FEKO应用4-相控阵天线

FEKO应用4：天线系列内容：线性偶极子相控阵一、模型描述工作频率：freq=1GHz天线：采用51源偶极子组成的偶极子阵列（垂直极化放置）天线振子长度：0.45*lam，沿X方向平行排列天线阵列单元排布规律参见文本格式文件[图2所示]：../started/arrayLayout.inc天线阵列单元的激励幅度和相位参见文本格式文件[图3所示]：../started/Mag_phase.inc注：上述两个文件中单元的幅度和相位排布要和坐标位置排列对应，如单元位置文件的第二行描述的是端口1，在单元激励幅度与相位文件的第二行对应的就是端口1对应的激励和相位。注：该例子中天线阵列单元排布规律文件的坐标值是以m单位给定的，所以在CadFEKO中建模的时候，也是采用m的单位，这个要注意对应。天线单元的复制和激励的添加均在EditFEKO中完成。图1：阵列的模型示意图图2：天线阵列各单元的位置（X坐标、Y坐标、Z坐标），第一行是注释图3：天线阵列各单元的幅度和相位（幅度、相位组合1、相位组合2…）第一行描述主瓣指向角度与第二行均为注释行二、主要流程：启动CadFEKO，新建一个工程：dipole_array.cfx，在以下的各个操作过程中，可以即时保存做个的任何修正。2.1定义变量：在左侧树型浏览器中，双击“Variables”节点，依次定义如下变量：工作频率：freq=1e9工作波长：lam=c0/freq2.2模型建立：天线模型建立：在“Construct”菜单中，点击“Line”，弹出“Createline”对话框，定义线段的起始点坐标：StartPoint(U:0.0,V:0,N:-lam*0.225),Endpoint(U:0.0,V:0.0,N:lam*0.225)，Label:dipole，点击“Create”。图4：天线模型建立2.3天线端口设置：在左侧树型浏览器中，展开“Model-Geometry”节点，选中新建的“dipole”模型，在左下角的“details”树浏览器中展开“Wires”节点，选择“Wire1”（注：该名称在EditFEKO中进行模型复制平移-TG的时候要对应），点击鼠标右键选择“Createport-Wireport”，在弹出的“Createwireport”对话框中，把“Locationonwire”设置为“Middle”，Label：Port1（该端口的编号也和EditFEKO中应用端口复制平移TG命令用到的编号对应），点击“Create”按钮。图5：端口的定义2.4电参数与求解设置：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“VoltageSource”，弹出“Addvoltagesource”对话框，采用默认设置，点击“Create”。图6：设置电压源激励辐射远场设置：在“Configurationspecific”中，选中“Requests”点击鼠标右键选择“Farfields”，弹出“Requestfarfields”对话框：图7：设置3D远场点击“3Dpattern”，修正步长“Increment”中Theta的值为1，phi的值为1，Label：ff3D，点击Add；点击“Horizontalcut(UVplane)”按钮：Start：(Theta:90;Phi:0)End：(Theta:90;Phi:180)修正步长“Increment”：Theta的值为0，Phi的值为0.5label：ffXOY;点击“Create”。图8：设置XOY面的远场求解方法设置：采用默认的矩量法，不需要进行设置2.5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****采用自定义方式线段剖分单元长度Wiresegmentlength:lam/15线段剖分单元半径：Wiresegmentradius:lam/80点击：Mesh生成网格。图9：网格划分设置2.6阵列的生成：由于阵列的单元（51个）比较多，在CadFEKO中为每个单元设定端口和激励效率相对比较低，由于阵列的单元尺寸是相同的，所以可以在EditFEKO中通过循环来快速生成阵列，并完成对端口激励信号的快速定义。为了保持CadFEKO与EditFEKO设置的一致性（只满足CadFEKO-EditFEKO的单向性，EditFEKO的设置无法返回到CadFEKO），我们在进入到EditFEKO界面的时候，可以锁定CadFEKO中的求解设置，操作如下：在CadFEKO中，先保存工程文件，点击菜单“Solve/Run”中的“EDITFEKO”按钮，启动EditFEKO，弹出“DisableCadFEKOSolutionconfiguration?”对话框，如下，点击“Yes”即可进入EditFEKO界面。图10：选择是否锁定CadFEKO的求解设置每一个工程文件都会对应一个脚本文件（后缀为.pre），该工程自动生成的脚本如下，可以发现在该脚本中包含了：计算方法、材料设置、求解设置、激励、计算远场等全面信息，接下来我们需要在“IN”函数下边写循环生成天线阵列，采用的TG函数（可用来复制、平移或旋转天线单元），在Sources部分，写循环来对端口进行信号加载（如幅度和相位）。图11：EditFEKO自动生成的命令行EditFEKO修改1：把下边的脚本（或者从附带的脚本文件arrayGeneration.txt中复制）复制到“IN”函数的下边：**Generatethearray!!for#i=1to50#x=fileread(arrayLayOut.inc,#i+1,1)#y=fileread(arrayLayOut.inc,#i+1,2)#z=fileread(arrayLayOut.inc,#i+1,3)TG:1:dipole.wire1:dipole.wire1:#i:2::::#x:#y:#zTG:1:dipole.wire1.port1:dipole.wire1.port1:#i:2::::#x:#y:#z!!next复制之后，EditFEKO中的脚本如下：图12：添加完天线阵列复制代码之后的EditFEKO显示说明：函数fileread（）实现从某文件中（如：“arrayLayOut.inc”）读取某行、某列的数值，#x=fileread(“arrayLayOut.inc”,#i+1,1)是从文件“arrayLayout.inc”中读取第i+1行、1列的数据赋给x变量；在EditFEKO，保存修改。EditFEKO修改2：把光标定在“Sources”下边，把A1一行注释掉，即：在A1前边添加“**”（或把光标定在A1这一行，点击Alt+C快捷键来完成注释，Alt+T是取消注释）；把光标定在FR命令行的下边，同时选中NC命令行和DA命令行，点击Alt+C快捷键，把这两行也注释掉，如下图所示：图13：注释部分代码之后的EditFEKO显示把下边的脚本复制到FR命令行的下边（或者从附带的脚本文件arraySource.txt中复制）。!!for#j=1to7**forthenoofthephaseNC:StandardConfiguration_#j!!for#i=1to51**forthecalculationofeachpasecombination#Source_Mag=fileread(Mag_phase.inc,#i+2,1)#Source_Phase=fileread(Mag_phase.inc,#i+2,#j+1)!!if#i=1thenA1:0:dipole.Wire1.Port#i:0:::#Source_Mag:#Source_Phase::::50**VoltageSource1!!elseA1:1:dipole.Wire1.Port#i::::#Source_Mag:#Source_Phase::::50**VoltageSource#i!!endif!!next修改后的EditFEKO脚本如下：图14：添加循环实现信号的加载EditFEKO修改3：把光标定在EditFEKO的最后一行EN命令的上边（包括注释行**Endoffile），添加一行命令“!!next”，该命令是为了和图14中的第一组“!!for”循环对应，修改后的EditFEKO如图15所示：图15：添加循环终止行的代码在EditFEKO中保存做过的修改。2.7预处理并提交计算：点击“Solve/Run”菜单中的“PreFEKO”，检查有无错误，无误之后，可以点击“Solve/Run”中的“FEKOSolver”来提交计算。（也可以关闭EditFEKO，在CadFEKO中提交计算，效果是一样的），在这里我们采用在CadFEKO中提交计算。2.8后处理显示结果：计算完成之后，点击“Solve/Run”菜单中的“PostFEKO”，启动后处理模块PostFEKO显示结果。显示3D结果：在PostFEKO中，启动之后默认显示是3D视图方式，点击“FarField”按钮选择“ff3D”显示3D辐射方向图，在右侧面板中，勾选dB。进入菜单“Result”，点击“Grid”，在3D结果中不显示网格。图16：显示3D计算结果（主瓣指向y轴时）在右侧控制面板最上方的“dipole_array1_source”区域，查看主瓣指向偏离y方向的方向图。图17：主瓣偏离y轴一定角度（60度）时的3D方向图显示2D结果：点击“Home”菜单中的“Cartesian”，进入直角坐标系“Cartesiangraphic1”,在左侧“ModelBrowser”区域，依次选择“StandardConfiguration_1”…“StandardConfiguration_7”中位于“Request”下的“ff_XOY”，用鼠标拖到中间的直角坐标系中，在右侧面板中:在右上方的“Traces”区域，同时选中所导入的曲线“ffXOY_?”；勾选dB；进入菜单“Measure”，选择“Point”中的“Globalmaximum”;图18:2D增益方向图在“Home”菜单中，点击“Save”保存为“dipole_array.pfs”，退出PostFEKO。