FEKO应用12金属球锥体RCS复习过程.docx
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FEKO应用12金属球锥体RCS复习过程
FEKO应用12-金属球锥体RCS
FEKO应用12：
隐身仿真应用系列
内容：
带缝金属球锥体单站RCS
一、模型描述
1.1模型描述：
图1a：
带缝隙球锥体-全模型示意图
1.2计算方法描述：
工作频率3GHz时，分别采用MoM+电对称和MLFMM方法
由于采用多层快速多极子方法，满足金属封闭体，所以可以采用CFIE方法。
水平极化状态下，分别采用MoM+磁对称与高阶矩量法；
1.3计算项目：
计算该金属目标体的单站RCS;
垂直极化（VV）与水平极化（HH）
图1b：
极化方式-水平极化HH（左图）与垂直极化VV（右图）
二、主要流程：
启动CadFEKO，新建一个工程：
cone_sphere_gap_vv_3GHz_mom.cfx，在以下的各个操作过程中，可以即时保存做过的任何修正。
2.1：
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=3e9
长度缩放系数：
in2m=0.0254
工作波长：
lam0=c0/freq
圆锥体长度：
cone_length=23.821*in2m
缝隙长度：
gap_length=0.25*in2m
缝隙半径：
gap_radius=2.697*in2m
球体部分半径：
sphere_radius=2.947*in2m
网格剖分尺寸：
mesh=lam0/10
图2：
变量定义
2.2：
定义相对工作坐标系
在树型浏览器中，双击“Workplanes”节点，或直接按键盘的F9键，弹出“Createworkplane”对话框：
修改Uvector为：
（X：
0.0；Y：
0.0；Z：
-1）
Label：
workplane1
点击“Create”。
图3：
定义工作平面workplane1
在左侧树型浏览器中，展开“Workplanes”节点，可以看到已经定义的“workplane1”，选中“WOrkplane1”点击鼠标右键，点击“Setasdefault”。
图4：
设定workplane1为默认工作坐标系
2.3：
模型建立：
模型建立：
点击菜单“Construct”，选择“Cone
”，弹出“CreateCone”对话框：
在“Geometry”标签：
BaseCentre（B）：
U:
0.0,V:
0.0,N:
0.0
Baseradius（Rb）:
sphere_radius
Height（H）：
-cone_length
Topradius（Rt）：
0
Label：
Cone1
点击“Create”
图5：
定义圆锥体部分
点击菜单“Construct”，选择“Cylinder
”，弹出“CreateCylinder”对话框：
在“Geometry”标签：
BaseCentre（B）：
U:
0.0,V:
0.0,N:
0.0
Radius（R）:
gap_radius
Height（H）:
gap_length
Label:
Cyliner1
点击“Create”
图6：
定义圆柱体部分
点击菜单“Construct”，选择“Sphere
”，弹出“CreateSphere”对话框：
在“Geometry”标签：
BaseCentre（B）：
U:
0.0,V:
0.0,N:
gap_length
Radius（R）:
sphere_radius
Label:
Sphere1
点击“Create”
图7：
定义球体部分
在左侧树型浏览器的“Geometry”节点中，选中新建的“Sphere1”体模型，点击鼠标右键，选择“Apply->Split”，弹出“Split”对话框：
修正Origin：
（U:
0.0;V:
0.0;N:
gap_length）
Plane：
UV
点击按钮“Create”；
模型“Sphere1”被分割成了两部分为“Split_back1”和“Split_front1”
选中“Split_back1”（确认删除的为与圆锥和圆柱重叠的部分），点击键盘的“Del”键，删除该模型；
选中“Split_front1”，点击键盘的功能键F2，把该模型更名为“Sphere1”；
图8：
切割球体
在左侧树型浏览器中，展开“Geometry”节点，选中新生成的所有模型“Cone1”，“Cylinder1”，“Sphere1”，点击鼠标右键，选择“Apply->Union”，把新生成的模型更名为“cone_sphere_with_gap”。
选中该模型，点击鼠标右键，选择“Apply->Simplify”，弹出“Simplifygeometry”对话框，采用默认设置，点击“Create”；（目的是为了删除球体与圆柱以及圆柱与圆锥之间的两个冗余面-因为这两个面前后的Region区域材料相同）
图9：
删除冗余面-Simplify
2.4：
设定对称：
矩量法（MoM）支持电对称、磁对称，点击菜单“Solve/Run”中的“Symmetry”图标按钮，弹出“Symmetrydefinition”对话框：
X=0plane：
Nosymmetry
Y=0plane：
Geometrysymmetry
Z=0plane：
Electricsymmetry（Z=0平面垂直于入射平面波电场极化方向）
点击“OK”。
图10：
定义对称面-几何对称、电对称
2.5：
电参数设置：
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：
在左侧树型浏览器中，展开“Workplanes”节点，选中“GlobalXY”，点击鼠标右键，选择“SetasDefault”。
在“Global”中，选中“Sources”点击鼠标右键选择“PlaneWave”，弹出“AddplaneWaveexcitation”对话框：
选择：
Loopovermultipledirection
Start:
（Theta:
90,Phi:
-180.0）
End：
（Theta:
90,Phi:
0.0）
Increment:
（Theta:
0.0;Phi:
1）
Polarisationangle（degrees）:
0.0
Polarisation:
Linear
Label:
PlaneWave1
点击“Create”按钮
图11：
定义入射平面波
求解设置：
在“Configurationspecific”中，选中“Requests”点击鼠标右键选择“Farfields”，弹出“Requestfarfields”对话框：
修正选择：
Calculatefieldsinplanewaveincidentdirection
Label：
ff_scattering
点击“Create”。
图12：
远场方向图求解设置
2.6：
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
三角形单元尺寸：
Trianglesedgelength:
mesh
点击：
Mesh按钮生成网格。
图13：
定义网格划分
2.7：
提交计算：
进入菜单“Solve/Run”，点击“FEKOSolver”，提交计算。
可以选择并行模式（有指导老师演示如何设置并行）。
2.8：
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。
显示3D结果：
在“Home”菜单中，点击“Farfield->ff_scattering”，在右侧控制面板中，勾选：
dB；
图14:
3D单站RCS显示
显示2D结果：
在“Home”菜单，点击“Cartesian”，进入直角坐标系，点击“Farfield->ff_scattering”，会在直角坐标系中直接显示theta=0度极化平面上的2D单站RCS，在右侧控制面板中：
可以看到并修改为：
勾选：
dB
图15：
垂直极化单站RCS
进入“Home”菜单，点击“Saveproject”，保存计算结果文件为：
“cone_sphere_gap_vv_3GHz_mom.pfs”。
不要关闭Postfeko。
2.9：
其他方法1（MLFMM+EFIE法）：
在CadFEKO中，点击起始菜单的“Saveas”按钮，另存为“cone_sphere_gap_vv_3GHz_MLFMM.cfx”.
2.9.1求解方法设置：
由于MLFMM方法不支持电对称、磁对称，所以原来设定的电对称不起作用。
点击菜单：
“Solve/Run”中的“Solversettings”，弹出“SolverSettings”对话框：
进入“MLFMM/ACA”标签
勾选：
Solvemodelwiththemultilevelfastmultipolemethod（MLFMM）
点击“OK”按钮。
图16：
设置计算方法-MLFMM
2.9.2提交计算：
点击菜单“Solve/Run”，提交计算。
2.10：
其他方法2（MLFMM+CFIE法）：
在CadFEKO中，点击起始菜单的“Saveas”按钮，把“cone_sphere_gap_vv_3GHz_MLFMM.cfx”另存为“cone_sphere_gap_vv_3GHz_MLFMM_CFIE.cfx”。
2.10.1：
设定CFIE
混合积分方程法（CFIE）适用于封闭的金属体，内部填充FreeSpace，且所有面元的法向朝外。
首先，检查所有面元的法向是否正确？
点击菜单“Displayoptions”中的“Colour”图标按钮中“Elementnormal”（即：
按照法向显示面元的颜色，注意，在默认情况下，是按照面元的材料属性来显示颜色），通过颜色来查看哪些面元的法向不对，在下图中，在3D视图中，选中红色的面元，点击鼠标右键，选择“Reversenormals”，可以看到该面元的法向朝外了，即显示绿色。
图17：
修改面元法向
在左侧树型浏览器中，切换到“Contruct”标签，展开“Geometry”节点，选中模型“cone_sphere_gap”，在左下角树型浏览器中，展开“Faces”节点，选择所有的面元，点击鼠标右键，选择“Properties”，弹出“FaceProperties”对话框：
进入“Solution”标签：
修正“Integralequation”为：
Combinedfield
点击“OK”。
图18：
修改面元积分方程方法
在左下角树型浏览器“Details”中，展开“Regions”节点，选择所有的Region?
[PEC]，点击鼠标右键，选择“Properties”，弹出“RegionsProperties”对话框：
在“Properties”标签：
修正Medium为：
Freespace
点击OK
图19：
修改球锥体内部材料为FreeSpace
2.10.2提交计算：
点击菜单“Solve/Run”，提交计算。
2.10.3后处理结果显示：
切换到已经打开的后处理界面，进入“Addmodel”图标按钮，同时读入“cone_sphere_gap_vv_3GHz_MLFMM.bof”和“cone_sphere_gap_vv_3GHz_MLFMM_CFIE.bof”；
在“Home”菜单中，点击“Farfield”中新导入两个工程结果文件中的“ff_scattering”，在右侧面板中，修改设置如下：
同时选择所有的“Traces”
勾选：
dB
图202D结果显示：
MoM+Symmetryvs.MLFMM+EFIEvs.MLFMM+CFIE
保存并关闭postfeko。
2.11：
其他计算3（水平极化）：
切回到CadFEKO，点击“Home”菜单中的“New”，新建一个工程为：
cone_sphere_gap_hh_3GHz_mom.cfx，在以下的各个操作过程中，可以即时保存做过的任何修正。
2.11.1：
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=3e9
长度缩放系数：
in2m=0.0254
工作波长：
lam0=c0/freq
圆锥体长度：
cone_length=23.821*in2m
缝隙长度：
gap_length=0.25*in2m
缝隙半径：
gap_radius=2.697*in2m
球体部分半径：
sphere_radius=2.947*in2m
网格剖分尺寸：
mesh=lam0/10
图21：
变量定义
2.11.2：
创建模型
创建的线（弧线、折线、直线等）的起点和终点会影响扫略出来的面的法向方向。
创建sphere_path：
在“Construct”菜单中，点击“Createellipticarc
”，弹出“Createellipticarc”对话框：
Centrepoint（C）:
（U:
gap_length;V:
0.0;N:
0.0）
Radius（Ru）:
sphere_radius
Radius（Rv）:
sphere_radius
Startangle（A0）:
0.0
Endangle（A1）:
90
Label:
sphere_path
点击“Create”
图22：
创建球体母线sphere_path
创建gap_path：
在“Construct”菜单中，点击“CreatePolyline
”，弹出“Createpolyline”对话框：
Corner1:
（U:
gap_length;V:
sphere_radius;N:
0.0）
Corner2:
（U:
gap_length;V:
gap_radius;N:
0.0）
点击“Add”按钮
Corner3:
（U:
0.0;V:
gap_radius;N:
0.0）
点击“Add”按钮
Corner4:
（U:
0.0;V:
sphere_radius;N:
0.0）
Label:
sphere_path
点击“Create”
图23：
创建缝隙体母线gap_path
创建cone_path：
在“Construct”菜单中，点击“Createline
”，弹出“Createline”对话框：
StartPoint:
（U:
0.0;V:
sphere_radius;N:
0.0）
EndPoint:
（U:
-cone_length;V:
0.0;N:
0.0）
Label:
cone_path
点击“Create”
图24：
创建圆锥体母线cone_path
在左侧树型浏览器中，展开“Geometry”节点，同时选中所有创建的线模型，点击鼠标右键，选择“Apply->Union”，把新生成的模型更名为“base_path”;
选中“base_path”，点击鼠标右键，选择“Apply->Spin”，弹出“Spingeometry”对话框：
Origin：
（U:
0.0;V:
0.0;N:
0.0）
Axisdirection:
（U:
1.0;V:
0.0;N:
0.0）
RotationAngle[degrees]：
360
点击“Create”
把新生成的模型更名为“cone_sphere_gap”;
选中新生成的模型“cone_sphere_gap”，点击鼠标右键，选择“Apply->Simplify”，弹出“Simplifygeometry”对话框，确认选项勾选“Removeedgesonmetalsurfaces”，点击“Create”，即可删除母线，参考图26操作；
图25：
母线绕X轴旋转成体-Spin
图26：
模型简化（删除母线）
2.11.3：
设定对称：
点击菜单“Solve/Run”中的“Symmetry”图标按钮，弹出“Symmetrydefinition”对话框：
X=0plane：
Nosymmetry
Y=0plane：
Geometrysymmetry
Z=0plane：
Magneticsymmetry（Z=0平面平行于入射平面波电场极化方向）
点击“OK”。
图27：
定义对称面-几何对称（Y=0平面）、磁对称（z=0平面）
2.11.4：
电参数设置：
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“PlaneWave”，弹出“AddplaneWaveexcitation”对话框：
选择：
Loopovermultipledirection
Start:
（Theta:
90,Phi:
-180.0）
End：
（Theta:
90,Phi:
0.0）
Increment:
（Theta:
0.0;Phi:
1）
Polarisationangle（degrees）:
90.0
Polarisation:
Linear
Label:
PlaneWave1
点击“Create”按钮
图28：
定义入射平面波-水平极化
求解设置：
在“Configurationspecific”中，选中“Requests”点击鼠标右键选择“Farfields”，弹出“Requestfarfields”对话框：
修正选择：
Calculatefieldsinplanewaveincidentdirection
Label：
ff_scattering
点击“Create”。
图29：
远场方向图求解设置
2.11.5：
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
三角形单元尺寸：
Trianglesedgelength:
mesh
点击：
Mesh按钮生成网格。
图30：
定义网格划分
2.11.6：
提交计算：
进入菜单“Solve/Run”，点击“FEKOSolver”，提交计算。
可以选择并行模式（有指导老师演示如何设置并行）。
2.11.7：
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。
显示3D结果：
在“Home”菜单中，点击“Farfield->ff_scattering”，在右侧控制面板中，勾选：
dB；
图31:
3D单站RCS显示
显示2D结果：
在“Home”菜单，点击“Cartesian”，进入直角坐标系，点击“Farfield->ff_scattering”，会在直角坐标系中直接显示theta=0度极化平面上的2D单站RCS，在右侧控制面板中：
可以看到并修改为：
勾选：
dB
图32：
垂直极化单站RCS
进入“Home”菜单，点击“Saveproject”，保存计算结果文件为：
“cone_sphere_gap_hh_3GHz_mom.pfs”。
不要关闭Postfeko。
2.12：
其他方法1（高阶矩量法）：
在CadFEKO中，点击起始菜单的“Saveas”按钮，把“cone_sphere_gap_hh_3GHz_mom.cfx”另存为“cone_sphere_gap_hh_3GHz_hobf_mom.cfx”。
2.12.1：
设定高阶矩量法
由于高阶矩量法不支持电对称、磁对称，所以原来设定的电对称不起作用。
点击菜单：
“Solve/Run”中的“Solversettings”，弹出“SolverSettings”对话框：
在“General”标签
勾选：
SolveMoMwithhigherorderbasisfunctions（HOBF）
Elementorder:
Order=3.5
点击“OK”按钮。
图33：
设置计算方法-HOBF
2.12.2：
网格划分：
修改已经定义的变量：
mesh=lam0
点击菜单“Mesh->Createmesh”弹出“Createmesh”对话框，设置如下：
网格剖分方法Meshsize:
Custom
三角形单元尺寸：
Trianglesedgelength:
mesh
进入“Advanced”标签：
调节：
Refinementfactor到图34右图所示位置
调节：
minimumelementsize到图34右图所示位置（目的是减少锥体头部的小网格数）
点击：
Mesh按钮生成网格。
图34：
定义网格划分
2.12.3提交计算：
点击菜单“Solve/Run”，提交计算。
2.12.4后处理结果显示：
切换到已经打开的后处理界面，进入“Addmodel”图标按钮，读入“cone_sphere_gap_hh_3GHz_hobf_mom.bof”；
在“Home”菜单中，点击“Farfield”中新导入两个工程结果文件中的“ff_scattering”，在右侧面板中，修改设置如下：
同时选择所有的“Traces”
勾选：
dB
图352D结果显示：
MoM+Symmetryvs.HOBF_MoM
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