微波仿真论坛_微波仿真论坛_feko5.4新例子(25,27,28,29,30)

25 喇叭馈电大尺寸反射镜

关键词 波导管 喇叭 反射器 PO 孔点源 球模式源 等效源 去藕 远场 用波导管端口激励的圆柱喇叭被用于激励一个频率为12.5Ghz的抛物面反射器。反射器与喇叭天线分离很远而且电尺寸很大（直径为36个波长）。模型如下图25-1。这个模型为了阐述某些feko中为了减少大尺寸模型需要的资源而提供的技术。

图25-1圆喇叭和抛物线反射器

弄清楚如何解决和近似这个问题来减少所需资源是很重要的。某些技术可以用来减少资源的需求如下：

? 对于大尺度模型运用快速多层多极子（MLFMM）代替矩量法。运用快速多层多极

子能够减少相当多的内存。（快速多层多极子的求解可以参照章节25.4的求解结论。）

? 物理光学法（PO）可以用于替代计算部分模型。用PO方法代替MOM计算将进

一步减小资源的需求。

? 分解问题并且运用等效源。可行的等效源如下：

—孔点源：运用等效原理，在区域边界上，用等效的电磁场源代替这个区域。 —球模式源：远场认为是外加源。 25.1 MOM喇叭和PO反射器

先前的例子建立了喇叭和盘。喇叭使用MOM方法模拟而盘反射器用PO方法模拟。

? freq = 12.5e9 (工作频率) ? lam = c0/freq (自由空间波长) ? lam_w = 0.0293 (波导波长) ? h_a = 0.51*lam (波导半径)

? h_b0 = 0.65*lam (椎口孔底半径) ? h_b = lam (椎口孔上方半径) ? h_l = 3.05*lam (椎口孔长度)

? phase_centre = -2.6821e-3 (喇叭相位中心) ? R = 18*lam (反射器半径) ? F = 25*lam (反射器焦点长度)

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? w_l = 2*lam w (波导管长度)

建立喇叭步骤如下：

? 沿z轴建立cylinder，基本中心为（0，0，-w_l-h_l），半径为h_a，高度为w_l，标记

为the cylinder waveguide。

? 建立cone，基本中心为（0,0,-h_l)，基本半径为h_b0，高度h_l，上表面半径为h_b，

标记为the cone flare。

? 合并Union两部分，然后simplify合并后的结果，重新命名为the new part to horn. ? 设置喇叭区域为free space ? 删除喇叭末端的面

? 旋转Rotate喇叭90，可以使喇叭中心沿着x轴，然后把喇叭沿着x轴移动Translate距离phase_centre。 ? 在waveguide的末端，设置local mesh大小为lam/12，在同一面上建立一个波导端口。 ? 在波导端口上加载波导激励（激励基本模式-用默认设置） ? ? ? ?

喇叭建立后，下一步建立抛物线反射器。

建立paraboloid 在点 (0,0,F) 半径 radius R ，深度 depth -F. 标记 Label 为the parabeloid reflector。

更改反射器表面属性face properties 用PO 方法求解。 设定反射器local mesh大小为lam/6.

用在主菜单中Solution settings中solutions option选the High frequency表中激活MOM和PO的去藕the MoM和PO选项。

0? 设置磁对称面（z?0）和电对称面（y?0） 计算要求

建立垂直远场增量为0.25（?900???900,??00） 剖分信息

? Edge length: lam/8.

? Segment length: 不适合。用默认值。

? Wire segment radius: 不适合。用默认值。

储存文档并运行求解器。注意这是一个大尺寸的模拟需要一定的时间完成。被建立的模型在剩余的例子当中被称为原始（―original‖）模型。 25.2 孔激励和PO反射器

现在这一模型通过单独模拟喇叭而进一步精简。计算一系列喇叭附近的远场点然后把它当作反射器的源点。

建立模型

此模型是利用上一个模型存为另一个新名字然后再做出一些改动。首先我们从原始模型中删除碟然后建立一个只包含喇叭的模型。计算近场的点存为一个文件。再次打开原始模型，存为另一个名字。这次将喇叭删掉然后给碟加一个激励。

建立只包含喇叭的模型具体步骤如下： 打开原始模型存为一个新名字

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0? 移除这个模型的所有剖分 ? 移除模型中的反射器

建立一个球面近场原点在(w_l,0,0),半径为1.3*w_l，10???175，50???3550，

00?和?的增量为50。确认在近场要求对话框中的高级表导出为ASCII文件—也就是存储近

电场为一个*.efe文件，存储近磁场为一个*.hfe文件。

剖分已经被建立无需更改。存储文件然后运行求解器。一旦模拟结束，包含反射器的模型就可以建立了。

建立包含反射器和等效孔点源的模型具体步骤如下：

? 打开原始模型存为一个新名字 ? 移除模型所有剖分 ? 移除波导管激励和端口

? 建立一个新孔激励。运用局部坐标系统，设置坐标系的位置为(w_l,0,0)。在

Sourcegroup box中键入*.efe和*.efe的名字。坐标系坐标系是球面坐标系半

径为1.3*w_l，?和?的点数分别为18个和36个。

计算要求

在原始模型中，在没有建立远场计算要求之前没有任何计算要求，移除它们储存并运行求解器。

25.3球面激励和PO反射器

与利用孔激励模型相似，球面模型激励也能够先仅用喇叭计算出来然后作为对反射器的激励。和孔激励相比它运用近场值而球激励模式用远场值。 建立模型

此模型是利用上一个模型存为另一个新名字然后再做出一些改动。首先我们从原始模型中删除碟然后建立一个只包含喇叭的模型。计算远场的点和球面模式系数存为一个文件。再次打开原始模型，存为另一个名字。这次将喇叭删掉然后给碟加一个激励。

建立只包含喇叭的模型具体步骤如下：

? 打开原始模型存为一个新名字 ? 移除这个模型的所有剖分 ? 移除模型中的反射器

00建立一个全二维远场0???180，0???360，?和?的增量为5。确认在远

000场要求表中的高级表，计算球面扩展模式系数为20工作方式。也要输出球面扩展系数到ASCII文件，包含球面模式系数的TICRA.sph文件。

剖分已经被建立无需更改。存储文件然后运行求解器。一旦模拟结束，包含反射器的模型就可以建立了。

剖分已经建立无需改变。存储文件然后运行求解器。一旦模拟完成，包含反射器的模型就可以建立了。

建立包含反射器和等效孔点源的模型具体步骤如下：

? 打开原始模型存为一个新名字 ? 移除模型所有剖分 ? 移除波导管激励和端口

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? 移除模型中喇叭部分

? 在原文件中建立一个新球面模型。在模拟前选择建立*.sph

计算要求

在原始模型中，在没有建立远场计算要求之前没有任何计算要求，移除它们储存并运行求解器。 25.4比较结果

在表25-1中列出了计算所需的资源（内存和CPU时间）。很清楚利用近似可以使资源要求降低。我们还可以看出解决这个问题利用MLFMM方法至少要求5Gb内存和多于2个小时的计算时间。对反射器利用PO近似方法可以是内存减小到190MB求解时间减小到33分钟。

利用分解问题甚至可以进一步减小所需资源的要求。运用孔点源球面源大概需要求解喇叭本身大小的内存145MB。所有对于孔点源求解时间是大约18分钟，而球面模式源需要大约13分钟。

表25-1 对于大尺寸模型运用不同技术资源的对比。

在图25-2和25-3中分别表示了在结果中的不同。我们可以看出这是一个结果的很好的比较，但是随着求解时间的减小，精度也随之减小。在结论中的不同的原因是MLFMM求解的时候将喇叭与反射器的耦合考虑了进去。孔点源的求解精度能够随着近场点数的增加而增加。（但这也需要增加求解的时间）。

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图25-2：180度角运用不同的技术计算反射器天线的增益

图25-3：主要波瓣运用不同的技术计算反射器天线的增益

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27 分小块利用非辐射网络的模式

关键词 网络 S参数 标准 输入阻抗 远场 贴片 馈电网络 非辐射网络 用两种方法模拟2.4Ghz右手圆极化贴片天线。首先拆分这个问题以至于馈电网络特性（s参数存为一个标准文件）然后可以用这个标准文件可以给无辐射网络做馈电贴片。然后合并两个模型（馈电网络和贴片天线）以至于可以展示全面的模拟（模型包含馈电和贴片）。两个模型输入阻抗，模拟时间，内存都是必需要的比较。我们可以看出分成小块的问题可以极大地减小需要的资源，但是没有考虑馈电网络和贴片的场耦合然后会引起一些结果上的不同。 建立模型的步骤要求不是这个例子的部分，但是包含在每一个模型在笔记编辑器中。关于建立过程某些重要点将是图27-1一个馈电网络RHC贴片天线模型。

图 27-1: 馈电网络RHC贴片天线模型

27.1 馈电网络

馈电网络包含一个分支线耦合器在输出信号间分功平均到90度相位差。输出信号利用微带传输线延伸到贴片馈电界面。设计全部系统在120Ω系统（系统或者参考阻抗）。 建立模型

建立模型步骤如下：

? 定义一个新电介质命名为substrate。（电介质常数为2.2， tanδ=0.0012）。 ? 添加一个多层平面基片2.5mm高（无限平面）和电介质材料substrate。一个

完美导电地面应该仅仅放在substrate的底部（这是默认的）。 ? 建立一个输出阻抗为120Ω的分支耦合器

? 建立一个分支耦合器连接到贴片天线的微带传输线截面（这个模型部包含天

线，但稍晚这个模型输入到天线模型来完成模拟）。

? 在馈电结构的四个终端建立四个微带端口。（从输入端口开始，然后是2个将

连接到贴片的输出端口，最后的端口装载一个阻抗；用数字1到4命名这些端口。）

? 在第四个端口上加120Ω负载

? 设置求解频率为从0.8*2.4e9到1.2*2.4e9。对于输出数据文件和设置值到100

激活指定样本。

计算要求

对于1到3端口加入S参数要求（不是那个与负载相连的端口）。所有的端口应该被激活并设置参考阻抗为120。 剖分信息

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? 边缘长度：0.7e-3

? 段长度：没有更加适用的。保留默认值 ? 线段半径：没有更加适用的。保留默认值

保存文件为patch feed bc.cfx然后运行求解器。在POSTEFEKO中显示S参数-这表示分支耦合器工作正常（平均分配功率输出端口之间有90度的相位差。）将一个包含计算过的S参数标准文件导入至工程目录-文件名字为patch feed bc.s3p。 27.2 无辐射馈电网络的贴片

在上一个例子中，我们模拟和掌握贴片天线的馈电网络。仿真的结果（标准文件）运用一般无辐射网络与贴片天线组合。 建立模型

建立模型步骤如下：

? 定义一个新电介质命名为substrate。（电介质常数为2.2， tanδ=0.0012）。 ? 添加一个多层平面基片2.5mm高（无限平面）和电介质材料substrate。一个

完美导电地面应该仅仅放在substrate的底部（这是默认的）。 ? 在原点建立一个贴片宽度为39e-3的长方形贴片天线。

? 在贴片上建立一个槽，这里利用建立然后减去2个多边形平面做馈电。直角多

边形长为6.5e-3宽为2.8e-3。

? 用多边形长为6.5e-3，宽为1.4e-3，建立插入微带馈源。合并结构来保证连接

性。

? 在2个馈电终端建立2个微带端口。

? 从早先建立的（27.1节中）标准文件中导入网络属性，建立一个新的一般无辐

射三端口网络。

? 将关联网络端口连接到相应得微带端口。 ? 在相关网络端口增加一个电压源

? 设置求解频率为从0.8*2.4e9到1.2*2.4e9。对于输出数据文件和设置值到100

激活指定样本。

计算要求

无任何要求在POSTFEKO就会得到在电压源下的输入阻抗。增加一个垂直切面远场计算要求。

注意在无限PEC平面下不存在任何场。远场要求是在无限平面上-85度≤θ≤85度，φ=0度和5度的增加量的点。 剖分信息

两个微带馈源的面需要比贴片剖分的更好些。由几何体的大小我们可以计算出剖分大小。在这些面上设置局部剖分大小为0.7e-3。在建立剖分对话框设置全局剖分。

? 边长度：5.614e-3

? 段长度：没有更加适用的。保留默认值 ? 线段半径：没有更加适用的。保留默认值

保存文件为patch network feed.cfx然后运行求解器。在POSTFEKO中，我们可以得到输入阻抗和远场结果。 27.3 辐射馈电网络的贴片

当比较全部3D模拟结果和所需资源时，做一个无辐射一般网络的馈电的模型的优越性

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可以显现出来。 建立模型

贴片天线模型(patch network feed.cfx) 作为基准模型而分支耦合模型(patch feed bc.cfx)作为导入部分。然后进行完全的模拟。

建立模型的具体步骤如下

? 打开文件patch network feed.cfx，然后保存为patch feed full.cfx ? 删除电压激励，移除一般网络连接然后删除一般网络和所有端口。 ? 导入文件patch feed bc.cfx，导入所有东西并合并相同的变量和媒质。 ? 删除S参数要求

? 删除2端口和3端口（保持1端口和4端口） ? 删除所有网络实体 ? 连接两个结构

? 设置所有怀疑的面和边为―不怀疑的‖（―not suspect‖）

计算要求

剖分设置已经加入。如他们在对话框中的一样简单地设置建立剖分。保存文件运行求解器。 27.4 结果

在表27-1中我们列表举出在求解时间和所需内存的不同。我们看出求解时间几乎被分解问题平分。当用一般无辐射网络代替馈电时，因为没有考虑馈电和贴片之间的耦合场，所以在图 27-2中结果稍微有所不同。当用户必须设计天线或者不能（或者不想）改变馈电网络时，如此大的先进性才能显现出来。在天线开发期间这就允许快速模拟（每个频点模拟需要少于25秒）。在开发后可以验证结果包括贴片和馈电网络包括全3D场的解。

表 27-1: 对于模拟资源的比较

Model 全部模式 网络模式 一般贴片模式 RAM 76 Mb only 35 Mb 4.3 Mb Time 412 202 23 Total Time 412 225 8

图 27-2: 辐射和无辐射馈电输入阻抗（实部和虚部）的路径

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28 对数周期天线

关键词 传输线 偶极子 数组 远场 一个长杆逻辑周期偶极子天线阵运用非辐射传输线的逻辑周期例子。天线设计的工作频率为49.25MHZ工作带宽范围为（35MHZ到50MHZ） 图28-1 运用传输线网络馈电逻辑周期偶极子阵（LPDA）

图28-1 长结构LPDA运用传输线模型

28.1 偶极子逻辑周期阵 建立模型

? 设置模型单位为毫米 ? 建立模型所需的变量

– freq = 46.29e6 (工作频率) – tau = 0.93 (增长因子) – sigma = 0.7 (间隔)

– len0 = 2 (第一个元素长度) – d0 = 0 (firs telment位置)

– rad0 = 0.00667 (firs telement半径) – lambda = c0/freq (自由空间波长) – Zline = 50 (传输线阻抗) – Zload = 50 (并联负荷电阻)

– len1. . . len11: lenN = len(N-1)/tau – rad1. . . rad11: radN = rad(N-1)/tau

– sigma1. . . sigma11: sigmaN = sigma(N-1)/tau

? 运用已定义的变量建立12个偶极子.(建立线（几何体）)数量为N从(dN,-lenN/2,0)

到 (dN,lenN/2,0)

? 在每个偶极子中心增加一个线端口

? 定义11个传输线连接偶极子。每个传输线有一个Zline的阻抗和sigmaN长度。检查

输入输出端口以保证传输线的定位正确。设置每个线Local mesh半径为定义的变量radN

? 对于所有的传输线连接传输线及其元素。运用一般无辐射网络（Y-参数）接收定义

来定义并联负荷。指出一个端口人工接收矩阵（Y11?? 对PORT11连接一般网络

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1） zload

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/fh4g.html