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基于FEKO软件的电大尺寸面天线仿真计算

2015/12/4    来源:Altair    作者:杨玲  冯镳  陈超      
关键字:FEKO软件  天线  仿真  
本文利用FEKO商用软件7.0试用版,分别用高低频混合法(MOM/PO)和多层快速多极子算法(MLFMM)对典型电大尺寸面天线——卡塞格伦天线进行仿真计算,最后给出了计算结果。经对比,计算结果与实测结果有较好的一致性。

1 引言

    对于面天线而言,尤其是电大尺寸或超电大尺寸的面天线,若选取常用的数值计算方法(如矩量法、有限元法等),对计算机的硬件性能要求很高,尤其是内存,很多问题因此无法计算。FEKO软件主要针对电大尺寸物体的电磁辐射和散射问题而设计,采用了高低频算法相结合,基本上能够完成对部分电大尺寸天线的数值计算。

2 FEKO软件简介

    FEKO是针对天线设计、天线布局与电磁兼容性分析而开发的专业电磁场分析软件,它基于矩量法(MOM:Method of Moment),拥有高效的多层快速多极子法,并将矩量法与高频分析方法(物理光学PO:Physical Optics,一致性绕射理论UTD:Uniform Theory of Diffraction)完美结合,从而非常适合于分析天线设计中的各类电磁场分析问题。

    对于电小结构的天线,FEKO中可以采用完全的矩量法进行分析;对于具有电小与电大尺寸混合结构的天线,FEKO中既可以采用多层快速多极子法,又可以采用混合方法:用矩量法分析电小结构部分,而用高频方法分析电大结构部分。而且,FEKO支持天线工程中的各种激励方式,输出天线的各种电性能参数。由于FEKO基于严格的积分方程方法,用户无需对传播空间进行网格划分;且积分方程基于格林函数构建,用户无需设置吸收边界条件;只要硬件条件许可,矩量法(MOM)可以求解任意复杂结构的电磁问题。对于超电大尺寸的问题,使用FEKO的混合方法来进行仿真模拟:对于关键性的部位使用矩量法(MOM),对其它重要的区域(一般都是大的平面或者曲面)使用PO或者UTD。另外,对PO方法,FEKO使用了棱边修正项和模拟凸表面爬行波的福克电流来提高模拟精度。这样,FEKO真正实现了MOM方法和PO/UTD的混合,可以根据不同的电磁问题,对混合方法进行不同范围的组合,可以根据用户的需要进行快速精确的电磁计算,得到满意的精度和速度。

    本文选用高低频混合法(MOM/PO)和多层快速多极子算法(MLFMM)分别对典型电大尺寸面天线进行仿真计算,从而得到计算结果。

3 计算实例

    卡塞格伦天线是一种在通信、测控等领域应用十分广泛的电大尺寸面天线,因此本文选择一个卡塞格伦天线作为计算实例。本天线由旋转抛物面作为主反射面。旋转双曲面作为副反射面,以及馈源放在双曲面的实焦点上构成。

3.1天线几何模型

图1 天线几何模型

图1 天线几何模型

    主反射器口径:D=66λ 副反射器口径:d=9λ

    焦距:Fm=20λ 馈源口面到副反射器顶端间距:Fc=11λ

    抛物面半张角:Ψ0=79.6° 副面半张角θ0=23.5°

    ld=0.83λ ls=2.24λ

    馈源喇叭长度l=4.68λ

3.2软硬件环境及计算方法

    计算机选用HP xw8600工作站,其主要配置为:3.4G Xeon CPU、56G内存、操作系统为Windows XP专业版,计算软件为FEKO软件7.0版本(试用版)。

    计算时选用了两种方法进行比较:一种是MOM/PO混合法,即馈源和副反射面采用矩量法,抛物面采用物理光学法;另—种是对整个天线均采用MLFMM方法。为了便于比较,二者采用相同的网格尺寸。

责任编辑:吴星星
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