FEKO应用7载体平台多天线布局要点.docx
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FEKO应用7载体平台多天线布局要点
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(GridSearch)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“CreateCone”对话框:
进入“Workplane”标签,修改VVector为:
(X:
0.0,Y:
0.0;Z:
-1)
进入“Geometry”标签:
BaseCentre:
(U:
0.0;V:
0.0;N:
-L/2)
Baseradius(Rb):
R1
Height(H):
L
Topradius(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“Addworkplane”或者直接按键盘功能键“F9”,弹出“Createworkplane”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“CreateLine”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:
StartPoint定义为:
(U:
0.0;V:
ant_pos0;N:
0.0)
EndPoint定义为:
(U:
0.0;V:
ant_pos0;N:
ant_H)
Label:
ant1;
点击“Add”按钮;
StartPoint定义为:
(U:
0.0;V:
L-ant_pos0;N:
0.0)
EndPoint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->Createport->Wireport”,弹出“CreateWirePort”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“CreateCuboid”对话框:
进入“Geometry”标签:
Basecorner:
(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“Simplifygeometry”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“SolutionFrequency”对话框中设置如下:
选择:
Linearlyspaceddiscretepoints;
Startfrequency(Hz):
freq*0.8
Endfrequency(Hz):
freq*1.2
Numberoffrequencies:
21
点击OK按钮。
图11:
设置工作频率
求解设置:
在“ConfigurationSpecific”中,选中“Requests”,点击鼠标右键,选择“MultiportS-parameter”,弹出“RequestS-parameters”对话框,按照下表进行设置:
编号
Port
ImpedanceProperties
Active
1
Port1
50
勾选
点击“Add”按钮
2
Port2
50
不勾选
点击“Create”按钮
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“Specifysourcesperconfiguration”,这时,Source节点会直接从“Global”中跳转到“Configurationspecific”中,在“Configurationspecific”中,选中“Sources”节点,点击鼠标右键,选择“Voltagesource”,弹出“CreateVoltagesource”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“Configurationspecific”,点击鼠标右键选择“specifyloadsperconfiguration”,再次选中“Configurationspecific”节点,选择“Addload”,弹出“Addload”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“Configurationspecific”,点击鼠标右键选择“specifyPowerperconfiguration”,再次选中“Configurationspecific”节点,选择“Power”,弹出“Powersettings”对话框:
选择:
Incidentpower(transmissionlinemodel)
Sourcepower(Watt):
1
Realpart0fZ0:
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->Createmesh”弹出“Createmesh”对话框,设置如下:
网格剖分方法Meshsize:
Standard
线段半径:
WireSegmentradius:
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“FEKOSolver”,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“CartesianGraph1”:
点击“
”下的“SParameter1”,在右侧控制面板中:
在“Traces”区域,选中“SParameter1”
勾选dB
点击“
”下的“Load2”,在右侧控制面板中:
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“Saveproject”,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“Saveas”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“Solutionfrequency”对话框:
选择:
Singlefrequency
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“AddSearch”,弹出“Addoptimizationsearch”对话框:
MethodType修改为:
Gridsearch
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-matrixgoal”,弹出“CreateS-parametergoal”对话框:
S-parameterlabel选择:
SParameter1
Quantity选择:
Couplingcoefficient(Smn)
勾选:
Specifyinputportnumber(n),并设置为1
勾选:
Specifyoutputportnumber(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
Operation
Value
1
选择:
Magnitude
点击中部的“Add”按钮
2
选择:
Log
点击中部的“Add”按钮
3
选择:
Scale
20
Operatortype:
Greaterthan
Goalobjective:
SingleValue
Value:
0.0
Label:
SParameterGoal1
点击OK
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“Optimisationparameters”对话框:
在“Variable”区域,选择已定义的变量“dis”;
MinValue:
0
MaxValue:
pos_start*2
StartValue:
0
GridSearch:
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
”(或Alt+6快捷键),提交计算。
可以选择并行模式。
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)。
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“Cartesiangraphic1”,点击“
”下拉图标按钮,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;
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“Saveproject”,保存计算结果文件为:
“multi_ants_coupling_on_cone_platform_s21_opt.pfs”,关闭Postfeko。
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