FEKO应用16偶极子阵列天线罩解析.docx
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FEKO应用16偶极子阵列天线罩解析
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=110mm
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“Modelunit”，在“Modelunit”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“ModelExtents”，在“Geometryextents”对话框中，设置Maximumcoordinate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/3.5
3.4：
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“Dielectricmediumproperties”对话框中，定义相对介电常数（Relativepermittivity）和介质损耗正切值（Dielectriclosstangent），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“Createline”对话框，定义线段的起始点坐标：
StartPoint（U:
-lam*0.225,V:
0,N:
0.0）,Endpoint（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“CreateEllipse”对话框，定义中心位置坐标：
CentrePoint（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->CadFEKOmodel（*.cfx）”，选择自带的“radome.cfx”文件，在弹出的“ImportCADFEKOmodel”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Axisdirection（U:
0.0,V:
0.0,N:
1.0）,
旋转角Angle[degrees]:
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?
?
[freespace]”，点击鼠标右键选择“Properties”，在弹出的“Regionproperties”对话框中，设置Regionmedium为“radome”；
在“Regionproperties”对话框中，进入“Meshing”标签:
勾选：
Localmeshsize
Meshsize:
radome_mesh
点击：
OK
3.6：
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“Createport->Wireport”，在弹出的对话框“Createwireport”中，把“Locationonwire”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“Solutionfrequency”对话框：
选择：
Singlefrequency;
Frequency（Hz）:
freq
点击OK
激励设置：
在“Global”中，选中“Sources”点击鼠标右键选择“VoltageSource”，弹出“Addvoltagesource”对话框，采用默认设置，点击“Create”。
辐射远场设置：
在“Configurationspecific”中，选中“Requests”点击鼠标右键选择“Farfields”，弹出“Requestfarfields”对话框：
点击“3Dpattern”，修正步长“Increment”中Theta的值为2，Label：
ff3D，点击Add；
点击“Verticalcut（UNplane）”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“Solversettings”对话框，进入“MLFMM/ACA”标签，选择“Solvemodelwiththemultilevelfastmultipolemethod（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“Solversettings”对话框中，进入“Preconditioner”标签，设置如下：
Stoppingcriterionforresiduum:
0.01
Preconditioner:
Sparseapproximateinverse（SPAI）（8192）
3.8：
网格划分：
点击菜单“Mesh->Createmesh”弹出“Createmesh”对话框，设置如下：
网格剖分方法Meshsize:
Custom****采用自定义方式
三角形面元棱边长度Triangleedgelength:
lam/6
线段剖分单元长度Wiresegmentlength:
lam/15
线段剖分单元半径：
Wiresegmentradius:
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“DisableCadFEKOSolutionconfiguration?
”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：
**Generatethearray
!
!
for#i=1to92
#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:
#z
TG:
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=1to93
!
!
if#i=1then
A1:
0:
dipole.Wire1.Port#i:
0:
:
:
1:
0**VoltageSource1
!
!
else
A1:
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“FEKOSolver”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“FarField”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“Farfield”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“FEKOSolver”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“AddModel”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。
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