微波仿真論壇_Feko 在天線罩設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1、 媒體文章Feko在天線罩設(shè)計(jì)中的應(yīng)用安世亞太(ANSYS-CHINA賈云峰天線罩是航空器中廣泛采用的天線保護(hù)裝置,其引入會(huì)影響天線的方向圖等電磁特性。由于天線罩仿真計(jì)算規(guī)模較大,因此通常軟件難于解決。Feko完美結(jié)合了矩量法和高頻近似方法,在處理這類問題時(shí)游刃有余。本文通過Feko對某型天線罩的分析展示了Feko在處理電大尺寸問題上的卓越能力。在航空領(lǐng)域作為探測、測量、瞄準(zhǔn)、通信的手段,雷達(dá)不可或缺,其性能至關(guān)重要,雷達(dá)天線就是決定雷達(dá)性能的關(guān)鍵部件之一。雷達(dá)工作環(huán)境惡劣,其天線大多設(shè)有天線罩。從理論上講,作為雷達(dá)天線保護(hù)裝置的天線罩對電磁波應(yīng)該是完全透明的,但由于材料、工藝和結(jié)構(gòu)的限制,這

2、種透明是有限的,因此,必須在兼顧結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求的同時(shí),考慮天線罩的電性能,使其盡量接近無罩狀態(tài)的理想值。采用仿真軟件,構(gòu)造虛擬樣機(jī)并進(jìn)行性能分析與優(yōu)化設(shè)計(jì),可以大大降低成本,加快研究進(jìn)度。FEKO是針對天線設(shè)計(jì)、天線布局、RCS分析等而開發(fā)的專業(yè)電磁場分析軟件。FEKO從嚴(yán)格的積分方程出發(fā),以矩量法(MOM及多層快速多級子(MLFMM算法為基礎(chǔ),不需建立吸收邊界條件,沒有數(shù)值色散誤差。Feko完美結(jié)合了高頻分析方法(物理光學(xué)PO,一致性繞射理論UTD,因此非常適合于分析天線設(shè)計(jì)、雷達(dá)散射截面(RCS、開域輻射、電磁兼容中的各類問題。Feko還混合了有限元法(FEM:Finite Elem

3、ent Method,能更精確的處理多層復(fù)雜電介質(zhì)、生物體比吸收率等問題。對于電小結(jié)構(gòu)的天線等電磁場問題,FEKO采用完全的矩量法進(jìn)行分析,保證了結(jié)果的高精度。對于具有電小與電大尺寸混合的結(jié)構(gòu),可以將問題分解后選用合適的混合方法(如用矩量法、多層快速多級子分析電小結(jié)構(gòu)部分,而用高頻方法分析電大結(jié)構(gòu)部分,從而保證了高精度和高效率的完美結(jié)合。采用以上的技術(shù)路線, Feko可以針對不同的具體問題選取不同的方法來進(jìn)行快速精確的仿真分析,使得應(yīng)用更加靈活,適用范圍更廣泛,突破了單一數(shù)值計(jì)算方法只能局限于某一類電磁問題的限制。除了計(jì)算內(nèi)核的高效率和強(qiáng)大的功能外,Feko還具有友好的用戶界面、完善的前后處理

4、功能以及良好的接口兼容性。幾乎所有主流CAD模型都可以直接輸入導(dǎo)入Feko,這一功能大大簡化了復(fù)雜模型的構(gòu)建難度。獨(dú)特的循環(huán)控制進(jìn)一步增強(qiáng)了分析和控制的能力。功能強(qiáng)大完善的后處理模塊可以得出所有我們關(guān)心的物理量,包括S參數(shù)、阻抗、方向圖、增益、極化、場分布、電流、電荷、RCS、SAR等,并可以非常直觀、靈活的二維、三維、動(dòng)畫、圖表及文件等方式輸出。除常規(guī)分析外,Feko還具備自適應(yīng)頻率采樣的寬頻智能化掃頻技術(shù)、時(shí)域分析功能和優(yōu)化設(shè)計(jì)功能,滿足了不同用戶的需求,節(jié)省了設(shè)計(jì)時(shí)間。對天線罩電磁特性的各種分析歸根結(jié)底就是天線罩對天線輻射特性的影響,即對天線方向圖的影響。根據(jù)實(shí)際參數(shù),我們建立了天線口徑

5、激勵(lì)天線罩電磁性能分析模型。罩體采用流行的含蜂窩芯型的“三明治”結(jié)構(gòu),基本參數(shù)為:工作頻率2GHz;口面直徑6.7波長;天線罩深度13波長。在內(nèi)存1G的單機(jī)上計(jì)算,劃分網(wǎng)格54932個(gè),計(jì)算時(shí)間為0.546小時(shí),使用內(nèi)存27.978 MB。所得天線罩材料電磁性能分析結(jié)果如圖。 媒體文章 天線罩表面流分布及對天線方向圖的影響由圖可以看出,天線罩對天線的方向圖影響不大,罩體結(jié)構(gòu)和材料設(shè)計(jì)滿足實(shí)際要求。為了進(jìn)一步考證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性,我們對同一模型采用MOM法和PO方法分別進(jìn)行了計(jì)算,并在后續(xù)工作中與實(shí)測結(jié)果進(jìn)行了對比。結(jié)果顯示,MOM法與PO法的計(jì)算結(jié)果非常吻合,并與后續(xù)實(shí)測數(shù)據(jù)基本一致。在此次項(xiàng)目研制中,利用Feko進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)不但找到了初始設(shè)計(jì)中的失誤并加以修正,而且對其它參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,最終獲得了最優(yōu)的設(shè)計(jì)結(jié)果。這一成功案例也進(jìn)一步表明,FEKO不但計(jì)算方法靈活多樣,而且計(jì)算精度高、速度快,是