等效源法在 FEKO 中的应用波导阵列天线 FEKO V5.4 系列培训

等效源法在FEKO中的应用波导阵列天线FEKO V5.4系列培训安世亚太(PERA Global)科技(北京)有限公司

概述 • 为什么采用等效方法(必要性) • 对于复杂(如计算未知量大)的问题(如天线罩、天线布局等), 可以通过问题的分解，有效地采用近场或远场等效的方法来把问题简化，降低计算的复杂度，使不能或勉强可以求解的问题能够求解； • 可以有效地提高问题的计算效率 • FEKO中的等效方法列举 • 近场等效法(AP):对于辐射体(天线、设备等)的空间辐射, 可以用封闭(或非完全封闭)包络面上的辐射近场来等效, 即用辐射体的近场作为二次辐射源 • 远场等效法(AR): 对于辐射体(天线、设备等)的空间辐射, 可以采用其远场辐射数据来等效该辐射体的空间辐射, 即把辐射体作为一个点源, 采用远场等效一般要考虑的条件即原则: • R >= 2*lambda*D/(pi^2) 其中D为最大辐射方向系数，lambda是空气中的工作波长，R是辐射体与载体(天线罩、辐射体的载体等)之间的距离 • 电偶极子(A5)与磁偶极子(A6): 任何一个辐射源都可以等效为多个电偶极子与磁偶极子的组合, 所以近场等效中的AP卡最终都转换成多个A5+A6的组合 • 通过计算得到的近场磁场借助于公式I_e = (n x H)*dA得到A5的幅度； • 通过计算得到的近场电场借助于公式I_m = (-n x E)*dA 得到A6的辐射； • 这些等效方法主要的应用场合: • 1:天线罩、2:反射面及阵列天线、3: 多天线布局、4:包括多个辐射源的复杂系统EMC、5: 等等

定义9个近场计算区域 举例说明 • 以3x3矩形阵列天线为例, 采用参数化来演示AP卡在FEKO中的应用 • 练习FE卡的使用(注意FE的排列顺序是按照其名称来进行排序的(***)、每一个FE卡计算得到的近场数据由定义的Start和End来决定-可以通过亲自调整来体会) • 练习AP卡的使用(AP卡是通过读取FE计算得到的近场数据，所以对于多个AP要注意其顺序) • 采用辐射体周围非封闭包络面(口径面-取主要贡献)上的场信息来模拟其辐射

目的 • 通过该教程达到以下目的: • 1、熟练掌握FEKO的操作； • 2、FEKO中近场的设定及计算 • 3、FEKO中AP卡的设定 • 4、了解近场计算(FE)中的设定参数与AP卡中设定的参数之间的关系，这非常重要:

CadFEKO工作界面描述 工作菜单视图及工作平面工具条参数定义选择模型中的体选择模型中的面选择模型中的棱显示工作平面的网格切面视图显示工作平面 3D视图树形管理器介质定义模型创建网格创建端口定义建模及模型处理求解定义电参数设置优化定义模型及网格属性消息窗口

例一:3x3矩形阵列天线

定义主要的参数 • 打开Cadfeko, 创建“horn_array_3x3.cfx” • 通过双击“树形管理器”中的参数定义“Variables”节点添加参数: • 依次定义以下主要参数: • freq=3.0e9 • lam = c0/freq • sf=0.001 • step=lam/2 • steps=step*2 • wg_a=72*sf • wg_b=34*sf • wg_L=90*sf • flare_a=72*sf • flare_b=100*sf • flare_h=100*sf • horn_w=flare_a*0.9 • horn_h=flare_b*0.9 • n_x=11 • n_y=21

定义计算近场: NearField1 • 在“树形管理器”选中“Solution->Calculation”点击鼠标右键选择“Request near fields”: • Postion: • Start: (-horn_h/2, -horn_w/2,0); End: (horn_h/2, horn_w/2,0) • Increment: (horn_h/(n_x-1), horn_w/(n_y-1),0) • Coordinate: • Coordinate System: Cartesian • Origin: (-steps, -steps-lam/60/2, 0) • Label: NearField1 • Advanced: 选中Export fields to ASCII file (*.efe, *.hfe) • Create 所计算口径区域的中心位置

定义计算近场: NearField2 • 定义NearField2 • Postion: (与NearField1相同的设置) • Start: (-horn_h/2, -horn_w/2,0); End: (horn_h/2, horn_w/2,0) • Increment: (horn_h/(n_x-1), horn_w/(n_y-1),0) • Coordinate: • Coordinate System: Cartesian • 修正 Origin: (0, -steps-lam/60/2, 0) • Label: NearField2 • Advanced: 选中Export fields to ASCII file (*.efe, *.hfe) • Create 所计算口径区域的中心位置

定义计算近场: NearField3 • 定义NearField3 • Postion: (与NearField1相同的设置) • Start: (-horn_h/2, -horn_w/2,0); End: (horn_h/2, horn_w/2,0) • Increment: (horn_h/(n_x-1), horn_w/(n_y-1),0) • Coordinate: • Coordinate System: Cartesian • 修正 Origin: (steps, -steps-lam/60/2, 0) • Label: NearField3 • Advanced: 选中Export fields to ASCII file (*.efe, *.hfe) • Create 所计算口径区域的中心位置

定义计算近场: NearField4 • 定义NearField4 • Postion: (与NearField1相同的设置) • Start: (-horn_h/2, -horn_w/2,0); End: (horn_h/2, horn_w/2,0) • Increment: (horn_h/(n_x-1), horn_w/(n_y-1),0) • Coordinate: • Coordinate System: Cartesian • 修正 Origin: (-steps, 0, 0) • Label: NearField4 • Advanced: 选中Export fields to ASCII file (*.efe, *.hfe) • Create

定义计算近场: NearField5 • 定义NearField5 • Postion: (与NearField1相同的设置) • Start: (-horn_h/2, -horn_w/2,0); End: (horn_h/2, horn_w/2,0) • Increment: (horn_h/(n_x-1), horn_w/(n_y-1),0) • Coordinate: • Coordinate System: Cartesian • 修正 Origin: (0, 0, 0) • Label: NearField5 • Advanced: 选中Export fields to ASCII file (*.efe, *.hfe) • Create

定义计算近场: NearField6 • 定义NearField6 • Postion: (与NearField1相同的设置) • Start: (-horn_h/2, -horn_w/2,0); End: (horn_h/2, horn_w/2,0) • Increment: (horn_h/(n_x-1), horn_w/(n_y-1),0) • Coordinate: • Coordinate System: Cartesian • 修正 Origin: (steps, 0, 0) • Label: NearField6 • Advanced: 选中Export fields to ASCII file (*.efe, *.hfe) • Create

定义计算近场: NearField7 • 定义NearField7 • Postion: (与NearField1相同的设置) • Start: (-horn_h/2, -horn_w/2,0); End: (horn_h/2, horn_w/2,0) • Increment: (horn_h/(n_x-1), horn_w/(n_y-1),0) • Coordinate: • Coordinate System: Cartesian • 修正 Origin: (-steps, -steps-lam/60/2, 0) • Label: NearField7 • Advanced: 选中Export fields to ASCII file (*.efe, *.hfe) • Create

定义计算近场: NearField8 • 定义NearField8 • Postion: (与NearField1相同的设置) • Start: (-horn_h/2, -horn_w/2,0); End: (horn_h/2, horn_w/2,0) • Increment: (horn_h/(n_x-1), horn_w/(n_y-1),0) • Coordinate: • Coordinate System: Cartesian • 修正 Origin: (0, -steps-lam/60/2, 0) • Label: NearField8 • Advanced: 选中Export fields to ASCII file (*.efe, *.hfe) • Create

定义计算近场: NearField9 • 定义NearField9 • Postion: (与NearField1相同的设置) • Start: (-horn_h/2, -horn_w/2,0); End: (horn_h/2, horn_w/2,0) • Increment: (horn_h/(n_x-1), horn_w/(n_y-1),0) • Coordinate: • Coordinate System: Cartesian • 修正 Origin: (steps, -steps-lam/60/2, 0) • Label: NearField9 • Advanced: 选中Export fields to ASCII file (*.efe, *.hfe) • Create • Close

设定计算方法及计算运行 • 点击菜单“Solution->solution setting” • 选择MLFMM算法 • 点击菜单“File->Save as”, 把该工程存储为“horn_array_3x3.cfx” • 点击“Run->runfeko”开始运行

结果显示-3D • 在Cadfeko中点击“Run->PostFEKO” 2 1 3 4

结果显示-2D:远场方向图 1 3 2

结果显示-2D:远场方向图 6 4

采用近场等效的方法来处理 • 在Cadfeko中, 点击菜单“File->Save as”, 创建新的工程文件“horn_array_3x3_Aperture_Source.cfx” • 以下所有的操作都是针对工程文件“horn_array_3x3_Aperture_Source.cfx”来进行 • 删除“树形管理器”Mesh节点中的内容: “Union1”、“Union1_1”、“Union1_2” • 展开Solution->Excitations, 同时选中“WaveguideExcitation1”到“WaveguideExcitation9”, 点击鼠标右键选择“Delete”, 或者选择“Include/Exclude”(抑制掉)

采用近场等效的方法来处理 • 展开Solution->Calculation中的Near fields中，同时选中“NearField1”到“NearField9”, 点击“Delete”或“Include/Exclude”;

采用近场等效的方法来处理 • 在3D视图中修正模型的坐标拾取模式为“Geometry point” • 在3D视图区域点击鼠标右键, 选择“Snap to->Geometry point”

采用近场等效的方法来处理 • 双击“树形管理器”中的“Name Points”, 定义9个点分别为(每个口径坐标最小的顶点): • NP_1: (-0.135930819333, -0.151596332989,0) • NP_2: • NP_3: • NP_4: • NP_5: • NP_6: • NP_7: • NP_8: • NP_9: 注意:3D视图中的坐标视角位置拾取方法说明注释: 1> 把光标定在Point区域; 2>同时按住Ctrl和Shift键不放; 3>在3d视图中移动鼠标到需要拾取的模型点的位置, 点击鼠标左键确认; 4>点击Create完成

采用近场等效的方法来处理 • 双击“树形管理器”中的“Name Points”, 定义9个点分别为: • NP_2: (-0.036, -0.151596332989, 0) • NP_3: • NP_4: • NP_5: • NP_6: • NP_7: • NP_8: • NP_9:

采用近场等效的方法来处理 • 双击“树形管理器”中的“Name Points”, 定义9个点分别为: • NP_3: (0.0639308193334, -0.151596332989,0.0) • NP_4: • NP_5: • NP_6: • NP_7: • NP_8: • NP_9:

采用近场等效的方法来处理 • 双击“树形管理器”中的“Name Points”, 定义9个点分别为: • NP_4: (-0.135930819333, -0.05,0.0) • NP_5: • NP_6: • NP_7: • NP_8: • NP_9:

采用近场等效的方法来处理 • 双击“树形管理器”中的“Name Points”, 定义9个点分别为: • NP_5: (-0.036, -0.05, 0.0) • NP_6: • NP_7: • NP_8: • NP_9:

采用近场等效的方法来处理 • 双击“树形管理器”中的“Name Points”, 定义9个点分别为: • NP_6: (0.0639308193334, -0.05, 0) • NP_7: • NP_8: • NP_9:

采用近场等效的方法来处理 • 双击“树形管理器”中的“Name Points”, 定义9个点分别为: • NP_7: (-0.135930819333, 0.0515963329889, 0) • NP_8: • NP_9:

采用近场等效的方法来处理 • 双击“树形管理器”中的“Name Points”, 定义9个点分别为: • NP_8: (-0.036, 0.0515963329889, 0) • NP_9:

采用近场等效的方法来处理 • 双击“树形管理器”中的“Name Points”, 定义9个点分别为: • NP_9: (0.0639308193334, 0.0515963329889, 0)

采用近场等效的方法来处理: 定义激励 • 展开Solution选中Excitations, 点击鼠标右键选择“Aperture field source”

采用近场等效的方法来处理: 定义激励 1

采用近场等效的方法来处理: 定义激励 1 • Excitation: • Use Global coordinates: 选中 • Magnitude scale factor: 1 • Phase of aperture (deg): 0 • Aperture data type: 采用默认 • Source Type: 采用默认 • E-field file: 点击Browse按钮选择“horn_array_3x3.efe”文件 • H-field file:点击Browse按钮选择“horn_array_3x3.hfe”文件 • Start reading from line number: 1 • Coordinate system: Cartesian • Also sample along edges: 选中 • Width(W): horn_h • Height(H): horn_w • Number of points along X/U: n_x • Number of points along Y/U: n_y • Label: ApertureExcitation1 • Coordinates: • Origin： • X: NP_1.x+(flare_b-horn_w)/2 • Y: NP_1.y+(flare_a-horn_h)/2 • Z: NP_1.z • Create

采用近场等效的方法来处理: 定义激励 2 • Excitation: • Use Global coordinates: 选中 • Magnitude scale factor: 1 • Phase of aperture (deg): 0 • Aperture data type: 采用默认 • Source Type: 采用默认 • E-field file: 点击Browse按钮选择“horn_array_3x3.efe”文件 • H-field file:点击Browse按钮选择“horn_array_3x3.hfe”文件 • 修正: Start reading from line number: 1+n_x*n_y • Coordinate system: Cartesian • Also sample along edges: 选中 • Width(W): horn_h • Height(H): horn_w • Number of points along X/U: n_x • Number of points along Y/U: n_y • 修正: Label: ApertureExcitation2 • Coordinates: • 修正: Origin： • X: NP_2.x+(flare_b-horn_w)/2 • Y: NP_2.y+(flare_a-horn_h)/2 • Z: NP_2.z • Create

采用近场等效的方法来处理: 定义激励 2 1+n_x*n_y

采用近场等效的方法来处理: 定义激励 3 • Excitation: • Use Global coordinates: 选中 • Magnitude scale factor: 1 • Phase of aperture (deg): 0 • Aperture data type: 采用默认 • Source Type: 采用默认 • E-field file: 点击Browse按钮选择“horn_array_3x3.efe”文件 • H-field file:点击Browse按钮选择“horn_array_3x3.hfe”文件 • 修正: Start reading from line number: 1+n_x*n_y*2 • Coordinate system: Cartesian • Also sample along edges: 选中 • Width(W): horn_h • Height(H): horn_w • Number of points along X/U: n_x • Number of points along Y/U: n_y • 修正: Label: ApertureExcitation3 • Coordinates: • 修正: Origin： • X: NP_3.x+(flare_b-horn_w)/2 • Y: NP_3.y+(flare_a-horn_h)/2 • Z: NP_3.z • Create

等效源法在 FEKO 中的应用波导阵列天线 FEKO V5.4 系列培训