 и вторичным зеркалом 2 в переложении ICARA?
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Просмотрим в ФО распределение поля в выделенной на скрине области, смещая вторичное зеркало 2 с шагом лямбда/4 от расчетного положения. Фиксировать интенсивность будем в плоскости, перпендикулярной оси и проходящей через середину межфокального отрезка гиперболоида.
Открываем меню Tolerance, в окне Length Increment выставляем шаг перемещения контррефлектора от расчетной точки - лямбда/4 в метрах, раскладка англ.
В окне Surface (+Feed) displacement возле Z жмем - , отсчет в окошке будет равен шагу смещения пары Контррефлектор – Облучатель.
Возращаем облучатель на место: Feed Point – возле Z нажать +, скомпенсировав предыдущее перемещение. OK.
Предлагается перерасчет токов, соглашаемся, но следим за руками – норовит почему-то вернуться на родные 10 ГГц. Переустанавливаем свою частоту, поляризацию и уровень пьедестала в распределении.
Далее в меню PO Analysis – Aperture Field – YZ plane выставляем границы рассчитываемой области и число точек по каждой координате, например 200х200. Каких-то 30-40 минут ожидания и вот он результат: Контррефлектор с осевой координатой вершины Z=-0.0604 м за пределами правого края графика, облучатель с координатой раскрыва Z=-0.238 м за пределами левого края:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Общая картина интереференции получена. Распределения в более крупном масштабе проще и быстрее можно получить как осцилляции вдоль оси Z, помечая hot point–маркером уровни интенсивности при фиксированной координате Z=-0.12. Далее скрины соответствуют таким положениям контррефлектора (слева-направо): -лямбда/2, -лямбда/4, 0, +лямбда/4, +лямбда/2:
Нажмите для просмотра прикрепленного файлаНажмите для просмотра прикрепленного файла[attachment=
58973:______0006_.JPG]

Период, как принято среди стоячих волн - лямбда/2. Есть два дополнительных момента, о которых можно было бы порассуждать в другой раз:
- распределения дополнительно промодулированы с большим пространственным периодом, чем лямбда/2. Источник?
- референсная плоскость отсчета фаз.
Распределения на оси – это лишь часть задачи о переотражениях в полной постановке. Тем не менее, программа видит стоячую волну и возможны предварительные оценки КСВН.

При расчете распределений ближнего поля программа дает вожможность учитывать или не учитывать прямое излучение от облучателя, попадающее на апертуру мимо вторичного зеркала.
Насколько серьезен этот вклад в апертурное распределение?
ФО+ФТД. Меню PO Analysis – Aperture Field – XY plane. Масштаб по каждой из поперечных координат – ½ диаметра главного зеркала. Слева результаты расчетов без учета прямого поля облучателя, справа – с учетом:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
То же для изофот
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
То же для Sample Y 1000 отсчетов
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
На первый взгляд правая колонка скринов – явный перебор. Не может такого быть в природе: дополнительное излучение проявилось вместо периферии распределения в области тени вторичного зеркала.
Оказыватся такое может быть. Здесь проявляются чудеса масштабирования по оси ординат: работаем с логарифмами отношений амплитуд. Нормировка проводится относительно максимальной величины поля в пределах апертуры. Какое из значений взято за экстремум? Один из интерференционных пиков суммы переотраженных полей и прямого излучения первичного источника для конкретно выбранных частоты и продольной координаты.

Если не ограничиваться только ГРАСПом или ТЕКРОЙ, то можно посмотреть программы, написанные на фортане или Делфи определенным сообществом по тематике Больших зеркальных антенн. Метод реализован - ФО. Рассматриваются как идеальные фасеты ГЗ , так и с неровностями и смещениями самих панелей относительно гомологического параболоида. Так же есть возможность моделировать поведение КР (смещения , повороты, ..) и наклонно падение плоской ЭМВ или поле от точеччных источников (диполей). Ссылка на результаты расчета см. http://www.sao.ru/hq/vam/conf_spbf/docl/Dubarenko.pdf (стр. 70).

Спасибо за ссылку. Правда, в этой презентации доклада только 56 стр. Проблема знакома в части увеличения точности калачевских зеркал.
Наведение-сопровождение не мой профиль.
Если не сложно, я понимаю краткость форумных записей да занятость, два вопроса:
1) ТЕКРА - что это и что оно умеет?
2) Чем закончилась модернизация? Это ведь Озера, не Симеиз. В Крыму это все и не начиналось.

Для работы с диаграммами направленности вернемся в Главное меню
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Здесь в левой нижней части на панели PO-Analysis отметим меню расчета диаграмм Far-Field Analysis.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Меню Far Field: Choose FAR Cuts предлагает 4 варианта расчета диаграмм:
- Phi constant cuts,
- Theta Constant Cuts,
- U – V plots,
- X – symmetry.
Выбираем меню Far Field: Choose FAR Cuts - Phi constant cuts – сечения ДН для фиксированного полярного угла Phi.
Оставим настройки по умолчанию. Жмем Compute Far Field. Программа рассчитает диаграмму для выбранной ранее геометрии системы в удобных на ее усмотрение пределах и выдаст результат в окне Grafics: Far Field: Phi constant cuts
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Меню Plotting в верхней левой части этого окна позволяет сделать выбор из трех видов изображений в центральной части:
- Phi constant cuts,
- Fed Surface,
- Geometry Surface.

Переключившись в режим Fed Surface в меню Far Field – Plotting (слева-вверху), получим красочное распределение плотностей индуцированных токов на поверхности главного зеркала (Figure – Chosen Surfase 2)
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
или на поверхности контррефлектора (Figure – Chosen Surfase 1)
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Здесь же на правой панели Display Setting можно выбрать цвет фона, повернуть изображение и изменить масштаб 3D-картинки. Ярко-сочно, завораживает, но не более.
Нажав слева-внизу Open to Export можно сохранить эту красоту в формате .fig, который ближе к LaTeX
Нажмите для просмотра прикрепленного файла.
Если после сохранения файла снова вернуться в Grafics: Fed Surface, то бокс с рефлекторами окажется пустым – вся информация о распределениях токов экспортирована. Наглядное подтверждение о материальности информации, однако.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Выбрав в левом верхнем меню Far Field – Plotting режим Geometry Surface, получим графическое напоминание о геометрии антенны, диаграммы которой считаются
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Перед тем, как подробно остановиться на самом интересном меню Far-Field Analysis- Phi constant cuts просмотрим предлагаемые программой варианты построения 3D–диаграмм.
В режиме объемных ДН Choose FAR Cuts – U-V plots строятся 3D–диаграммы в координатах обобщенных антенных параметров. Их диапазоны задаются в окнах Min Value и Max Value с дискретизацией Number of values
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Результаты счета можно сохранять как 3D-графики или как контурные распределения – изофоты для основной и кроссполяризованной компонент в режимах Analysis-Magnitude
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
и Analysis-Contour plot
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Еще одна экзотическая форма для трехмерных ДН доступна в Post-Processing для U-V plots
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Мне кажется, что 3D опции - это в основном демонстрация возможностей алгоритмов. Они полезны на заключительных этапах синтеза антенн, для отчетов и докладов. Поскольку режим 3D-графики имеет больше презентационный характер, вторым ограничением версии ICARA 1.2 приближенным значением главного максимума ДН здесь в 3D-представлении можно и пренебречь. Точные величины усиления программа выдает в рассмотренном ранее режиме двумерных диаграмм Far Field: Choose FAR Cuts.
А вот 3D-меню Far Field: Choose FAR Cuts опция X – symmetry осталась для меня загадкой
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Для симметричных антенн и диаграмм эта опция выглядит избыточной, т.к. предлагает картину распределения поля относительно плоскости рисунка XOZ. Задаваемые для построения диапазоны углов альфа и бета позволяют предположить, что это углы, представленные ниже на левом скрине, т.е. передняя полусфера антенны. Плоскости симметрии в таком случае соответствует угол бета=90 град.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Диаграммы в режиме X – symmetry, по-видимому, интересны для антенн с несколькими облучателями и разносом электрических осей в плоскости YOZ, ортогональной плоскости чертежа.
Тем не менее, представление о возможностях этой опции нами получено и можно двигаться дальше.

Вернемся к панели PO-Analysis в меню расчета диаграмм Far-Field Analysis- Phi constant cuts. Здесь установим не машинные, а свои параметры для расчета ДН.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
На мой взгляд, привычнее последовательно просчитать три сечения ДН для 3-х значений полярного угла Phi: 0, 45 и 90 градусов (Н-плоскость, плоскость кроссполяризованного излучения и Е-плоскость соответственно).
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
В окнах
THETA min = 0 (для симметричных антенн с максимумом ДН на оси достаточно просчитать половину диаграммы).
THETA max =максимальная величина азимутального угла - отсчитываем от оси 2-3 ширины ДН по половинной мощности. Этого должно хватить, чтобы увидеть 3-й боковой лепесток.
THETA Number of values – число точек расчета диаграмм. От 100 и более точек, хотя алгоритм сглаживания сплайнами в программу включен.
Рассчетное усиление выводится в окне Far Field – Maximum Gain, dBi с умопомрачительной точностью в четыре знака после запятой. В жизни, как правило, это счастье достается с точностью на три порядка меньшей.
Результат расчета программа представит в окне Grafics: Far Field: Phi constant cuts – ко- и кроссполярные ДН при фиксированном полярном угле Phi.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Ниже диаграмм на панели User Recorder Data программа напомнит о том, что именно рассчитано и изображено.
Опция на левой панели Display Setting – Show Hot Value позволяет, как и в разделе Antenna Configuration, зажав ЛевКнМыши маркер, проехаться ним по диаграмме. Программа отследит за мышкой уровеньДН и угловую координату в левом нижнем углу окна. Без ручки и бумаги не обойтись, чтобы зафиксировать основные параметры ДН: ширину по -3 дБ, -10 дБ и по первым нулям, уровень первого бокового.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Рассмотрим сохранение результатов счета.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
В окне Far-Field Analysis- Phi constant cuts убираем кроссполяризационную ДН: на панели Analysis метка Crossspolar.
Представление разработчиков программы о ДН несколько отличаются от принятых на наших просторах, но это поправимо переключением в Display Settings-Axis из Axis Auto в режим Axis Manual и установкой в графах Axis X, Axis Y пределов для осей.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Если хотим воспользоваться программными сервисами, жмем слева-внизу Open to Export и сохраняем изображение как файл формата .fig.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Картинка – это всего лишь картинка. Для сравнения диаграмм антенн с различной геометрией необходимо сохранять их массивами данных.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Жмем на нижней панели Lobe Analysis. Программа перейдет в Post-Processing – режим подготовки и сохранения данных.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Здесь желательно повторить все пасы с переходом на правой нижней панели Display - Axis из Axis Auto в Axis Manual и выставить необходимые пределы по обеим осям.
Жмем Save E-Field, выбираем папку и записываем массив данных в txt-формате.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Программа сохранит ко- и кроссполярные диаграммы массивом N строк на 4 столбца. Число строк N соответствует количеству точек расчета ДН Number of values в меню Far-Field Analysis- Phi constant cuts + две служебные строки: начало Efar= и конец массива endEfar.
В каждой строке I/O-файла информация расположена в таком порядке: кополярная ДН, ее фаза, кроссполярная ДН, фаза кроссполярной ДН.

Диаграммы зеркальных антенн со смещенным облучением и настроечные диаграммы для предварительной диагностики антенны можно получить через дополнительную опцию Subreflector and Feed relocation, открываемую из Главного меню панелью Tolerance.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Здесь Active surface – число отклоняемых или смещаемых от оси системы зеркал: 1 соответствует манипуляциям с парой контррефлектор-облучатель.
В окошки Angular increment и Length increment заносим шаг отклонения и смещения в градусах и метрах соответственно. Далее последовательно нажимая + или – отклоняем пару контррефлектор-облучатель в плоскости YOZ (about X), XOZ (about Y) или XOY (about Z).
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Аналогично делается смещение этой пары объектов вдоль любой из осей, например по оси OX
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Облучатель можно двигать и наклонять, вращать вокруг его оси отдельно от вторичного зеркала инструментами Feed rotation, Target point, Feed point в правой части панели. Шаги отклонения-смещения при этом будут теми же, что и для вторичного зеркала.
Далее, если нажать ОК, последует предложение пересчитать эквивалентные токи на поверхности зеркала для новой геометрии и отредактировать параметры облучения. Здесь повторяется ситуация, когда программа предлагает свои родные испанские 10 ГГц и уровни пьедесталов в 12 дБ. Переупрямливаем и выставляем свои собственные поляризацию, длину волны/частоту, уровни пьедесталов распределений или показатели степеней для cos. Жмем OK на панели Feed Configuration и после пересчета токов переходим в меню расчета ДН Far-Field Analysis- Phi constant cuts.

Меню Tolerance дает возможность подготовиться к настройке антенны. Результат расчетов – диаграммы идеальной антенны в главных плоскостях и в плоскости максимума кроссполяризованной компоненты, а измеренные диаграммы свежесобранной антенны лишь отдаленно напоминают теоретические изыски.
При настройке и измерениях полезно иметь под рукой серию расчетных диаграмм, соответствующих различным рассогласованиям и смещениям. Такую возможность авторы программы предусмотрели.
В качестве примера серия скринов-диаграмм при осевом перемещении контррефлектора от положения в -1/2 длины волны до координаты +1/2 длины волны в направлении, указанном красной стрелкой на первом скрине с шагом в ¼ лямбда.
Нажмите для просмотра прикрепленного файлаНажмите для просмотра прикрепленного файла
Настройка контррефлектора – самая острая в антеннах Кассегрена. Какая из приведенных диаграмм соответствует расчетной геометрии, ясно без комментариев.
Диаграммы менее чувствительны к перемещению облучателя в пределах в 4 раза больших, чем для контррефлектора.
Нажмите для просмотра прикрепленного файлаНажмите для просмотра прикрепленного файла
Здесь интересно обратить внимание на усиление и асимметрию изменений ДН как для вторичного зеркала, так и для облучателя.
Меньшая чувствительность антенны к перемещениям облучателя понятна из распределений в окрестностях фокусов антенны Кассегрена. Вблизи облучателя – вытянутый вдоль оси антенны эллипсоид, образованный линиями равных интенсивностей, в то же время вблизи контрефлектора распределение поля по оси - быстроменяющаяся функция.

Для полноты картины краткая экскурсия по GRASPse. Разумеется, программа знакома почти всем специалистам, поэтому этот пост можно пропустить.
Жмем ярлычок GraspSE на Рабочем столе – открываем Главное меню
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Верхняя горизонтальная панель: от Edit до Help – открываем Design/Dual Reflector/<new object>/
Программа предложит новое меню Design #.. для заполнения исходными параметрами расчета. Заполняем, пользуясь Tab и английской раскладкой. Обязательно обратите внимание на единицы измерения.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
В правом нижнем углу панели кнопка Draw – эскиз с управлямым увеличением. Здесь пользователя ожидает прикол от разработчиков: если нажать, посмотреть и попробовать закрыть это окно, программа предупредит о потере исходной информации: “Data for scretch design will be lost”. Придется делать установки заново в окне Design #....
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Нажав кнопку Objects, получим информацию о соответствии размеров контррефлектора геометрооптическим пределам
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Соглашаемся – OK. Остается окно для желающих переименовать объекты, с которыми будет работать программа.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Оставляем на усмотрение программы все названия – OK. Программа вернется в меню Design #....
с обновленными после первого цикла расчетов данными.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Close в верхнем левом углу и возвращаемся в Главное меню.
Проходим последовательность Cmds/Plot Commands/Open GL all objects и смотрим геометрию задачи.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Закрываем окно. Теперь из Главного меню выполняем команды в такой последовательности: Cmds/Cmds List. Смотрим перечень команд, написанных на иврите – порядок чтения справа-налево навевает параллели.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Жмем Submit. В ответ программа сохранит два файла со стартовой информацией задачи *.out и *.log и просчитает задачу.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Далее программа попросит для продолжения нажать Enter и запишет файл с диаграммами sph_#.cut по адресу c:\Doc & Sett.\User\Рабочий стол\sph_#.cut.
Чтобы посмотреть диаграммы проходим по цепочке Cmds\Plot Commands\Plot 2D cut\.
В открывшемся пустом экране жмем ПКнМыши и отмечаем адрес с sph_#.cut. Последует окно Presentation c выбором формы представления ДН. OK и получаем диаграмму.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Сохраняем тремя файлами *.g9p, *.tor, *.tci эту бездну полезной информации, сдобренной кубическими сплайнами. Вот так просто, легко и без затей работается с GraspSE.

Вернемся к вопросу, с которого начиналась тема, – ограничение по усилению антенн, рассчитываемых free version ICARA. Для оценок пределов и источников ограничений взяты собственные данные о двух антеннах Кассегрена диаметрами 22 и 1 метр.
Проверим версию ограничения диаметра рассчитываемых антенн. Если этот предел задается непосредственно размерами апертуры, то он проявится только для большей из антенн.
На скринах ниже представлены расчеты усиления в ICARA в диапазонах длин волн 1 - 100 и 0,1 - 100 мм для большей и меньшей антенн соответственно. Геометрия антенных систем и уровни облучения периферии зеркал постоянны на каждой частоте.
Для антенны с главным зеркалом 22 м усиление рассчитано для двух величин дискретизации – patches: максимальной 2700 (по 1350 по каждому из зеркал) и 2028 дискрет (по 1014).
В качестве опорного усиления голубым цветом приведено предельное теоретически возможное усиление при равномерном облучении апертуры
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Максимальные величины усиления, выдаваемые в ICARA, соответствуют длинам волн 9-10 на первом графике и 0,4 мм на втором.
Спад усиления есть для обеих антенн, несмотря на различие в размерах зеркал в 20 раз.
Предварительный вывод: ограничения по усилению в этой версии программы введены не диаметрами апертур.

Проверим следующую версию ограничения по усилению: предельный параметр – электрические размеры антенны, т.е. размеры апертур, выраженные в длинах волн. Если это предположение справедливо, то максимумы расчетных усилений антенн с различными диаметрами зеркал будут соответствовать одной и той же относительной величине – диаметр/длина волны или обратной к ней - длина волны/диаметр главного зеркала.
Выберем вторую из этих величин в качестве аргумента для расчетных усилений в диапазоне волн
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Здесь экстремумы для обеих антенн хотя и отличаются по величине, но совпадают по ординате - 0,0004. Это уже ориентир, который нужно уточнять.

Характер зависимостей усиления от длины волны и наличие в них максимумов очень напоминает связь усиления (КИП) зеркальных антенн с отклонениями поверхности рефлектора.
Предположим, что отклонения поверхности распределены по рефлектору равномерно, а величины отклонений подчиняются Гауссовому распределению с нулевым средним, тогда потери усиления из-за отклонений будут пропорциональны экспоненте с показателем степени, равным квадрату фазовой ошибки в апертурном распределении.
При полных измерениях антенн с регистрацией электрических и геометрических характеристик данные об уменьшении КИП из-за отклонений профиля представляют в виде диаграмм Рузе – зависимостей КИП от величины, обратной квадрату длины волны. В диаграммах картина обратная рассмотренным ранее: окрестность начала координат соответствует длинным волнам и минимальному влиянию отклонений.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Синими пунктирами показаны аппроксимации – линейные регрессии, величины которых в начале координат соответствуют только КИП облучения 0,771 и 0,733 на первом и втором скринах соответственно.
Красные и зеленые линии – отклонения рассчитанных в ICARA усилений от предельных теоретических. Наклоны графиков относительно оси абсцисс должны быть пропорциональны квадратам отклонений поверхностей.
Если ограничение усиления введено параметром, связанным с отклонением поверхности рефлектора от идеальной, то диаграммы Рузе для разных антенн должны иметь одинаковые коэффициенты наклона. Здесь же они отличаются на три порядка, т.е. предположение об искусственно введенных погрешностях поверхности не работает.
Графики отклонения усиления на первом скрине, соответствующие двум величинам дискретизации, показывают настоящий источник ограничения программы по усилению – количество дискрет разбиения рефлектора при расчете. Это верхний частотный предел программы.
Отклонение усиления вблизи начала координат (длинные волны) говорит уже о пределе применимости метода Физической оптики. Это ограничение программы снизу по частоте.

Версию о независимости программного ограничения на коротких волнах от погрешностей профиля рефлектора можно подтвердить диаграммами направленности для высокочастотной области в окрестности экстремума усиления. Для зеркал со случайными отклонениями поверхности при укорочении длины волны форма основного лепестка ДН сохраняется, усиление падает и увеличивается уровень бокового излучения. Рефлектор начинает не фокусировать, а диффузно рассеивать часть э/м излучения.
Нажмите для просмотра прикрепленного файлаНажмите для просмотра прикрепленного файла
Рассчитанные в ICARA ДН представлены с сохранением масштаба по усилению.
На диаграммах для волн короче лямбда/диаметр=0,0004 диаграммы постепенно рассыпаются, включая главный лепесток, а при величине 0,0001 это уже не диаграмма, а индикатриса рассеяния диффузного отражателя.

Продолжим поиск критериев для определения области корректных результатов программы ICARA, о чем мануалы скромно умалчивают. Как видно на левой колонке скринов, величины усилений можно использовать только для общего представления о частотных зависимостях усилений. Представлены расчетные коэффициенты усиления для антенн Кассегрена с диаметрами главных зеркал 22 и 1 м при равных разбиениях основного и вторичного зеркал (1350+1350 и 1024+1024) и предельное усиление при равномерном облучении (синий пунктир).
Нажмите для просмотра прикрепленного файла Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Нажмите для просмотра прикрепленного файла Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Воспользуемся выраженными в дБ разностями расчетных и теоретических усилений в диапазоне длин волн – правая колонка скринов. Разность усилений здесь – результирующий коэффициент использования поверхности - КИП (efficiency), выраженный в логарифмическом масштабе.
Обычная величина КИП в двухзеркальных антеннах находится в пределах 0,5 – 0,75 или от -1,25 до -3 дБ (красные пунктирные линии на правых скринах). На данном этапе ограничимся качественным выводом из правой колонки скринов: все результаты левее т. пересечения с уровнем КИП в -3 дБ нельзя считать корректными.

Для сравнения расчетов КИП по ICARA с реальными величинами синим пунктиром показаны результирующие КИП, полученные из измерений реальных антенн диаметрами 22 и 1 м: 0,47 (-3,2 дБ, облучатель – конический рупор диаметром 13 длин волн) и 0,532 (-2,7 дБ, облучатель – гофрированный рупор диаметром 4,7 лямбда) соответственно. У меньшей из антенн КИП выше из-за симметричного облучения.
Нажмите для просмотра прикрепленного файлаНажмите для просмотра прикрепленного файла
Рабочими областями параметров следует считать выделенные зеленым пунктиром квадраты.
Ограничение слева для минимальной длины волны задано дискретизацией в программе.
Ограничение справа для максимальных длин волн
- для антенны диаметром 22 м – предел физической реализуемости антенны Кассегрена (внепрограммное частное ограничение конкретной геометрии антенны),
- для антенны диаметром 1 м – предел применимости метода Физической оптики.
Из анализа частотных зависимостей коэффициентов использования поверхности следует первый количественный результат:
версия программы ICARA 1.2 free обеспечивает корректные расчеты диаграмм направленности и усиления зеркальных антенн с диаметрами основного рефлектора в пределах от 40 до 1670 длин волн.

Пост философский.
Предыдущие сообщения с 9 по 30 изложены в жанре мануалов к принтеру со скринами и комментариями «Жмем кнопку – вылетает птичка». Интрига софта «Работает – не работает» на этапе сообщений 32 – 37 полностью не разрешена. Назрела необходимость в pit-stop перед переходом к следующей фазе работы. Подведем промежуточные итоги развития темы Test-drive открытого софта ICARA freeware v.1.2.
Проблема – геометрия и диаграммы зеркальных антенн с заданным усилением.
Предмет рассмотрения – бета-версия программного обеспечения от малоизвестного производителя.
Задача – оценка софта.
Исходные данные – дистрибутив, очень краткие описания, короткий мануал. Физические пределы, точности расчетов и особенности алгоритмов неизвестны.
Метод – исследование программы средствами самой программы по принципу «черного ящика» (сходство с циклами Бойда, по-видимому, неслучайно): воздействие-реакция-анализ-рекомендации.
Форма – последовательность постов с результатами исследований. Поскольку процесс – это динамика, возможны избыточность и возвраты к исходным точкам на отдельных этапах.
Инструментарий – теория дифракции э/м волн в ее прикладной производной – теории антенн.
Цель – характеристики софта, юзерские рекомендации.
Предполагаемая последовательность действий – ВЧ и НЧ пределы программы (причины, количественные оценки), область корректных расчетов (критерии точности, источники погрешностей), рекомендации по тьюнингу.

Программа ведет расчеты по схеме: модель облучателя – апертурное распределение – диаграммы направленности и усиление. Две последние характеристики – интегральные, в них присутствуют все эффекты геометрии и программных алгоритмов одновременно. Попробуем выделить группы факторов по отдельности. Для этого упростим задачу, перейдя к однозеркальной параболической антенне с теми же параметрами, что и в антенне Кассегрена, – диаметр 1 м (удобнее переходить к другим размерам через коэффициенты подобия), фокальный параметр 0.535.
При расчете двухзеркальной антенны производится дискретизации обоих зеркал. Следовательно, однозеркальная антенна должна быть менее чувствительна к этой процедуре. Кроме того, воспользуемся косинусной моделью облучения как тестовой задачей, известной из работ Сильвера. Для нее существуют аналитические выражения усиления (коэффициента направленного действия, если уж следовать русскоязычной терминологии).
Нажмите для просмотра прикрепленного файлаНажмите для просмотра прикрепленного файла
Нажмите для просмотра прикрепленного файлаНажмите для просмотра прикрепленного файла
Верхний ряд скринов – частотный ход рассчитываемого программой усиления, нижний ряд – величины КИП, полученные вычитанием теоретического усиления из расчетных величин. Параметр – число дискрет от 1350 до 726. Отличия левой колонки скринов есть, но они незначительны, т.к. основной вклад в программное ограничение на высоких частотах вносит дискретизация главного зеркала. Отсюда следует, что величина дискретизации вторичного зеркала при расчете двухзеркальных антенн некритична для ограничений на коротких волнах.
Частотная зависимость КИП на нижнем ряде скринов показывает, что расчет этой характеристики ведется не по замкнутым аналитическим выражениям, а по рассчитываемым диаграммам, т.е. эту характеристику можно использовать не только для качественных оценок, но и для количественного анализа высокочастотного ограничения программы.

Еще ряд выводов из скринов предыдущего поста.
Горизонтальные участки на частотных зависимостях КИП
- для Кассегрена -1,46 дБ (0,71),
- для параболоида -1,04 дБ (0,79).
Величины намеренно округлены до второго знака после запятой в сторону увеличения.
В первом случае учтена блокировка апертуры вторичным зеркалом, во втором – учет этого фактора вообще не предусмотрен, хотя облучатель однозеркальной антенны имеет конечные физические размеры и тоже затеняет апертуру. Величину потерь блокирования, которая по расчетам программы находится на уровне 0,42 дБ (0,89), необходимо учитывать при расчете однозеркальных антенн с соответствующими поправками.
Второй вывод относится к источникам потерь, учитываемых программой при определении усиления. При облучении симметричного параболоида источником с диаграммой косинус-в-степени КИП по соотношениям Сильвера составляет -0,964 дБ (0,801) и включает только потери перелива (spillover) и спадания распределения (aperture taper level). Величина очень близкая к расчетным КИП ICARA -1,04 дБ (0,79). Это проясняет учитываемые программой источники потерь усиления, которые всяк автор учитывает на свой манер.
Третий вывод: коротковолновые ограничения программы для однозеркальных антенн могут быть применены к Кассегренам, а низкочастотные пределы двухзеркальных геометрий обязательно должны учитываться при расчетах параболических антенн.

В подтверждение вывода о том, что программа не учитывает блокирование апертуры в расчетах однозеркальных антенн скрин с ДН параболической и кассегреновской антенн с одинаковыми зеркалами. Присутствие вторичного зеркала (синяя ДН) приводит к известным в теории антенн результатам:
- уменьшению усиления – 50,448 дБ в Кассегрене против 50,9 дБ в параболической однозеркальной. Величины взяты из расчетов в ICARA, в натурных измерениях цифры после запятой сомнительны;
- сужению ДН, как это ни странно. Здесь часть энергии перекачивается в боковые лепестки;
- повышению уровня нечетных боковых лепестков с 28,28 дБ до 22,86 дБ и снижению уровня четных боковых с 31,95 дБ до 36,57 дБ.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Еще одним подтверждением могут служить ДН обеих антенн на длинных волнах.
Нажмите для просмотра прикрепленного файлаНажмите для просмотра прикрепленного файла
Слева 5 диаграмм для длин волн 8, 10, 20, 30 и 40 мм, сведенных вместе аргументом – обобщенным антенным параметром. Графики ложатся так кучно, что нет смысла выделять каждый в отдельности. По логике характер поведения боковых лепестков должен повторять картину, представленную справа для Кассегрена. Здесь уже с длины волны 10 мм видно влияние затенения.

Интересно проследить изменение ДН для ключевых координат в коротковолновой части, включая предварительный оценочный предел 0, 0006.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Начиная с длины волны в 0,2 мм (параметр лямбда/диаметр 0,0002), основной лепесток до уровней -10 - -12 дБ уже сформирован и практически не отличается от ДН, рассчитанных проекционно-апертурным методом Сильвера (красные линии).
Нажмите для просмотра прикрепленного файлаНажмите для просмотра прикрепленного файла
Первый минимум ДН проявляется на длинах волн, превышающих 0,6 мм (параметр 0,0006), и проваливается ниже уровня первого бокового для волн, превышающих оценочный ВЧ предел программы почти в 3 раза – от 2 мм и более при диаметре апертуры в 1 м.
Вывод: ВЧ граница применимости версии ICARA определяется задачей расчета ДН, а именно
- основной лепесток ДН до уровней -10 - -12 дБ ......0,0002;
- основной лепесток до уровней -20 - -22 дБ............0,0008;
- положение первого нуля ДН....................................0,001;
- уровень первого бокового лепестка.......................0,002;
- положение второго нуля ДН....................................0,004.
- основной и ближние боковые лепестки ДН.............0,008.

Анализ ДН вблизи высокочастотных ограничений программы может показаться сложным из-за малых отличий диаграмм и, как следствие, наложения графиков. Это преодолимо, если от логарифмического представления диаграмм перейти к линейному и рассматривать относительные отклонения расчетов в ICARA от диаграмм по Сильверу.
Нажмите для просмотра прикрепленного файлаНажмите для просмотра прикрепленного файла
Графики вблизи первого минимума (окрестность абсциссы, равной 5,0654) в первом приближении можно не рассматривать. Здесь одновременно работает много факторов, включая программные погрешности. А вот такие характеристики отклонений, как знаки, величины и их диапазон разброса на скате основного лепестка (для обобщенного параметра от 0 до 4), могут быть маркерами используемых алгоритмов. Основное ограничение - сложность интерпретации результатов.

Выберем в качестве основного критерия для определения количественных ограничений программы на коротких волнах коэффициент использования поверхности – КИП, а диаграммами направленности воспользуемся как дополнением.
Для более широкого обобщения результатов определим спадание расчетных КИП для нескольких фокальных параметров: 0,4; 0,6; 0,8; 1,0 и рассмотрим их вместе с полученными частотными зависимостями для антенны диаметром 1м и фокусным расстоянием 0,535 м (фокальный параметр 0,535).
В практике антенных расчетов фокальные параметры большинства параболоидов находятся в диапазоне 0,4 – 0,6. Скрин слева поясняет причины этого. КИП пропорционален квадрату отношения фокусное расстояние/диаметр. Зависимость здесь нелинейная и увеличение усиления антенн с ростом фокального параметра после величин 0,5 – 0,6 замедляется. При минимальном выигрыше по усилению растут габариты
Нажмите для просмотра прикрепленного файлаНажмите для просмотра прикрепленного файла
При увеличении длины волны все зависимости КИП стремятся к постоянным величинам, отличающимся от расчетных КИП по Сильверу не более, чем на 0,5% - горизонтальные пунктиры на правом скрине, где частотный ход расчетных КИП представлен в привычном линейном масштабе. Воспользуемся этими уровнями для определения ВЧ погрешностей ICARA при расчете усиления. Частотные границы погрешностей без потери общности определим для одного фокального параметра 0,535, находящегося в середине интервала 0,4 – 0,6:
минимальная относительная длина волны для погрешностей расчета усиления
не более 2% 0,0025;
не более 5% 0,0015;
не более 10% 0,00105.
Очевидно, что все эти значения лежат правее определенного ранее предела в 0,0006 (желтая вертикаль на правом скрине), т.е. выбранный критерий строже, чем просто превышение уровня в -3 дБ.
Как следует из расчетов ДН, приведенных выше, на волнах длиннее 0,002 программа корректно считает основной и первый боковые лепестки, т.е. критерий оценки погрешностей программы по ДН более чувствителен, чем критерий КИП.

Интересно обратить внимание на сходство спадания КИП на скринах с разными параметрами.
Нажмите для просмотра прикрепленного файлаНажмите для просмотра прикрепленного файла
На левом скрине с частотным ходом КИП и числом дискрет-патчей в качестве параметра при увеличении относительной длины волны все зависимости в пределе приходят к величине насыщения -0,972 дБ. Это предельный КИП по Сильверу для параболоида с фокальным параметром 0,535 и пьедесталом облучения -12 дБ.
На правом скрине с зависимостями КИП от фокусного расстояния параболоида совмещены уже два фактора – программное спадание КИП с увеличением частоты и изменение КИП с ростом отношения фокусного расстояния к диаметру зеркала. При этом каждый график имеет свой уровень насыщения – ординату горизонтального участка, где программные погрешности минимальны.
Влияние каждого параметра можно оценить по диапазонам размеров дискрет при изменении фокального параметра и величин дискретизации на примере все той же параболической антенны с диаметром зеркала в 1 м и фокусным расстоянием 0,535 м.
Характерный размер стороны патча при возрастании фокусного расстояния параболоида от 0,4 до 1,0 (с уплощением параболоида) изменяется очень слабо от 25,206 до 24,306 мм.
В то же время увеличение числа дискрет от 600 до 1350 уменьшает размеры патчей существеннее от 37,122 до 24,748 мм.

Как следует из предыдущего поста, число дискрет и характерный размер патча – ключевые параметры. Они определяют высокочастотный предел имеющейся версии программы.
Попробуем понять логику последовательности чисел дискретизации, предлагаемую программой в самом начале работы при задании геометрии антенны:
24, 54, 96, 150, 216, 294, 384, 486, 600, 726, 864, 1014, 1176, 1350.
Целые четные числа этого ряда последовательно увеличиваются на постоянную величину плюс магическое число 12 с неким коэффициентом-сомножителем, а именно:

N_i=N_(i-1)+30+12(i-1) или так N_i=N_(i-1)+6(2i+3) при N₀=24.

Теперь можно продолжить в сторону увеличения последовательность, ограниченную в меню Discretization панели Single or Dual Reflector Design числом патчей 1350:
1536, 1734, 1944, 2166, 2400, 2646, 2904, 3174, 3456 и т.д.
Если каждый член этого числового ряда разделить на 2, получим последовательность целых нечетных чисел, равных количеству одинаковых криволинейных квадратов, на которые разбивается поверхность параболоида. Где-то в этих числовых закономерностях спрятано число колец разбиения параболоида, но в нашем контексте эта величина вторична. Хотя по аналогии можно продолжить и этот числовой ряд:
число патчей 1350 1536 1734 1944 2166 2400
число колец: 15 16 17 18 19 20
Полученное продолжение числового ряда для патчей используем для оценок ВЧ погрешностей программы при увеличении числа дискрет.
P.S. Простота этой шарады – частный случай работы алгоритмов машинной графики в ICARA’s Geometric Module.
Подробнее об этом в Д.Роджерс, Дж.Адамс. Математические основы машинной графики.

Введем сквозную характеристику программы – зависимость минимальных относительных длин волн от величины дискретизации рефлектора. В качестве отсчетов выберем относительные длины волн, соответствующие границе 2%-й погрешности КИП для каждого значения дискретизации N_discr, как показано на скрине
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Для экстраполяции полученного массива граничных длин волн с неравноотстоящими отсчетами на величины дискретизации, большие? чем 1350, воспользуемся программными опциями MathCad – кубической сплайн-интерполяцией cspline(vx,vy), interp(vx,vy) (левый скрин) и линейным предсказанием predict(v,m,n) – правый скрин
Нажмите для просмотра прикрепленного файлаНажмите для просмотра прикрепленного файла
По результатам экстраполяции (правый скрин – красный пунктир) можно дать приближенные оценки уменьшения ВЧ погрешностей программы при переходе к одной из величин дискретизации, определенных ранее. В частности разбиение параболоида на 1944 патча позволяет сдвинуть 2%-ю границу погрешности КИП с 2,4*10^-3 до 9,28*10^-4, т.е. уменьшить в 2,6 раза относительную минимальную длину волны. При такой дискретизации программа сможет корректно просчитать основной и первый боковой лепестки антенны с зеркалом в 1 м на длине волны в 1 мм.

Программа ведет расчеты по схеме: модель облучателя – апертурное распределение – диаграммы направленности и усиление.
Искажения ДН вблизи ВЧ программного ограничения мы выявили. Рассмотрим апертурные распределения вблизи минимальных длин волн.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
При неизменных характеристиках облучения распределения поля в апертуре тоже не должны изменяться в диапазоне длин волн. В частности, уровень облучения периферии рефлектора должен находиться на уровне – 12 дБ.
Нажмите для просмотра прикрепленного файлаНажмите для просмотра прикрепленного файла
Вместо гладких спадающих функций - трава, которая еще и шевелится при свипировании. Причина – интерференция из-за разбиения рефлектора на треугольные сегменты-патчи с шагом, на два порядка превышающим дискретизацию сеточных методов. Тем не менее, и отсюда можно извлечь некоторую информацию.
По первому скрину для волны в 0,4 мм и зеркала диаметром 1 м опциями ICARA можно приближенно выделить два явных периода интерференции, а через них - две группы источников:
-длиннопериодическая интерференция с периодом 65-70 мм от источников, отстоящих друг от друга на 3-4 мм;
- короткопериодическая с периодом 18-20 мм, формируемая другим сочетанием источников с базой 9-12 мм.
С изменением длины волны изменяются не только фазовые набеги, но и преобладающие группы интерферирующих источников.

Для точного анализа интерференции в апертурных распределениях экспортируем их в виде массивов в MathCAD. Далее приведены скрины непосредственно из MathCAD c ординатами – нормированными радиусами апертуры
Нажмите для просмотра прикрепленного файлаНажмите для просмотра прикрепленного файла
Красная спадающая кривая – распределения косинус-в-степени, с показателями, соответствующими спаданию в -12 дБ. Используем их как основные тренды числовых последовательностей и уберем эти функции из массивов распределений.
Нажмите для просмотра прикрепленного файлаНажмите для просмотра прикрепленного файла
Функцией MathCAD CFFT(V) получим спектральные распределения массивов из ICARA.
Баланс мощностей оставим в стороне, хотя там должна присутствовать связь с программными потерями усиления-КИП.
Нажмите для просмотра прикрепленного файлаНажмите для просмотра прикрепленного файла
Полученные спектральные плотности - функции пространственных частот, однозначно связанных с разносом интерферирующих источников.

Для относительной длины волны в 0,01 интерференция в апертурном распределении проявляется слабо. Поэтому в качестве примеров возьмем спектральные плотности на более коротких волнах.
Нажмите для просмотра прикрепленного файлаНажмите для просмотра прикрепленного файла
Масштабы Фурье-спектров увеличены.
Проиллюстрируем источники интерференции скрином из геометрического блока ICARA.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Центральная часть рефлектора - гексагон. Центроиды (точки пересечения медиан треугольных патчей), используемые программой как координаты дискрет рефлектора, расположены плотно на расстояниях в 5-8 раз меньших характерного размера патча в 25 мм при дискретизации рефлектора на 1350 треугольных частей.

№ пика в спектре для относительной длины волны 0,0004: 1; 2; 3; 4;
Координата, мм^-1: 8; 15; 22; 30;
Период интерференции, мм: 62,5; 33,3; 22,73; 16,6;
Пространственный интервал между
источниками, мм: 3,4; 6,4; 9,4; 12,8.
Интервалы соответствуют расстояниям между центроидами. Размытость спектральных пиков - интерференция от нескольких групп источников.
На волне 0,008 другие группы источников со своими интервалами формируют максимумы Фурье-спектра с меньшими амплитудами.
В спектрах свои закономерности: множество из расстояний между центроидами квантовано и т.п.
Все это, разумеется, зело любопытно и познавательно, но лучше бы спектры были гладкими и крутоспадающими функциями.