FEKO应用2-圆波导圆极化天线

FEKO应用2：天线系列内容：圆波导圆极化天线一、模型描述1.1模型描述：图1：波导圆极化天线-全模型示意图1.2计算方法描述：采用矩量法-MLFMM1.3计算参数：圆波导主模圆极化-TE11模式12.5GHz高次模圆极化-TE21模式15GHz计算该类天线的圆极化辐射方向图。二、主要流程：启动CadFEKO，新建一个工程：Circular_waveguide_TE11_LHC.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=12.5e9工作波长：lam=c0/freq波导波长：lam_w=0.0293圆波导半径：wg_r=0.51*lam圆波导高度：wg_L=2*lam_w开口圆喇叭开口半径：horn_r=lam开口圆喇叭底部半径：horn_r0=0.65*lam开口圆喇叭高度：horn_L=3.05*lam图2：变量定义2.2：模型建立：圆波导天线模型建立：点击菜单“Construct”，选择“Cylinder”，弹出“CreateCylinder”对话框：在“Geometry”标签：Basecentre(B):(U:0.0;V:0.0;N:-wg_L-horn_L)Radius(R)：wg_rHeight(H)：wg_LLabel：waveguide点击“Create”;点击“F5”快捷键，在3D视图中适中显示模型。图3：定义圆波导天线波导部分点击菜单“Construct”，选择“Cone”，弹出“CreateCone”对话框：在“Geometry”标签：Basecentre(B):(U:0.0;V:0.0;N:-horn_L)BaseRadius(Rb)：horn_r0Height(H)：horn_LTopradius(Rt):horn_rLabel：flare点击“Create”;图4：定义圆波导天线波导部分在左侧树型浏览器中，展开“Model-Geometry”节点，同时选中新建的模型“waveguide”和“flare”，点击鼠标右键“Apply-Union”（或直接点击键盘的U键），把新生成的模型更名为“horn”；在左侧树型浏览器中，选中模型“horn”，点击鼠标右键，选择“Apply-Simplify”，弹出“Simplifygeometry”对话框，采用默认设置，进行模型冗余处理，（会删除模型waveguide和flare中间的公共面-因为该面的前向和后向区域材料相同，且该面的属性也与前后向区域材料相同）；在3D视图中，选中新建模型horn的顶部面元（z=0的面），点击鼠标右键，选择“Del”，删除该面元;图5：删除顶部面元在3D视图区域，进入面选模式（光标定在模型的某一面上，依次点击鼠标左键，可以在体选、面选上自动切换），选中新建喇叭天线“horn”的最底部面元（z=-(wg_h+horn_L)的面元），点击鼠标右键，选择“Properties”，弹出“Faceproperties”对话框：进入“Meshing”标签：勾选：LocalmeshsizeMeshsize:lam/15点击“OK”按钮。图6：定义波导端口网格2.3：设定波导端口：在3D视图区域，把模型移动和缩放到适合的角度，点击鼠标左键自动切换到面选模式，选中新建圆波导天线底部面元（z=-(wg_h+horn_L)的面元），点击鼠标右键，选择“Createport-Waveguideport”，弹出“Createwaveguideport”对话框：图7：定义波导端口不勾选“Propagationdirectionoppositetonormal”，目的是要使得该面添加的波导信号是向里传播的，即：红色箭头朝里。Label:Port1点击“Create”图8：定义波导端口2.4：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”，弹出“Solutionfrequency”对话框：选择：Singlefrequency;Frequency(Hz):freq点击OK激励设置：在“Global”中，选中“Sources”点击鼠标右键选择“Waveguideexcitation”，弹出“Addwaveguideexcitation”对话框：选择：ExcitefundamentalmodeonlyFundamentalmode:Magnitude:1.0Phase:0Rotation:0点击AddLabel：WaveguideExcitation1图9：定义端口激励Fundamentalmode:Magnitude:1.0Phase:90Rotation:90点击AddLabel：WaveguideExcitation2点击“Create”。图10：定义端口激励求解设置：在“Configurationspecific”中，选中“Requests”点击鼠标右键选择“Farfields”，弹出“Requestfarfields”对话框：点击“3DPattern”按钮；修改theta的Increment：2Phi的Increment：5.0Label：ff3D点击“Create”。图11：远场方向图求解设置-3DPattern2.5：网格划分：点击菜单“Mesh-Createmesh”弹出“Createmesh”对话框，设置如下：网格剖分方法Meshsize:Custom三角形单元尺寸：Trianglesedgelength:lam/8点击：Mesh生成网格。图12：定义网格划分2.6：设置计算方法点击菜单“Solve/Run”中的“SolverSettings”，弹出“SolverSettings”对话框，进入“MLFMM/ACA”标签：勾选：Solvemodelwiththemultilevelfastmultipolemethod(MLFMM)点击“OK”图13：设置计算方法为MLFMM2.7：提交计算：进入菜单“Solve/Run”，点击“FEKOSolver”，提交计算。可以选择并行模式（有指导老师演示如何设置并行或查看相应的手册说明-如：“FEKO软件安装中文手册”）。2.8：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：在“Home”菜单，点击“Cartesian”，进入直角坐标系“CartesianGraph1”，点击“Farfield-ff3D”，会在直角坐标系中直接显示phi=0度极化平面上的2D增益方向图，在右侧控制面板的Traces区域，自动生成ff3D，选中Trace：ff3D，在控制面板中进行设置：可以看到并修改为：Independentaxis(Horizontal):Theta(wrapped)Fixed-Phi:0deg(wrapped)勾选：LHC勾选：dB图14：XOZ平面辐射方向图-左旋圆极化在右侧控制面板的Traces区域，选中ff3D，点击快捷键“Ctrl+K”复制成ff3D_1，选中ff3D_1，在右侧控制面板中，修改设置为：勾选：RHC勾选：dB图15：XOZ平面辐射方向图-右旋圆极化在“Home”菜单，点击“Cartesian”，进入直角坐标系“CartesianGraph2”，点击“Farfield-ff3D”，在右侧控制面板的Traces区域，自动生成ff3D，选中Trace：ff3D，在控制面板中进行设置：可以看到并修改为：Independentaxis(Horizontal):Theta(wrapped)Fixed-Phi:90deg(wrapped)勾选：LHC勾选：dB图16：YOZ平面辐射方向图-左旋圆极化在右侧控制面板的Traces区域，选中ff3D，点击鼠标右键，选择“Duplicatetrace”复制成ff3D_1，选中ff3D_1，在右侧控制面板中，修改设置为：勾选：RHC勾选：dB图17：YOZ平面辐射方向图-右旋圆极化显示该波导结构的模式：在“Home”菜单，点击“Outfile”中的“Circular_waveguide_TE11_LHC.out”文件，直接打开该文件，拉动右侧的滑动条，显示如下内容：图18：模式分布进入“Home”菜单，点击“Saveproject”，保存计算结果文件为：“Circular_waveguide_TE11_LHC.pfs”，关闭Postfeko。2.9：高次模圆极化-修改设置：在CadFEKO中，始菜单的“Saveas”按钮，把工程“Circular_waveguide_TE11_LHC.cfx”另存为“Circular_waveguide_TE21_LHC.cfx”。2.9.1：修改激励设置在左侧树型浏览器，切换到“Configuration”，展开“Global-Sources”节点，删除“WaveguideExcitation2”，双击已经建立的“WaveguideExcitation1”，弹出“Modifywaveguideexcitation”对话框：选择：Specifymodesmanually按照下述列表中的值进行设置NoTypemnMagnitudePhaseRotation1TE211002TE2119045Label：WaveguideExcitation1点击“OK”。图19：修正激励设置2.10:提交计算进入菜单“Solve/Run”，点击“FEKOSolver”，提交计算。2.11：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：在“Home”菜单，点击“Cartesian”，进入直角坐标系“CartesianGraph1”，点击“Farfield-ff3D”，会在直角坐标系中直接显示phi=0度极化平面上的2D增益方向图，在右侧控制面板的Traces区域，自动生成ff3D，选中Trace：ff3D，在控制面板中进行设置：可以看到并修改为：Independentaxis(Horizontal):Theta(wrapped)Fixed-Phi:0deg(wrapped)勾选：LHC勾选：dB图20：XOZ平面辐射方向图-左旋圆极化在右侧控制面板的Traces区域，选中ff3D，点击快捷键“Ctrl+K”复制成ff3D_1，选中ff3D_1，在右侧控制面板中，修改设置为：勾选：RHC勾选：dB图21：XOZ平面辐射方向图-右旋圆极化进入“Home”菜单，点击“Saveproject”，保存计算结果文件为：“Circular_waveguide_TE21_LHC.pfs”，关闭Postfeko。