应用FEKO一个描述PO方法不同的详细例子.docx

1、应用FEKO一个描述PO方法不同的详细例子FEKO中PO卡不同设置，对计算精度的影响。PO是FEKO中最好的东西，也是FEKO的重大特点，它有机的把MOM和PO结合在一起。在应用的过程中，设计者有时候会怀疑PO的精度，下面我做的数值试验就是研究这个PO的可信度。测试结果会给以后的应用提供经验。为了验证PO方法的不同设置在结果中的作用，我设计了一个模型来验证。模型是一个半波阵子置于立方体前，此立方体边长为一个波长。如下图：半波阵子离立方体前面3/4。所有运用PO算法的均设置了劈形绕射。分别计算了下列各种情况： 纯MOM方法计算 PO方法中的全射线追踪分析，没有设置面之间互相的是否看见。 PO方法

2、中的全射线追踪分析，设置所有面之间互相看不见。 PO方法中的只从外面照亮模型，所有面的法向向外。设置面是否互相看见（设置面是否互相看见与否，计算结果相同）。分析及结论：比较矩量法、PO全射线追踪（没设置面关系）以及法向方向照亮（没设置面关系）结果。结论一 PO方法的两种计算结果和矩量法都有差别。结论二 PO全射线追踪和法向方向照亮结果不一致。问题出在哪儿？（结果是一致的，试验过程有问题。PO方法计算的结果都如蓝线所示，黑线结果错误）结论三 背瓣的计算结果相差较大，说明绕射过去的射线不准确。比较PO全射线追踪（没设置面关系）、PO全射线追踪（设置面关系）和PO外法向方向照亮（没设置面关系）的结果

3、。结论一 全射线追踪不设置面的关系和设置面的关系结果居然不一样？（原因同上）结论二 全射线设置面关系和外法向方向照亮结果一样。说明外法向照亮实际上就是在这个闭合面上设置各自互相看不见。比较矩量法和PO法向入射得到的表面电流：可以得到如下结论：结论一 矩量法结果在每个边界电流都出现了不同程度的增强，过渡平滑。结论二 PO法只在正对着天线的面上电流和矩量法相近，其他区域的电流过渡不平滑。结论三 边界绕射结果不准确，在左右两边没有达到有效劈绕射，误差较大。观察运用PO时输出文件中有这样几种warning：Incident angle PHII = 303.690068 Deg. WARNING 79

4、3: Incident plane wave illuminates a wedge from the inside（出现9次）WARNING 2339: No further output of warnings 793前一个warning的意思是：在phii=303.69068度时，出现了入射平面波照亮的一个劈形边界是从内部进去的，也就是说有射线从导体模型内部照到劈形绕射出去了，这显然是错误的。后一个warning的意思是：和793警告号一样的警告不在输出文件中列出了。说明这样的错误出现了很多次。经过在FEKO中画图，可以发现PHII = 303.690068 Deg 这个角度是阵子中心和

5、正对着的劈连线在xy面上投影的phi角。如下图：检查程序，发现KL卡定义的劈的开始点和结束点的顺序很重要，开始点指向结束点的方向和面的法向满足右手螺旋规则，否则尖劈绕射就会不工作。在FEKO4.0版本中，KA卡的手册中特别说明，点的顺序是任意的；但是KL卡并没有这么说明，但也没有说明卡中两点的顺序是必要的和怎么定义两点的顺序。在FEKO4.3和5.0中，都没有说明点的顺序是任意的，不过也没有说明点的顺序需要遵守的规则，这是很容易出错的地方。改正了这个问题以后，output文件就不在出现上面的warning。再次比较计算结果。建议在用PO卡的KA卡、KL卡和FO卡时，遵循建模时点的排列顺序选择这

6、几个卡片中所需的点。比较矩量法和PO全射线追踪结果。前面已经说明，设置VS卡与否，不影响PO的计算结果，只是影响计算的时间。结论一 背瓣明显比较吻合结论二 大致的结果相同，只在细节上还存在差别。结论三 通过观察模型的表面电流，劈的绕射纳入了计算。还有一些结论直接总结如下：一次绕射后的劈作为再次辐射的源进行第二次绕射。设置全部的绕射边界最后结果更加精确。细分三角片的剖分让PO结果更加贴近MOM结果，但只是改善很少一点。增大正方体的电尺寸，比较全射线追踪和法向方向照射几种方式，计算时间上的区别：需要说明的是它们的计算结果完全相同。全射线追踪设置VS卡计算时间如下： SUMMARY OF REQUI

7、RED TIMES IN SECONDS CPU-time runtime Reading and constructing the geometry 2.844 2.844 Checking the geometry 7.844 7.843 Initialisation of the Greens function 0.000 0.000 Calcul. of coupling for PO/Fock 16.875 16.875 Calcul. of matrix A 3.672 3.672 Calcul. of vector Y (right side) 0.109 0.110 Solut

8、ion of the linear set of eqns. 0.047 0.047 Determination of surface currents 1.015 1.015 Calcul. of impedances/powers/losses 0.000 0.000 Calcul. of electric near field 0.000 0.000 Calcul. of magnetic near field 0.000 0.000 Calcul. of far field 11.266 11.266 other 0.000 0.000 - - total times: 43.672

9、43.672 (total times in hours: 0.012 0.012)法线方向入射，不设置VS卡的计算时间： SUMMARY OF REQUIRED TIMES IN SECONDS CPU-time runtime Reading and constructing the geometry 2.860 2.859 Checking the geometry 7.875 7.875 Initialisation of the Greens function 0.000 0.000 Calcul. of coupling for PO/Fock 11.766 11.765 Calc

10、ul. of matrix A 3.640 3.641 Calcul. of vector Y (right side) 0.125 0.125 Solution of the linear set of eqns. 0.063 0.062 Determination of surface currents 1.016 1.016 Calcul. of impedances/powers/losses 0.000 0.000 Calcul. of electric near field 0.000 0.000 Calcul. of magnetic near field 0.000 0.000

11、 Calcul. of far field 11.328 11.328 other 0.015 0.016 - - total times: 38.688 38.687 (total times in hours: 0.011 0.011)法线方向入射，设置VS卡的计算时间： SUMMARY OF REQUIRED TIMES IN SECONDS CPU-time runtime Reading and constructing the geometry 2.844 2.844 Checking the geometry 7.843 7.844 Initialisation of the G

12、reens function 0.000 0.000 Calcul. of coupling for PO/Fock 11.797 11.797 Calcul. of matrix A 3.656 3.657 Calcul. of vector Y (right side) 0.109 0.109 Solution of the linear set of eqns. 0.063 0.062 Determination of surface currents 1.000 1.000 Calcul. of impedances/powers/losses 0.000 0.000 Calcul.

13、of electric near field 0.000 0.000 Calcul. of magnetic near field 0.000 0.000 Calcul. of far field 11.266 11.266 other 0.016 0.015 - - total times: 38.594 38.594 (total times in hours: 0.011 0.011)全射线追踪不设置VS卡计算时间如下： SUMMARY OF REQUIRED TIMES IN SECONDS CPU-time runtime Reading and constructing the g

14、eometry 2.844 2.844 Checking the geometry 7.890 7.891 Initialisation of the Greens function 0.000 0.000 Calcul. of coupling for PO/Fock 16.906 16.906 Calcul. of matrix A 3.672 3.672 Calcul. of vector Y (right side) 0.109 0.110 Solution of the linear set of eqns. 0.063 0.062 Determination of surface

15、currents 0.984 0.985 Calcul. of impedances/powers/losses 0.000 0.000 Calcul. of electric near field 0.000 0.000 Calcul. of magnetic near field 0.000 0.000 Calcul. of far field 11.250 11.250 other 0.016 0.015 - - total times: 43.734 43.735 (total times in hours: 0.012 0.012)从计算时间可以看出第三种设置方法最优，其次是第二种，

16、再次是第一种，最后是第四种。把天线离立方体距离拉远，MOM和PO计算结果如下：结论：天线远离散射体，结果吻合较好。其他没有得到非常明显的试验结果不再列出。总结如下： 定义尖劈绕射时，要注意卡片中设置的点次序 一条射线中可以存在多次次绕射（也可以有多次反射）。 全射线追踪和法向方向照射的区别在于计算时间（可用VS卡尽量缩小）。FO卡的运用：考虑这样的模型比较矩量法、全射线追踪daniel方程（设置圆环边界）和全射线追踪louis方程（设置圆环边界）结论一 两个方程和MOM吻合较好，在最大值处电平差约0.5dB结论二 Daniel方程和Louis方程结果几乎一样，后者稍稍更接近MOM解。比较不设置

17、CL卡边界、设置CL卡边界和矩量法结果比较：结论一 设置了CL卡边界的结果稍更接近MOM解。结论二 设置CL卡与否，对结果影响很小。FEKO4.3以后取消了圆柱边界的设置选项。天线远离散射体，把天线拉到5.25处。比较MOM和PO的结果如下：结论一：远离圆柱体，远场增益方向图吻合很好结论二：误差在0.1dB之内其他结论：如果在圆柱面上直接用PO方法，不用FO电流修正，误差和MOM结果相差增大，特别是背瓣。剖分越精细，结果更加接近MOM结果，但是改善很小。讨论圆环边界的绕射作用：一个半径2波长的圆盘前放置一半波阵子，分别计算了MOM、加了CL卡设置的边界和没有边界的散装你关情况。结论一：远场方向图的计算比较准确，三者只是在细微处有差别。结论二：表面电流差别变化规律不一样。加了边界的表面电流变化规律更接近MOM解。