FEKO应用7 - 载体平台多天线布局

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*lam

1.2计算方法描述：

采用矩量法-MoM

1.3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“Ctrl+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*lam Label: 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”，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*0.8 End frequency (Hz): freq*1.2

Number 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 1 Port Port1 Impedance Properties 50 点击“Add”按钮 2 Port2 50 点击“Create”按钮

不勾选 Active 勾选

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“SparameterConfiguration1”；

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“Create 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 specific”，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): 1 Real 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 : Standard 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”，在右侧控制面板中：

在“Traces”区域，选中“SParameter1” 勾选 dB

”下的“Load2”，在右侧控制面板中：

点击“

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 frequency”对话框：

选择：Single frequency Frequency (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-matrix goal”，弹出“Create S-parameter goal”对话框：

S-parameter label选择: SParameter1 Quantity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 1 Operation 选择：Magnitude 点击中部的“Add”按钮 2 选择：Log 点击中部的“Add”按钮 3 Operator type: Greater than Goal objective: Single Value Value: 0.0

Label: SParameterGoal1 点击OK

选择：Scale 20 Value

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：0

Max Value：pos_start*2 Start Value：0 Grid Search：31 点击“OK”按钮。

图20：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）。

”（或Alt+6快捷键），提交计算。可以选择

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“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;

”下拉图标按

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。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/j5zv.html