FEKO应用16偶极子阵列天线罩解析.doc

FEKO应用16：天线罩透波内容：偶极子阵列天线（带反射板）+单层天线罩一、设计仿真流程二、模型描述工作频率：freq=8GHz天线：采用91个偶极子辐射单元+反射板天线振子长度：0.45*lam，极化方向在X方向天线阵列单元排布规律参见文件：antarrayLayOut.inc反射板离开辐射振子的距离为：0.25*lam反射板半径：R=110 mm天线罩：相对介电常数：epsr=2.23介质损耗正切：tand=0.015天线罩母线文件从radome.cfx文件中读入天线阵列的端口和激励的复制在EditFEKO中完成。三、主要流程：启动CadFEKO，新建一个工程：antarray_with_Radome.cfx，在以下的各个操作过程中，可以即时保存做个的任何修正。3.1：定义长度单位：默认单位是m点击菜单“Home”中的图标按钮“Model unit”，在“Model unit”对话框中，选择mm；3.2：定义容器大小：默认单位是5e+02点击菜单“Home”中的图标按钮“Model Extents”，在“Geometry extents”对话框中，设置Maximum coordinate为5E+03；3.3：定义变量：在CadFEKO中左侧的树型浏览器中双击“Variables”节点，依次定义如下变量：工作频率freq=8e9工作波长lam=c0/freq/0.001介电常数 epsr=2.33损耗正切 tand=0.015天线反射板半径：R=110天线反射板离偶极子阵列的距离：offset=-lam/4天线罩网格剖分标准：radome_mesh=lam/3.53.4：定义材料：在CadFEKO中左侧的树型浏览器中选中“Media”节点，点击鼠标右键，选择“Dielectric”，在弹出的“Dielectric medium properties”对话框中，定义相对介电常数（Relative permittivity）和介质损耗正切值（Dielectric loss tangent），名称定义为“radome”：3.5：模型建立：天线模型：在“Construct”菜单中，点击“Line”，弹出“Create line”对话框，定义线段的起始点坐标：Start Point (U: -lam*0.225, V: 0, N: 0.0), End point (U: lam*0.225, V:0.0, N:0.0)，Label: dipole，点击“Create”。天线模型反射板：在“Construct”菜单中，点击“Ellipse”，弹出“Create Ellipse”对话框，定义中心位置坐标：Centre Point (U: 0.0, V: 0.0 , N: offset), Radius (U)=r, Radius(V)=r，Label: ref，点击“Create”。天线罩模型：在“Home”菜单中，点击“Import-CadFEKO model （*.cfx）”，选择自带的“radome.cfx”文件，在弹出的“Import CADFEKO model”对话框中，按照如下选项设置，点击OK。完成导入之后，可以发现在左侧树型浏览器的“Model-Geometry”中有“radome_base”、“radome_inner”、“radome_outer”，同时选中这三个模型，点击鼠标右键，选择“Apply-Union”，新生成的模型为“Union1”；选中新模型“Union1”，点击鼠标右键“Apply-Spin”，在弹出的“Spin”对话框中，按照下图进行设置：旋转中心Origin：(U:0.0, V:0.0, N:0.0), 旋转轴Axis direction (U:0.0, V:0.0, N:1.0), 旋转角Angledegrees:360；点击“Create”，把新生成的模型“Spin1”更名为“radome”： 天线罩模型材料设置：在左侧树型浏览器的“Geometry”中，选中Radome，在详细树型浏览器中，展开其“Regions”，选择“Region?free space”，点击鼠标右键选择“Properties”，在弹出的“Region properties”对话框中，设置Region medium为“radome”； 在“Region properties”对话框中，进入“Meshing”标签:勾选：Local mesh sizeMesh size: radome_mesh点击：OK3.6：天线端口设置：在左侧树型浏览器的“Model-Geometry”中选择“dipole”，在其“details”树浏览器中展开“Wires”节点，选择“Wire1”，点击鼠标右键选择“Create port-Wire port”，在弹出的对话框“Create wire port”中，把“Location on wire”设置为“Middle”，Label：Port1，点击“Create”。3.7：电参数与求解设置：在左侧树型浏览器中，由“Construct”切换到“Configuration”：工作频率设置：展开“Global”，双击“Frequency”，弹出“Solution frequency”对话框：选择：Single frequency;Frequency (Hz): freq点击OK激励设置：在“Global”中，选中“Sources”点击鼠标右键选择“Voltage Source”，弹出“Add voltage source”对话框，采用默认设置，点击“Create”。辐射远场设置：在“Configuration specific”中，选中“Requests”点击鼠标右键选择“Far fields”，弹出“Request far fields”对话框：点击“3D pattern”，修正步长“Increment”中Theta的值为2，Label：ff3D，点击Add；点击“Vertical cut (UN plane)”按钮，修正步长“Increment”中Theta的值为1，label：ffXOZ，点击“Create”。求解方法设置：点击“Solve/Run”菜单，弹出“Solver settings”对话框，进入“MLFMM/ACA”标签，选择“Solve model with the multilevel fast multipole method (MLFMM)”;为了降低内存，加速收敛，可以修正MLFMM的预调件（默认预调件是SuperLU-8193，可以修正为SPAI-8192）和迭代残差（0.009的计算精度足够，默认值是0.003），在这里我们设置为0.01：在“Solver settings”对话框中，进入“Preconditioner”标签，设置如下：Stopping criterion for residuum: 0.01Preconditioner: Sparse approximate inverse (SPAI) (8192) 3.8：网格划分：点击菜单“Mesh-Create mesh”弹出“Create mesh”对话框，设置如下：网格剖分方法Mesh size : Custom * 采用自定义方式三角形面元棱边长度Triangle edge length: lam/6线段剖分单元长度Wire segment length: lam/15线段剖分单元半径：Wire segment radius: lam/90点击：Mesh 生成网格。3.9：阵列的生成：由于阵列的单元（93个）比较多，在CadFEKO中为每个单元设定端口和激励效率相对比较低，由于阵列的单元尺寸是相同的，所以可以在EditFEKO中通过循环来快速生成阵列，并完成对端口激励信号的快速定义。为了保住CadFEKO与EditFEKO设置的一致性，我们在进入到EditFEKO界面的时候，可以锁定CadFEKO中的求解设置，操作如下：在CadFEKO中，先保存工程文件，点击菜单“Solve/Run”中的“EDITFEKO”按钮，启动EditFEKO，弹出“Disable CadFEKO Solution configuration?”对话框，如下，点击“Yes”即可进入EditFEKO界面。每一个工程文件都会对应一个脚本文件（后缀为.pre），该工程自动生成的脚本如下，可以发现在该脚本中包含了：计算方法、材料设置、求解设置、激励、计算远场等全面信息，接下来我们需要在“IN”函数下边写循环生成天线阵列，采用的TG函数（来复制、平移、旋转天线单元），在Sources部分，写循环来对端口进行信号加载。把下边的脚本（或者从附带的脚本文件arrayGeneration.txt中复制）复制到“IN”函数的下边：* Generate the array!for #i=1 to 92#x=fileread(arrayLayOut.inc,#i+2,1)#y=fileread(arrayLayOut.inc,#i+2,2)#z=fileread(arrayLayOut.inc,#i+2,3)TG: 1 : dipole.wire1 : dipole.wire1 : #i : 2 : : : : #x : #y : #zTG: 1 : dipole.wire1.port1 : dipole.wire1.port1 : #i: 2 : : : : #x : #y : #z!next复制之后，EditFEKO中的脚本如下：说明：函数fileread（）实现从某文件中（如：“arrayLayOut.inc”）读取某行、某列的数值，#x=fileread(“arrayLayOut.inc”,#i+2,1)是从文件“arrayLayout.inc”中读取第i+2行、1列的数据赋给x变量；在EditFEKO，保存修改。把光标定在“Sources”下边，把A1一行注释掉，即：在A1前边添加“*”，把下边的脚本复制到A1一行的下边（或者从附带的脚本文件arraySource.txt中复制）。* Sources!for #i=1 to 93!if #i=1 thenA1: 0 : dipole.Wire1.Port#i : 0 : : : 1 : 0 * VoltageSource1!elseA1: 1 : dipole.Wire1.Port#i : 0 : : : 1 : 0 * VoltageSource#i!endif!next修改后的EditFEKO脚本如下：在EditFEKO中保存做过的修改，点击“Solve/Run”菜单中的“PreFEKO”，检查有无错误，无误之后，可以点击“Solve/Run”中的“FEKO Solver”来提交计算。（也可以关闭EditFEKO，在CadFEKO中提交计算，效果是一样的），在这里我们采用在CadFEKO中提交计算。3.10：后处理显示结果：计算完成之后，点击“Solve/Run”菜单中的“PostFEKO”，启动后处理模块PostFEKO显示结果。在PostFEKO中，启动之后默认显示是3D视图方式，点击“Far Field”按钮选择“ff3D”显示3D辐射方向图，在右侧面板中，勾选dB。显示2D结果：点击“Home”菜单中的“Cartesian”，进入直角坐标系，点击“Far field”按钮选择“ffXOZ”，在右侧面板中，勾选dB。不要关闭PostFEKO，点击保存。3.11：天线阵列辐射计算：在CadFEKO中，把“antarray_with_radome.cfx”另存为“antarray_only.cfx”，在左侧树型浏览器中，进入“Model-Geometry”，选中“radome”，点击鼠标右键选择“delete”。只保留了“dipole”和“ref”。进入“Solve/Run”，点击“FEKO Solver”提交计算。计算完成之后，切换到已经打开的PostFEKO，进入到已经显示的“Cartesian”直角坐标系中。点击“Home”菜单中的“Add Model”按钮，选择“antarray_only.bof”，就可以把天线阵列的辐射结果读进来，以便和带天线罩时的辐射方向图放在一起比较。从图中可以看出：主瓣增益：天线罩使的天线罩下降了约24.8687-22.8878=1.98dB第一副瓣电平SLL抬高了：17.7031-16.0305=1.6726dB。