offset and syhmetrical reflector antennas

161 Pages·2013·3.36 MB·English

San Fernando Valley State College
OFSFETA NDS YHMETRCIALR EFLECTAONRET NNAS
H
Polarizationa nd Pattern Effects
A thesis submitted in partial satisfactiono f the
requirementsf or the degree of Master of Science in
Engineering
by
Daniel Francis DiFonzo
,Januar,y
19 7 2
Thet hesoifsD aniFerla ncDiisF onizsoa pproved:
SanF ernanVdaol lSetya tCeo llege
1972
March,
-------
ii
Ackwnloedgment
I woludl ike toe xpressmy d eep grattiomt yu de
adivso,r Prof. Gilelsipe, for inavlaublhee lp
E. s. his
and ceonugreametnhtr oguhoutthe cousreo fm yg raduate
studsi aetS FV.S CI ama lsgor aetflu toD r. Gefofrey
Hydfeo rs everalh elpfduilsu cssionasn df orh isg etnle
butp erstiesnetn couragteomc eonpmtl etteh iwso kr and
toM r.s BarbaSrcahe elewh ot yped mancursitp.
the
iii
Tableo fC ontents
PageN o.
ABSRTACT
• • • • 0 • • • •• • • • • • • • • • • • • • • .•• •• •• • X
1.0 INRTODCUTION . 1
. . . . . . . . • . . . . . . . . • • . . . . . . . .
2.0 FORMULIAONT OFT HE PAT'rIETNRENRG ASL 11
2.1 D�splcaedF eedansd rAarsy of
Feed. •s. . . . . . • • • . . . . . . . .- • • . . . . e: • 2 5
2.2 ItnegriaotnT echnuieq. . ........29
.
2.3 SufracDeef iniiotnfso rP arbaolic
andS pheircla Refletcor.s. ...... 32
2. 3-.1 ParbaolicR eflectors 32
2.3.2 Sphericla Refelctors 35
2.3.3 Disucssion 37
. . . • • . . . . . . . .
2.4 FeePdat trens 39
. . • . . . . • • • • . . . • . . . .
2.4.1 GenelrizaedH uyge'ns
Sourc.e 39
. . . . . . . • . . . . . • . •
2.4.2 TE ModReec tagnular
1 0
Waevguei d 42
2.4.3 DuaMlo dCei crularW av-e
guide 44
n
2.4.4 cosw Pattren 48
. • . . . . . . . .
2.4.5 Geenralaitziotno A rbtirary
Feedl aPrzoaition 48
2.5 PattrenQ uatniites Obtainfeordm
theC omputPerro grma. . . . . . .5.3 . . . .
iv
Tableo fC ontent(soc ntniued)
PagNeo .
2.5.1 Princilp aandC ross-
PolraizedF iledC om-
poennt.s . . . 56
. . . . . . . . . .. .
2.5.2 Circulra Polraizaiton
Component.s . 60
. . . . . . . . . . .
2.53. Pattne IrnfmoatrioPnr o-
vieddi nt heP rorgam
Output- . 64
. . . . . . . . . . . . . . . .
3.0 POLIAZRAITONE FFTESCI NS YMMETRILC RAJ:;-
FLCErrORS 65
. • • • . • • • • • • . . . . . • • . . • • • • • . • . . • .
31 ParalbaoC urrents 65
. . • • . . . • • . . • . . . .
3.2 Genelriazde HuygenS'ousr cFee ed 69
3 . 3 TE ModRee ctagnulaWrav eguide
1 0
Feed 74
e e "' e e "' .., e e "' •"'• "'• • • • • • • • • • • • � •
3.4 CicrularW aveguFiedeed s 76
. • . . . . . .
3.4.1 TE ModFee ed 79
. . • • . . . . .
1 1
3.4.2 DualM odCei ruclra Waev�
guied Feed . . .8 7
. . . • . • . • • .
3 . 5 PolairzaitonD egraatdioDnu et oB eam
Scanni.n g. . . . . . . . . . . 9. 6. . . . . . . . . . .
4.0 OFFS-FEETDR EFELCTORS 102
. . . . • . . • . . . . . . • . . .
4.1 Offts eParalbao. .. . 105
.'. . . . . . . . . . . .
4. 1.1 ScannedB eam . . . .1 .1 1.
• . . • .
v
Tableo fC otnents( cnotinude)
PageN o.
4.2 OffseStp hiecarlR efletcor 112
4.3 A ComapriosnB ewteetnh eO ffset
Spehrea ndt heO ffsPearta bola 118
. .
5 . 0C ONCLIUOSNS 121
• • • � • • • • • • • • • • • !• •• •• • • • • • • •
REFERENCES 123
APEPNIDXA . DERVIAITONO FE QUAOTNI (2)·1.2 6
APPENIDXB . EXPA. NISONO FF+ INR ECTA-NGU
LARC OOIRNDATES 128
. • . . . . . . . . .
APPENIDXC . OFFSERTE FLTEOCRC OMPTUER
PROGARM 30
• • • • • • • • • • • • • • • • • 1• •
C Discsusion 1 0
.1 . . . . . • • • . . . • . . . 3.
C.2 DesicprtioonfI npuQtu aniteist
Needed bPyr ortgahme 131
. . • . .
vi
Listo f Illustrations
FigureN o. Title Page
No.
1 Multi-beaSmp hericaRle flector 5
2 OffsetS phericaRle flector 8
• . • . . � . .
3 Coordinate Defintfioorn Osf fset
Reflector.s 12
. . . . . . . . . . . . ... . . . . . . . . .
4 Coordinatefso r DisplaceFde ed 27
• • . .
5 "SideV iew"o f OffsetP arabolic
Reflector. . . . . .. .. .. 3 .4. .. .. . . . . . . .
.
6 "SideV iew"o f a SphericaRle flector3 6
7 Huygen'Sso urce 41
. . • . . • • . . • • . . . . . . . •
8 Rectangular WavegFueiedde 43
. . . . . . . •
9 CoordinatSey stemf or Secondary
Pattern . . . . . . . . 5. 5. . . . . . . . . . . . . . . . .
.
10 Currentsf or Parabolaw ithE lectric
DipoleF eed 68
• . • . . . . . . . . • • • • • • . • . . . .
11 l/J vs. f/D for SymmetricalR e-
max
flectors 71
. • . • . . • . . . . . . � . . . . � . . . . • . .
12 Cross�PolarizLeodb esf or a Symmetrical
Parabolaw ithE lectriDci poleF eed 73
13 ComputeCdr ossP olarizatiovns . f/D
for Parabolaw ithE lectric Dipole
Feed. D/A 15 75
= . . . . • • . • . . . . • . • . . . •
14 Patternsf or Parabolwai thD /A = 15
TE ModeR ectangulaWra veguidFee ed 77
.
1 0
15 CurrentD istributioinn the � = 45°
Planef or SymmetricalP arabolaw ith
TE ModeF eed 80
··� · · ··· ·· · · ·· ·· · · · ·
1 1
16 Radiuso f TE ModeF eedR equiredt o
11
Provide- 10dB EdgeC urrentf or
SymmetricaPla rabola 82
· ···· · · · ···· ·•
vii
'· --
.
Lisotf I lulstartion(soc ntiune)d
FigurNeo . Title PagNeo .
17 Peka Leevlo fC ross-Poalrized
CurrentKy,' ,f orT E1 1Mo de
Circluarw aevguiFdeee d. . .........8 4
18 Pat.rtnesf orP arabloaw iht TE Mode
Fee.d D/A= 15· · · · · ·� ·· · · · ·! 2. . . . 85
19 Maximm Luevel of oCssr Polairzed
Lobves .f /Df orS ymemtriaclR e­
felctorwsit hT E Mode Feed 86
• • . . . •
1 1
20 Cross-PloairzedP arabolaC urrenvtss.
� forD ualM odCei crualrW aveguide
Feed. (/aA= 0.8) 90
. . • . . • • .... . • • . .
21 Cross-Ploairzatino CurreDnitts rbiu.-
tino fora Paarbloaf edw iht Da ula
ModCe ircularW aveigduew hePn is
�M ·
Adjtuesdt oM iinmiez Kya tV ar1ous
Valuoefs� �(=� ) .a /A= 0.8 92
M . • . . .
22 Cross-lPaoirzatni Courretn forP arab­
olaw iht Da ualM odCe icrularW ave­
gudiev s. Evlautaeda tt heA nlge
whereK hPaTMsi tsP eka forP =O 93
y TM . • .
23 Cross-PloairztaioLno befso rS ym­
metricalP arabloaw iht DualM ode
CicrularW avueigdFee ed 94
. .. • . • . . . . .
24 MaixmuCmro ssP-olaraitizonR adiation
froma SymmerticaPlaa rbloaw iht Dual
ModCe ircualrW aevguiFdeee dv s.
95
pT M• • •• • • • •• •• ••• • • • • • • • •• ••• �• • • •
25 P which Minimisz teheM aximum
TM
Cross-Polzaartini Courrent( k)y for
a DuaMlo dCei crulra waevguei Fdeed9 7
26 Effetc ofB ema ScannifnogrS ymmetri-
calP arabloa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 8
27 PoalrziatiPounr iyt forP arabloaw iht
ScannBeedma . . . . . . l·oo
• . . . . . . . . . . . . . . •
28 ReflecotrC urretnsf orO fsfet Reflec­
torwsi ht "Vertiaclyl"P olriazeFde ed
Antenna 103
· · ·· · · · · · · · · ·!·"�" !."!! •.· · · ··
viii
Lisotf I llutsraotnis{ ocntin}u ed
FiguNroe. Title PageN o.
29 H-lPnaeP atterfno rO ffset
Paraobla. . . . . . .. .. . . .1 0. . . . . . . . . . . . .
. 7
30 H-lPaneP attrensf orO ffste Paarb­
olaw iht GeenrlaizedH uyge'nsS ource
Feed . . ... . . . .. .. 1.1.0 . . . . . .
. . . . . . . . . . ���
31 OffsePtar abloaw iht BeaSmca nned
8°i nt heH -lPane 113
. . . . . . . . . • . . . • . . .
32 Compraisno BewteeCno mputaendd
MeasureEd-P laneP atterfnosr
OffseStp hreicla Refletcor. . . . 114
. . . .
33 Compraisn oBetweCeomnp uteandd
Measurde "H-PlaPnatet"e rnfso r
OffseStph ercialR efletcor 116
. • • . . . . .
34 Effecotf F ocsiung forS phercial
Refelctors. . . . . . . 1.17 . . . . . . . . . . . . . . .
.
35 Comparisno BewteeOnf fseStph ere
andO fsfetP aroalab withS cnaned
Beam . 120
• • . . . • • • . . . . . • . • • • • • • • • • • • • • .
ix
ABSTRACT
OFFSETA NDS YMMREICTALR EFLECATNOETRN NAS
Polarziatni aondP attern Effesc t
by
DanieFlr ansc DiiFonzo
Matser ofS ciencei nE nginereign
Januar1y,9 72
Ana nalysiosf p olarizatino andp atterne fefcst is
prseentefdo rp arbaolican ds phericraelf cltoersw hihc
aree ihters ymmetriacllyo ro ffsfeetdb y"points ourc"e
antnenass ucha se lercitca ndm agtneicd ioplesr,et cangu-
larw aevgudies,a ndd uamlo dcei rlcaurw aveigdue.s A
computperro griasmp rseentewdhi hc yiledst he cvtoer
farf ied lpatternso fa nubmero ff eeadn dr efelcotr
combinationsb aseodn t hen umreiacli nteagtrino of
induceds urfacceur ren.t Fsors mymetricalr efelcotrs
it sihsow nt ha"tH uyg'essn ource"f eeds bceua.sn e d
toe limitneac ross-polarizedr eflecotrr adaitino and
thatth es mallc icrularw avgeuidfee eids a lmots ideal
fromt hisv iwepoin.t Iti sa lssoh wont hatth ei nrto-
dutcion ofc ontlreloda mountosf T M modien ot ac ir-
1 1
culawrae vguifdeee rdes ulst inc ross polairaztionr e-
dutcino fora widrea ngoef s ymmetrailcr eflcetor
paratmeer.s Thes acnnniga ndp olraizatino properties
ofo ffsestph eersa ndp arbaoalsa rec ompadre.
X