1、FEKO应用7载体平台多天线布局要点FEKO应用7:EMC系列内容:锥台上收发振子天线的隔离度一、模型描述1.1模型描述:图1:锥台与天线全模型示意图载体的尺寸: 顶部半径: R1=0.25*lam底部半径: R2=0.35*lam高度: L=3*lam遮挡物的尺寸: 宽度: 0.2*lam高度: 0.45*lam厚度: 0.01*lam遮挡物的起始位置:-pos_start=0.3*lam1.2计算方法描述: 采用矩量法-MoM1.3计算参数: 遮挡体在固定位置的时候,收发振子天线之间的隔离度计算,分别采用S参数法和功率法;固定频率下,采用S参数法,通过扫参方法(Grid Search)来分
2、析得到隔离度随遮挡体位置改变的规律曲线。二、主要流程:启动CadFEKO,新建一个工程:multi_ants_coupling_on_cone_platform_s21.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=100e6工作波长:lam = c0/freq天线高度:ant_H=lam/4天线离锥台顶部的距离:ant_pos0=0.1*lam锥台的长度:L=3*lam遮挡体的位置参数-扫参参数:dis=0遮挡体的起始位置:pos_start=L*0.3锥
3、台的顶部半径:R1=0.25*lam锥台的底部半径:R2=0.35*lam图2:变量定义2.2:模型建立:锥台模型建立:点击菜单“Construct”,选择“Cone”,弹出“Create Cone”对话框:进入“Workplane”标签,修改 V Vector 为:(X: 0.0, Y:0.0; Z: -1)进入“Geometry”标签: Base Centre: (U: 0.0 ; V: 0.0 ; N: -L/2) Base radius (Rb):R1 Height (H):L Top radius (Rt):R2 Label:Cone 点击“Create”。 图3:创建锥台模型定义工
4、作平面:在左侧树型浏览器中,选中“Workplane”节点,点击鼠标右键,选择“Add workplane”或者直接按键盘功能键“F9”,弹出“Create workplane”对话框:把光标定在“Origin”区域,同时按住键盘的“Ctrl+Shift”键不放,在3D视图中移动鼠标拾取下图所示位置的坐标,确定工作坐标系如下图中的所示,Label为workplane1,点击“Create”按钮。图4:定义工作平面天线模型建立:在“Construct”菜单中,点击“Line”,弹出“Create Line”对话框:进入“Workplane”标签: 把光标定在“Origin”区域,同时按住“Ctr
5、l+Shift”键不放,鼠标左键点选新建立的“workplane1”;回到“Geometry”标签: Start Point定义为:(U: 0.0; V: ant_pos0; N: 0.0) End Point 定义为:(U: 0.0; V: ant_pos0; N: ant_H) Label: ant1; 点击“Add”按钮; Start Point定义为:(U: 0.0; V: L-ant_pos0; N: 0.0) End Point 定义为:(U: 0.0; V: L-ant_pos0; N: ant_H) Label: ant2; 点击“Create”按钮; 图5:创建天线模型天线端
6、口定义:在左侧树型浏览器中,选中新建立的天线模型ant1,(或在3D视图中,切换到线选模式,点选ant1模型)在左下角的“Details”树型浏览器中,展开“Wires”节点,选择“Wire?”,点击鼠标右键,选择“Apply-Create port-Wire port”,弹出“Create Wire Port”对话框,采用默认设置,点击“Create”按钮;图6:创建天线1的端口-port1用同样的方法,在ant2与锥台的交点位置上建立端口Port2。图7:创建天线2的端口-port2遮挡体模型建立:在“Construct”菜单中,点击“Cuboid”,弹出“Create Cuboid”对话
7、框:进入“Geometry”标签: Base corner: (U:-0.1*lam; V:0.0; N: 0.0) Width (W): 0.2*lam Depth(D): 0.01*lam Height(H): 0.45*lamLabel: zhedang点击“Create”按钮。图8:定义遮挡体在左侧树型浏览器中,展开“Geometry”节点,选择新建立的“zhedang”,点击鼠标右键,选择“transform-Translate”,弹出“Translate”对话框:进入“Workplane”标签,把光标定在“Origin”区域,同时按住键盘的“Ctrl+Shift”键不放,在左侧树型
8、浏览器中的“Workplanes”节点中,点选“Workplane1”;进入“translate”标签: From: (U: 0.0; V: 0.0; N: 0.0) To: (U: 0.0; V: -pos_start; N:0.0) 点击“OK”按钮图9:初始化遮挡体的位置参数化遮挡体的位置:为便于扫参时,该模型沿着锥台的侧壁滑动,高度不变。选中模型“zhedang”,点击鼠标右键,选择“Transform-Translate”,弹出“Translate”对话框:进入“Workplane”标签,把光标定在“Origin”区域,同时按住键盘的“Ctrl+Shift”键不放,在左侧树型浏览器中
9、的“Workplanes”节点中,点选“Workplane1”;进入“translate”标签: From: (U: 0.0; V: 0.0; N: 0.0) To: (U: 0.0; V: dis; N:0.0) 点击“OK”按钮图10:参数化(沿V轴平移dis距离)遮挡体沿锥台侧边的滑动距离在左侧树型浏览器中,展开“Geometry”节点,选择新建立所有模型“ant1,ant2,Cone,zhedang”等,点击鼠标右键选择“Apply-Union”,把新生成的模型更名为“ant_with_zhedang_on_Cone”;选中新生成的模型“ant_with_zhedang_on_Cone
10、”,点击鼠标右键,选择“Apply-Simpify”,弹出“Simplify geometry”对话框,采用默认设置,直接点击“Create”按钮(遮挡体在锥台内部的部分会自动删除)。2.3: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”节点,在弹出的“Solution Frequency”对话框中设置如下:选择:Linearly spaced discrete points;Start frequency (Hz): freq*0.8End frequency (Hz): freq*
11、1.2Number of frequencies: 21点击OK按钮。图11:设置工作频率求解设置:在“Configuration Specific”中,选中“Requests”,点击鼠标右键,选择“Multiport S-parameter”,弹出“Request S-parameters”对话框,按照下表进行设置:编号PortImpedance PropertiesActive1Port150勾选点击“Add”按钮2Port250不勾选点击“Create”按钮图12: 设置S参数计算这时,在左侧树型浏览器上侧的“Configurations”区域,新生成了一个“SparameterConf
12、iguration1”;激励加载:在左侧树型浏览器上侧的“Configurations”区域,用光标点选“StandardConfiguration1”,在树型浏览器,进入“Configuration”标签中,展开“Global”节点,选中“Sources”,点击鼠标右键,选择“Specify sources per configuration”,这时,Source节点会直接从“Global”中跳转到“Configuration specific”中,在“Configuration specific”中,选中“Sources”节点,点击鼠标右键,选择“Voltage source”,弹出“Cr
13、eate Voltage source”对话框,采用默认设置,点击“Create”按钮完成设置。图13:设置电压源,端口参考阻抗为50ohm阻抗加载:在左侧树型浏览器中,在“Configuration”标签,选中“Configuration specific”,点击鼠标右键选择“specify loads per configuration”,再次选中“Configuration specific”节点,选择“Add load”,弹出“Add load”对话框:图14:定义端口2阻抗加载功率加载:在左侧树型浏览器中,在“Configuration”标签,选中“Configuration spe
14、cific”,点击鼠标右键选择“specify Power per configuration”,再次选中“Configuration specific”节点,选择“Power”,弹出“Power settings”对话框:选择:Incident power (transmission line model)Source power (Watt): 1Real part 0f Z0: 50点“OK”。图15:设定输入功率,考虑激励源端口的反射2.4: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 : Sta
15、ndard 线段半径:Wire Segment radius: lam/100 点击:Mesh 生成网格。图16:定义网格划分2.5:提交计算:计算方法采用默认的矩量法“MoM”。进入菜单“Solve/Run”,点击“FEKO Solver”,提交计算。可以选择并行模式。2.6:后处理显示结果:计算完成之后,点击“Solve/Run”菜单中的“PostFEKO”或快捷键“Alt+3”,启动后处理模块PostFEKO显示结果。显示2D结果:切换到“Home”菜单,点击“Cartesian”,进入直角坐标系“Cartesian Graph1”:点击“”下的“SParameter1”,在右侧控制面板
16、中: 在“Traces”区域,选中“SParameter1” 勾选 dB点击“”下的“Load2”,在右侧控制面板中: 在“Traces”区域,选中“Load2” 勾选 dB两种计算方法得到的天线隔离度(S参数法 与 功率法)曲线如下图所示,可以看出两种方法计算的结果完全一致: 图17:天线隔离度曲线(S参数法 vs. 功率法)进入“Home”菜单,点击“Save project”,保存计算结果文件为:“multi_ants_coupling_on_cone_platform_s21.pfs”,关闭Postfeko。2.7:扫参法调整遮挡体的位置-设置修改:切回到CadFEKO中,点击起始菜单
17、的“Save as”按钮,把“multi_ants_coupling_on_cone_platform_s21.cfx”另存为“multi_ants_coupling_on_cone_platform_s21_opt.cfx”。2.7.1 修改求解设置:在左侧树型浏览器上部的“Configurations”区域,选中“StandardConfiguration1”,删除该求解设置,只保留“SParameterConfiguration1”。工作频率修正:在左侧的树型浏览器中,进入“Configuration”标签,展开“Global”,双击“Frequency”节点,弹出“Solution f
18、requency”对话框:选择:Single frequencyFrequency (Hz): freq点击OK按钮。2.7.2 添加扫参优化设计:在左侧树型浏览器中,切回到“Construct”标签;点击菜单“Request”下的“Add Search”,弹出“Add optimization search”对话框:Method Type修改为:Grid search点击“Create”。图18:设置优化方法-扫参在左侧树型浏览器中,自动添加了“Optimisation”节点,新定义Search1也自动生成,展开“Search1”节点,选中“Goals”节点,点击鼠标右键选择“S-matri
19、x goal”,弹出“Create S-parameter goal”对话框:S-parameter label选择: SParameter1Quantity选择:Coupling coefficient(Smn)勾选:Specify input port number (n),并设置为1勾选:Specify output port number (n),并设置为2按照如下表格设置优化目标函数(20*log10(|S21|)):编号OperationValue1选择:Magnitude点击中部的“Add”按钮2选择:Log点击中部的“Add”按钮3选择:Scale20Operator type
20、: Greater thanGoal objective: Single ValueValue: 0.0Label: SParameterGoal1点击OK图19:定义优化目标函数在左侧树型浏览器中,自动添加了“Optimisation”节点,新定义Search1也自动生成,展开“Search1”节点,双击“Parameters”节点,弹出“Optimisation parameters”对话框:在“Variable”区域,选择已定义的变量“dis”;Min Value:0Max Value:pos_start*2Start Value:0Grid Search:31点击“OK”按钮。图20:
21、定义自变量参数2.7.3 网格生成:采用原有的网格即可。2.7.4 提交计算:计算方法采用默认的矩量法“MoM”。进入菜单“Solve/Run”,点击“OptFEKO”(或Alt+6快捷键),提交计算。可以选择并行模式。2.7.5 后处理显示结果:在计算的过程中,可以直接启动PostFEKO,显示优化的动态过程(目标函数的变化以及模型的变化)。在3D视图中,会直接显示载体模型(随着优化的进行,动态显示遮挡体在锥台上的滑动)在“Home”菜单,点击“Cartesian”,生成“Cartesian graphic1”,点击“”下拉图标按钮,选择“Optimisation”,在右侧控制面板中进行如下设置:在“Traces”区域,选中“Optimisation”;在Fixed区域,修正Trace为:Search1.goals.sparametergoal1; 图21:显示优化过程,纵坐标为隔离度,横坐标为遮挡体的位置编号n进入“Home”菜单,点击“Save project”,保存计算结果文件为:“multi_ants_coupling_on_cone_platform_s21_opt.pfs”,关闭Postfeko。
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