大型抛物面天线的FEKO仿真计算
FEKO使用指南FEKO
一、 FEKO软件简介FEKO是德语FEldberechnung bei Korpern mit beliebiger Oberflache的缩写，意思是任意复杂电磁场计算，适用于复杂形状三维物体的电磁场分析。
FEKO是一款用于3D结构电磁场分析的仿真工具。
它提供多种核心算法，矩量法（MoM）、多层快速多极子方法（MLFMM）、物理光学法（PO）、一致性绕射理论（UTD）、有限元（FEM）、平面多层介质的格林函数，以及它们的混合算法来高效处理各类不同的问题。
FEKO界面主要有三个组成部分：CADFEKO、EDITFEKO、POSTFEKO。
CADFEKO用于建立几何模型和网格剖分。
文件编辑器EDITFEKO用来设置求解参数，还可以用命令定义几何模型，形成一个以*.pre为后缀的文件。
前处理器/剖分器POSTFEKO用来处理*.pre为后缀的文件，并生成*.fek文件，即FEKO实际计算的代码；它还可以用于在求解前显示FEKO的几何模型、激励源、所定义的近场点分布情况以及求解后得到的场值和电流。
FEKO主要有以下典型应用：天线设计：线天线、喇叭和口径天线、反射面天线、微带天线、相控阵天线、螺旋天线、等等；天线布局：实际上，天线总是装在一个结构上的，这会改变天线的“自由空间”辐射性能；EMC/EMI分析：由于MoM中仅仅需要离散电流流过的表面，FEKO非常适合各种类型的EMC仿真；平面微带天线：FEKO采用全波方法分析微带天线，可以精确获得耦合、近场、远场、辐射方向图、电流分布、阻抗等参数；电缆系统：FEKO与CableMod结合起来，可以非常高效地处理系统中的负责电缆束的耦合以及电缆与天线的耦合问题；SAR计算：不同介质参数区域内的场值可以计算出来。
然后这些场值被用于计算规范吸收比（SAR）；雷达散射截面（RCS）计算：对于大型目标、地面目标等的RCS雷达散射截面（目标识别）计算也通常是电大尺寸问题，同样，FEKO的混合高频算法对这类问题也有很好的计算效果。
丁 桥_基于FEKO的卡塞格伦天线仿真设计
Key words: FEKO，cassegrain antenna，MLFMM，PO-MoM
1 引言
反射面天线具有高增益、 低旁瓣的方向图特性， 且易被设计成各种波束形状而广泛应用 于高分辨率雷达和远距离智能探测系统中。 卡塞格伦天线是双反射面天线的一种， 不仅具有 单反射面天线结构简单、设计灵活的优点，还具有后馈式纵向尺寸小、口径效率高、可进行 多波束设计等优势，而被广泛应用于雷达智能探测系统中[1]。 反射面天线属于电大尺寸天线，无法用矩量法对电大尺寸的反射面天线进行全波计算。 分析和计算反射面天线，主要使用几何光学（GO）、几何绕射理论（GTD）、物理光学法 （PO）、物理绕射理论（PTD）等高频电磁计算方法。FEKO 软件提供了以下三种方法解 决电大物体的计算问题：
图 6 PO-MoM 算法得到的天线增益方向图
图 7 两次计算的卡塞格伦天线增益方向图
由图 6， 采 用 PO-MoM 算法得到的天线增益比图 5 略小， 但是依然满足大于 30 的要求。
-5-
Altair 2014 技术大会论文集
下面给出两者的计算时间及内存需求，如表 2 所示。 由图 7 可知，两种方法在副瓣上略有区别，但变化的趋势基本保持一致。可见在卡塞格 伦天线设计中，可选用这两种方法进行仿真分析。但如表 2 所示，在此次设计中，MLFMM 方法无论是从内存需求，还是从计算时间上来看，都要略优于 PO-MoM 方法。 表 2 MLFMM 和 PO-MoM 方法计算对比 方法 计算时间 内存需求量 MLFMM 0.677h 832.6MB PO-MoM 1.742h 1.16GB
Based on this, the text designed a cassegrain antenna which belong to electric large; and then calculated its gain pattern using MLFMM method and hybrid method of PO and MoM. Both results showed the design is suitable. On the other hand, we compared the calculation time assumption and peak memory requirement between two methods.
八木天线的FEKO仿真与优化
八木天线的FEKO仿真与优化Simulation And Optimization Of Yagi Antenna赵工（深圳518001）摘要：从折合振子开始，通过一步步增加无源振子，并使之成为发射器或引向器，并不断使用FEKO优化各无源振子长度及相邻振子之间的间距，使组成的八木天线达到最佳方向性和端射的最大增益。
关键字：FEKO折合振子无源发射器无源引向器FEKO优化Abstract：Added a parallel conductor rod to a folded dipole antenna will change the directivity and gain of the antenna.Step by step,more passive rods added in the antenna and constituted a traditional Yagi antenna.Optimized the distance of two rods and the length of every rod to get the best directivity and maximum gain.Key Words:FEKO,Yagi antenna,director elements,reflector,optimization1.概述：八木天线，是一种结构相对简单的方向性天线，常用作室外电视接收天线或测向天线。
因为是由日本东北大学的八木秀次和宇田太郞两人发明，所以被称为“八木宇田天线”，简称“八木天线”。
八木天线一般是由一根连接馈线的有源振子和多个无源振子平行排列组成，其中一根无源振子比有源振子略长，放在天线的一侧，称为反射器，而其他的无源振子则比有源振子略短，放在有源振子的另一侧，称为引向器。
加上反射器与引向器的八木天线，其中心频率点的输入阻抗比单独一根有源振子的阻抗大大降低，所以一般使用阻抗较高的折合振子作为有源振子。
大型抛物面天线的FEKO仿真计算概要
馈源方向图可以作为激励引入。
大型抛物面天线的FEKO仿真计算发表时间：2009-8-8 作者: 陈鑫*余川来源: 安世亚太关键字: FEKO 仿真抛物面天线方向图本文利用FEKO 软件仿真计算得到了抛物面天线的方向图。
在仿真过程中将喇叭馈源生成的方向图做为激励加入， FEKO 软件的这一特点不但提高了计算速度、节约了所需要的系统资源，也为进一步对抛物面天线阵的仿真打下了基础。
1 前言在电子对抗、跟踪遥测等工程应用领域内，由于抛物面天线具有发射功率大、副瓣较低、结构简单易加工、相关技术较成熟等优点，常常被选做发射天线或者阵列单元。
在频率较高频段，特别是C 波段以上的频段，其波长已经在10 厘米以内，对于直径在一米以上的大型抛物面天线或者天线阵列来说，市面上其他电磁场仿真软件在对于电大天线的仿真计算能力很弱，有些根本无法计算，而FEKO 软件恰恰弥补了这一空白。
本文利用FEKO 软件仿真计算得到了直径为110 厘米的抛物面天线方向图（X 波段），在仿真过程中将喇叭馈源生成的方向图数据文件做为激励加入，抛物面表面采用PO 算法，大大提高了计算效率，节省了所需硬件资源，为进一步对抛物面天线阵的仿真打下了基础。
2 馈源仿真计算对于传统前馈抛物面的仿真，一般都是将喇叭馈源和抛物面整体建模、整体计算的方法。
在计算机硬件资源和时间允许的情况下，其优点是操作简单，直接得出计算结果；但是如果需要计算天线阵列或者更大的抛物面天线，也许对于计算机资源要求就太高，往往无法满足需要。
因此，我们首先用SABOR 软件快速设计喇叭几何尺寸，计算喇叭的大致远场方向图和增益（图1）。
在FEKO 中用MLFMM 计算该尺寸的喇叭方向图，如图2 所示，计算结果与设计一致，满足下一步计算要求。
图1 喇叭设计尺寸和预计增益图2 FEKO 计算喇叭馈源方向图3 抛物面仿真计算得到馈源数据文件后，以激励的方式将文件导入抛物面模型中，馈源位于抛物面焦点处，如图3所示。
FEKO_应用15_微带天线仿真
FEKO应用14：微带天线仿真内容：微带天线单元建模与辐射一、模型描述天线模型描述：天线形式为：矩形贴片天线馈电方式是：针馈+电压源激励计算项目：计算天线单元的辐射，分别采用FDTD和MoM求解器二、主要流程：启动CadFEKO，新建一个工程：Microstrip_MoM_3.0GHz.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：定义长度单位：默认为m点击菜单“Home”中的图标按钮“Model unit”，在“Model unit”对话框中，选择mm；2.2：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：最小工作频率：fmin=2.7e9最大工作频率：fmax=3.3e9工作频率：freq=3e9工作波长：lam=c0/freq/0.001相对介电常数：epsr=2.2天线贴片宽边长度：lenY=46.648天线贴片窄边长度：lenX=31.1807介质基板宽边长度：sub_LenY=80介质基板窄边长度：sub_LenX=50介质基板厚度：sub_H=2.87馈电偏移位置：offsetX=8.9贴片边沿网格剖分规则：mesh_shell=1.52.3：定义材料：在CadFEKO中左侧的树型浏览器中选中“Media”节点，点击鼠标右键，选择“Dielectric”，在弹出的“Dielectric medium properties”对话框中，定义相对介电常数（Relative permittivity）和介质损耗正切值（Dielectric loss tangent），名称定义为“substrate”：2.4：模型建立：天线模型建立：点击菜单“Construct”，选择“Rectangle”，弹出“Create Rectangle”对话框：Definition methods: Base centre, width, depthBase centre (C)：U:0.0, V: 0.0, N: 0.0Width (W): lenXDepth (D): lenYLabel: patch点击“Add”Width(W): lenX*0.9Depth(D): lenY*0.95Label: patch2点击“Create”在菜单“Construct”中，选择“Cuboid”，弹出“Create cuboid”对话框：Definition methods: Base centre, width, depth，heightBase centre (C)：U:0.0, V: 0.0, N: -sub_HWidth(W) : sub_LenXDepth(D): sub_LenYHeight (H): sub_HLabel: substrate点击“Create”按钮在菜单“Construct”中，选择“Line”，弹出“Create Line”对话框：Start Point: U: -offsetX V: 0.0, N: -sub_HEnd point: U: -offsetX, V: 0.0, N: 0.0Label: feed_Pin点击“Create”按钮天线模型材料设置：在左侧树型浏览器的“Geometry”中，选中patch，在详细树型浏览器中，展开其“faces”，选择“Face1”，点击鼠标右键选择“Properties”，在弹出的“Face properties”对话框中，设置Medium为“Perfect electric conductor ”，点击“ok”；同样的方法设置模型patch2；在左侧树型浏览器的“Geometry”中，选中substrate，在详细树型浏览器中，展开其“Regions”，选择“Region??”，点击鼠标右键选择“Properties”，在弹出的“Region properties”对话框中，设置Medium为“substrate”，点击“ok”；在3D视图中，选择介质体的底部平面，点击鼠标右键，选择“Properties”，在弹出的“Face properties”对话框中，设置Medium为“Perfect electric conductor ”，点击“ok”；2.5：天线端口设置：在左侧树型浏览器的“Model->Geometry”中选择“feedPin”，在其“details”树浏览器中展开“Wires”节点，选择“Wire1”，点击鼠标右键选择“Create port->Wire port”，在弹出的对话框“Create wire port”中，把“Location on wire”设置为“Start”，Label：Port1，点击“Create”。
Folded Dipole天线的FEKO仿真与优化
Folded Dipole天线的FEKO仿真与优化赵工（深圳518001）摘要：使用FEKO7.0对常见的线天线--折合振子（Folded Dipole）进行仿真，使用优化功能得到特定频率的天线缩短因子。
关键字：FEKO折合振子线天线缩短因子优化Simulation And Optimization Of Folded DipoleAntennaAbstract：Folded dipole antenna is a normally used wire antenna,especially in television receiver.Simulated a folded dipole and optimized the shorted factor in a setting frequency.Key Words:FEKO,folded dipole,wire antenna,shorted factor,optimization1.概述：折合振子天线（Folded Dipole Antenna）是一种常见的线天线类型，过去常用于电视接收中，用阻抗300欧姆的平行双线馈电。
因为阻抗较高，更常见是作为八木天线的有源振子。
折合振子可以看做是两个相距很近的半波对称阵子天线终端短接而形成，等效为平行排列的二元对称阵子天线，其输入阻抗是半波对称阵子的4倍，约300欧姆。
对称阵子一般称为半波对称阵子，因为天线臂长接近于其中心频率对应波长的一半，折合振子也是如此。
其实实际的天线臂长比半波长略短，常用缩短因子表示。
2.变量设置：这里要仿真的是200MHz频率的折合振子天线，对应波长约为1.5m，不需要改变默认的长度单位。
首先点击Constract菜单下的工具Variable添加变量：主要添加2个变量：lambda和ratio。
设变量lambda为1.5m。
为了表示天线臂长的缩短效应，还设定了一个变量ratio，一个比例系数，用于以后优化得到对应中心频率的天线臂长。
FEKO使用指南FEKO
一、 FEKO软件简介FEKO是德语FEldberechnung bei Korpern mit beliebiger Oberflache的缩写，意思是任意复杂电磁场计算，适用于复杂形状三维物体的电磁场分析。
FEKO是一款用于3D结构电磁场分析的仿真工具。
它提供多种核心算法，矩量法（MoM）、多层快速多极子方法（MLFMM）、物理光学法（PO）、一致性绕射理论（UTD）、有限元（FEM）、平面多层介质的格林函数，以及它们的混合算法来高效处理各类不同的问题。
FEKO界面主要有三个组成部分：CADFEKO、EDITFEKO、POSTFEKO。
CADFEKO用于建立几何模型和网格剖分。
文件编辑器EDITFEKO用来设置求解参数，还可以用命令定义几何模型，形成一个以*.pre为后缀的文件。
前处理器/剖分器POSTFEKO用来处理*.pre为后缀的文件，并生成*.fek文件，即FEKO实际计算的代码；它还可以用于在求解前显示FEKO的几何模型、激励源、所定义的近场点分布情况以及求解后得到的场值和电流。
FEKO主要有以下典型应用：天线设计：线天线、喇叭和口径天线、反射面天线、微带天线、相控阵天线、螺旋天线、等等；天线布局：实际上，天线总是装在一个结构上的，这会改变天线的“自由空间”辐射性能；EMC/EMI分析：由于MoM中仅仅需要离散电流流过的表面，FEKO非常适合各种类型的EMC仿真；平面微带天线：FEKO采用全波方法分析微带天线，可以精确获得耦合、近场、远场、辐射方向图、电流分布、阻抗等参数；电缆系统：FEKO与CableMod结合起来，可以非常高效地处理系统中的负责电缆束的耦合以及电缆与天线的耦合问题；SAR计算：不同介质参数区域内的场值可以计算出来。
然后这些场值被用于计算规范吸收比（SAR）；雷达散射截面（RCS）计算：对于大型目标、地面目标等的RCS雷达散射截面（目标识别）计算也通常是电大尺寸问题，同样，FEKO的混合高频算法对这类问题也有很好的计算效果。
09_FEKO_螺旋天线仿真
FEKO培训系列教程螺旋天线(Helix)螺旋线建模，MOM及MLFMM计算EMSS CHINA概述:Overview•天线是单螺旋天线–金属地板直径：Ground_R=0.375个波长–螺旋匝数: n=3.5–螺距:s=0.225个波长–螺旋的半径: R=1个波长/(2*pi)–螺旋的高度: H=n*s•电参数：–工作频率：f=30 GHz计算的问题•计算的问题：–螺旋天线的3D远场方向图–Phi=0，phi=90平面内的方向图启动CadFEKO•CADFEKO 6.0 进入CadFEKO主界面•设置单位为毫米mm，天线的建模：定义几个主要参数•点击菜单“Model\Add Variable”(或在左侧树型资源管理器中，点击双击“Variables”节点或选中“Variables”节点，点击鼠标右键选择“Add Variable”)，即可弹出“Create Variable”对话框–在Create Variable对话框中需要输入变量的名称及表达式，注释等，点击“Evaluate”按钮可以显示表达式的值，点击“Create”完成创建，点击“Close”关闭“Create Variable”对话框天线的建模‐参量定义•按照先后顺序添加以下变量：–sf=0.001–freq =30e9 Hz;lambda c0/freq/sf ;–lambda=c0/freq/sf ;–Ground_R=0.375*lambda;–s=0.225*lambda;–D=lambda/pi;–n=3.5天线的建模‐金属地板•点击左侧的模型图标按钮“”来建立螺旋天线的金属地板：–Centre point:•X: 0.0•Y: 0.0•Z: 0.0–Dimensions•R(x):Ground_R•R(y):Ground_R–Label：Ground–Create按钮–Close按钮•点击调整3D视图中的大小天线的建模‐单螺旋•点击左侧的模型图标按钮“”来建立螺旋天线的螺旋：–Base Radius：D/2–End Radius：D/2–Height (Z): s*nHeight (Z): s n–Turns: n–Label: Helix1–Create 按钮–Close 按钮天线的建模‐完成建模•选中Ground模型，点击左侧的“”按钮弹出“Create imprint…”对话框，在3D视图中点击鼠标右键选择“Snap to->Geometry point”;•把光标定在“Create imprint…”的Point1中，同时按住Ctrl+Shift键不放，移动鼠标到螺旋与地板的焦点位置，点击鼠标左键确认，这时该点的坐标会显示在Point1的黄色区域，点击创建按钮完成在地板Ground上建立一个点的操作。
06_2,FEKO电磁仿真数值方法
为算子，算子方程可以是微分方程、差分方程或积分方程 是已知函数如激励函数 为未知函数如电流
f
未知函数
，表示为基函数的线性组合
f (x)
a
n 1
n
fn fN (x)
a
n 1
N
n
fn
则算子方程化为代数方程
a
n 1 N n
L( fn ) g
选择测试函数
Wm
，对方程内积测试
TE
TH
TH
具有好得多的条件数
如果采用迭代方法求解最终离散方程，求解离散磁场积分 方程的收敛速度要快的多
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FEKO中的混合积分方程
对闭合的理想导体，通过EFIE和MFIE线性组合可以得到 CFIE (混合场积分方程)
E F IE (1 ) M F IE
q
ex p ( ikR ) 1
p
q
T
R
p
dT
1 2AqBiblioteka 1qT
R
p
d T I num I anl
其中
I num 1 2A
q
ex p ( ikR ) 1
p
q
T
R
p
dT
I anl
1 2A
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1
q
T
R
p
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奇异性的处理
根据罗毕塔法，下式没有奇异性，所以用高斯积分易于计算，积分核 已连续变化。
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FEKO在无线电高度表天线仿真中的应用
或L （dB）=10lg
Pt 。 Pr
2.1 天线隔离度的工程计算方法
在工程应用中，根据影响手法天线间隔离的各种因素，可根据下式来计算收发天线之 间的隔离度。
L(dB) Lp Ld Gt Gr 20lg[
] Ldiffraction +SFw Gt t , t Gr r , r 4 D
] Ldiffraction +SFw 为收发天线 4 D
其中 L 为天线隔离度； L p 为收发天线间的极化衰减； 20lg[
间的空间隔离，由收发天线间的距离 D，绕射衰减 Ldiffraction 、遮挡衰减 SFw 和分析频率 等因 素决定；Gt 和 Gt t , t 为发射天线在接收方向的功率增益；Gr 和 Gr r , r 为接收天线在发 射方向上的功率增益。
素的存在，天线之间隔离度的分析工作一直也是难点。本文以卫星通信收发天线为例，利用 Altair 公司的 FEKO 软件对天线装机前后进行仿真，通过对卫星通信收发天线进行建模与简 化，网格的划分得到仿真模型，计算得到卫星通信收发天线之间的天线隔离度，为整机系统 的电磁兼容分析做准备。
关键词: Altair FEKO，天线隔离度，仿真，建模 Abstract: To analyze the isolation between antennas is an important work in airplane
6 参考文献
[1] 伍裕江 ,叶海欧等 .天线垂直隔离度 [C]. 2009 年全国天线年会会议论文集 , 2009,1881190 [2] FEKO 在航天航空天线仿真中的应用 肖运辉 李奕 系统仿真技术 2008 年 03 期 203~207 [3] 闫照文，苏东林，袁晓梅编 《FEKO5.4 电磁场分析技术与实例详解》中国水利水电出 版社 2009 [4] 韩凯.FEKO 在直升机天线布局中的应用.直升机技术，2014 年 03 期 31-36
微波仿真论坛_微波仿真论坛_feko5.4新例子（25,27,28,29,30）
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)● 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 。
基于FEKO软件的短波天线仿真
２ ０ １ ５笠
中 国
水
运
ＶｏＩ ．１ ５ Ｍａ ｙ
Ｎｏ ．５ ２０１ ５
５月
Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｗ ａ ｔ ｅ ｒ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｐ ｏ ｒ ｔ
基于 Ｆ Ｅ ＫＯ软件 的短 波天 线仿真
陶 爽 ，李
摘
韩 ，罗一锋
（中船重工集 团公 司 第七二二所 ，湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ ７ ９ ）
相 对来讲 ， 利 用数值分析技术对 问题进行计算机仿真和 优化 ， 则既简便又灵活 ，整个过程的开支也更小 。
二 、 理 论 分 析
天线 的近场 辐射 危害可 以通过加强舰船整体屏 蔽或滤波
等方式减少 ，这里不做重点讨论 。
３网络 的 Ｓ散射参数为 ： １
ｂ １ Ｓｌ １ 。 １ ＋Ｓｌ ２ ２
矩阵形式为 ：
ｂ ＝
６ ２ ／ ２ １ Ｓ ２ ２ 八日 ２
量表示 耦合 的程度 ，天线耦合度 的定义为一 副天线 的发射 功 率 与另一副天线 的接 收功率之比 ，即 ：
其中 ， Ｓ “ ： ｌ 表 示 端口２ 匹 配 的 时 候， 端Ｅ ｌ １ 的 反
兼容性 。
传 统的处理方法是 ：首 先单独 设计天线 ，然后依靠经验 上装天 线 ， 再利用实测 的方法获得天线实 际工作 的电磁特性 ，
图１ 双 端 口 等效 网络 示意 图
将每 幅天线 的激励端 １ ３看做一个 网络端 １ ３，将天线馈线 等效为 网络 端 Ｉ Ｚ ｌ 的传输线 。应 用软件进行仿 真 ，可 以得到这
关键 词：天线 ；Ｆ ＥＫ Ｏ；仿真
中图分类号：Ｕ ４ ４ １
引 言
倒置卡塞格伦天线抛物面以及馈源的设计
倒置卡塞格伦天线抛物面以及馈源的设计作者：钞春晓来源：《物联网技术》2014年第06期摘要：研究了倒置卡塞格伦天线的抛物面以及馈源，并采用FEKO进行仿真优化，设计了工作在8~9GHz的倒置卡塞格伦天线的抛物面以及馈源，给出了抛物面参数的选择方法以及馈源的尺寸。
关键词：倒置卡塞格伦天线；FEKO；抛物面；馈源中图分类号：TN823文献识别码：A文章编号：2095-1302（2014）06-0062-020引言天线在电视、雷达系统中起着至关重要的作用，随着人造卫星和航空航天技术的新的高精尖科技的发展，人们对跟踪雷达的要求进一步提高，主要体现在跟踪雷达的跟踪速度、跟踪精度、跟踪距离和抗干扰能力上。
倒置卡塞格伦天线[1]就是在这种背景下产生的，它采用极化扭转技术实现雷达的快速扫描、精确跟踪，其结构为馈源、抛物面反射器、极化扭转板。
本文将介绍倒置卡塞格伦天线设计中的首要工作，即倒置卡塞格伦天线抛物面的选择以及馈源的设计。
1天线设计原理抛物面天线[2]是以几何光学法为理论基础的一种天线形式。
通过几何光学法的理论基础，我们可以知道如果在抛物面焦点上放置一个点源，经过抛物面反射会得到一组平行的射线束。
所以馈源发射的球面波经过抛物面反射以后，转变成抛物面口径上的平面波前，这使得抛物面天线具有锐波束、高增益的性能。
抛物面天线的几何关系示意图如图1所示，根据抛物面性质可得：OP+PQ=2f=const （1）其中OP=r' ，OQ=r' cosθ'，所以代入式（1）可得：（2）因为抛物面是由抛物线绕其轴旋转而成的，所以抛物面有旋转对称性，表现在球坐标r'，θ'，φ'里就是其特性不存在φ'方向的变化。
在抛物面分析中，需要得出其表面反射点出垂直于此处切线的单位矢量，所以我们先将式（2）改写为：（3）然后对式（3）取梯度得出表面法线再根据几何关系以及直角-球坐标变换公式，进而可以得到抛物面焦距直径比（焦径比）f/d 与半张角θ0之间的关系：（4）2抛物面天线参数的选择抛物面天线主要设计参数[3]为焦径比f/d以及半张角? 0，根据式（3）可知焦径比和半张角只需确定其中一个，另外一个就可以计算出来。
FEKO在反射面天线的仿真技术与应用
dimensions
- Wire, surface and
volume meshing
Import Geometry
- ACIS - AutoCAD DXF drawings - CATIA V4
- CATIA V5
- IGES
- Parasolid
- Pro/ENGINEER
-
STEP Unigraphics
Gerber, 3Di, ODB++
importedCTAoDlelreaandcetogaps in mesh errors
CAD healing
• Simplify tool • Stitching tool • Display unconnected
edges • Repair part
5
.
FEKO产品概述
• 来源于德语：FEldberechnung bei Körpern mit beliebiger Oberfläche • FEKO可用于涉及到任意形状目标体的各种类型电磁场分析问题 • FEKO是Altair公司一款非常与业、先进的高频电磁场仿真工具 • FEKO提供了丰富的求解器，适合于各种类型问题的电磁仿真应用
• 中心频率 • 工作带宽
• 主瓣增益 • 主瓣宽度 • 第一副瓣电平SLL • 交叉极化 • 天线效率 • 前后比(F/B)：天线对后瓣抑制的好坏
• 高性能微波天线
• 电压驻波比（VSWR）
• 反射面天线的毁伤（单孔毁伤、多孔毁伤、破片穿孔毁伤、冲击波不破片联合毁伤 等）
• 雷电防护
4
.
目录
• 背景介绍 • 软件介绍 • 主要技术 • 典型应用 • 反射面天线 • 总结
阵列天线的FEKO仿真分析
阵列天线的ＦＥＫＯ仿真分析作者：刘源焦金龙来源：《计算机辅助工程》2009年第01期摘要：为在有限的硬件资源下，对复杂单元的大规模阵列天线进行有效分析，提出采用FEKO软件分析任意大规模阵列天线的有效方法. 首先应用FEKO进行相控阵分析，然后根据阵列天线的单元激励方向图(Active Element Pattern，AEP)进行阵列天线FEKO仿真分析. 实例表明，在普通硬件资源条件下，FEKO仿真分析可以在考虑单元互耦等实际因素的影响下，分析任意大规模阵列的方向图和端口特性等指标.关键词：阵列天线；单元激励方向图；互耦；FEKO中图分类号：U441.5；U444.18；TB115文献标志码：ASimulation and analysis on array antenna using FEKOLIU Yuan，JIAO Jinlong(PERA Tech. (Beijing) Co.，Ltd.，Beijing 100026，China)Abstract：To implement the effective analysis of large-scale array antenna with complicated elements under the condition of limited hardware resources，an effective method is proposed to analyze arbitrary large-scale array antenna by using FEKO. The phased array is analyzed. By introducing the concept of Active Element Pattern(AEP)，an array antenna is simulated by FEKO. The application indicates that the radiation pattern and impedance of arbitrary large-scale array antenna can be simulated and analyzed by FEKO under the normal condition of hardware resources，while considering the influence of the mutual coupling between the elements and so on.Key words：array antenna；active element pattern；mutual coupling；FEKO0 引言阵列天线[1]是由不少于2个天线单元规则或随机排列，并通过适当激励获得预定辐射特性的1类特殊天线. 阵列可由各种类型的天线组成，数目可以是2个甚至几十万个. 通过选择和优化阵单元的结构形态、排列方式和馈电幅相特性，阵列天线能够实现单个天线难以提供的优异特性，如更高的增益、方位分辨率、系统信噪比等指标，因此在雷达和通信等领域被广泛地应用.在仿真分析阵列天线的过程中，由于阵列天线孔径很大，经常会达到数十、上百个波长，计算过程中会划分大量网格，产生大量未知量，给仿真分析带来很大困难.1 FEKO简介FEKO是针对天线分析、天线布局及RCS等分析而开发的专业电磁场分析软件. 它从严格的电磁场积分方程出发，以经典的矩量法(Method of Moment，MOM)为基础，采用多层快速多极子(Multi-Level Fast Multipole Method，MLFMM)算法在保持精度的前提下大大提高计算效率，同时将矩量法与经典的高频分析方法(物理光学(Physical Optics，PO)，一致性绕射理论(Uniform Theory of Diffraction，UTD))完美结合起来，非常适合于分析开域辐射和雷达散射截面(Radar Cross Section，RCS)领域的各类电磁场问题.对于电大尺寸类问题，FEKO具备强大的分析能力，因此在阵列天线分析中的性能非常好.2 应用FEKO进行相控阵分析考虑如图1所示的阵列形式. 该阵列由30×4个半波振子构成，各阵元间距均为半波长. 其中，沿x方向的4个单元构成子阵，采用端射阵加权方式，即整个阵列由30个阵元间距为半波长的端射阵构成. 端射阵的方向图可直接通过FEKO计算得到，见图2.首先考虑均匀加权时的情况. 通过在FEKO中对各阵元添加端口，加入激励和负载等，可直接计算得到阵列方向图(见图3)，可计算得到方向性系数为19.6 dB.在实际工程中，Chebyshev[2]阵列也是常用的形式之一，可以在FEKO中调整各单元的加权幅度及相位实现不同主瓣指向的Chebyshev阵列. 图4为主瓣指向180°方向，即构成旁射阵时，控制旁瓣为-30 dB时的阵列方向图.图5为主瓣指向210°，同样旁瓣为-30 dB的阵列方向图.上述结果表明，通过FEKO软件能够进行相控阵的分析及设计. 由于采用矩量法进行计算时无须对空气进行网格剖分和设置边界条件等，所以对上述30×4的阵列进行仿真，仅需要14 MB的内存，在20 s内就能完成.3 阵列天线单元激励方向图综上所述，已经看到可以在FEKO中快速进行相控阵的分析和设计. 上例采用的单元形式为线天线，在应用矩量法分析时，未知量很小，耗费内存也很小.若考虑单元为面天线或其他复杂天线形式，仍可能产生大量未知量，对计算机硬件要求非常高.在FEKO多种激励模式中，包含等效源(在CADFEKO中可直接定义，也可在EDITFEKO 中应用AR卡)的激励模式，可读入计算或测量得到的方向图作为激励源.下面利用这一特点进行超大阵列及复杂阵单元构成阵列的仿真分析.4 基于AEP的阵列天线FEKO仿真分析首先考虑如图6所示13×3的阵列. 为说明采用的分析方法，这里仍旧采用线天线构成的阵列. 单元均为半波振子，阵元间距均为1/4波长.仍然将该阵列视为由13个单元(3个偶极子构成的端射阵)构成，且按图中所示排列.并称之为阵元1，阵元2，……，阵元13. 按上述AEP的定义，通过对阵元1加激励，其他各阵元均加负载即可计算得到阵元1的AEP. 由于其他单元对阵元1的AEP影响大小随阵元间距离的增大而减小，因此在计算AEP的过程中，无须所有阵单元全部参与计算.按照图7的方式，分别计算共有3个，4个和5个阵元存在情况下阵元1的AEP，并将计算到的方向图统一作在图8中. 图中，endfire是阵元1单独存在时的方向图；two more endfire 对应图7中模型1的方向图；with 3 endfire对应图7中模型2的方向图；with 4 endfire对应图7中模型3的方向图.由图8可见，模型3和模型4的结果已经较好重合，这表明阵元4对阵元1的影响很小，可以忽略(相应的阵元5到阵元13与阵元1的耦合也很小，可以忽略)，所以可以将模型2中单元1的AEP作为整个阵列阵元1的AEP. 因此，可以采用阵元1到阵元7构成的7元阵列(见图9)，来等效计算得到实际阵列各个阵元的AEP. 其中，各阵单元记为a1，a2，…，，则图6中阵元1的AEP对应于a1的AEP；阵元2对应于a2；阵元3对应于；阵元4到阵元10的AEP均对应于的AEP；阵元11对应于a5；阵元12对应于；阵元13对应于在FEKO中，各阵元的AEP在计算时可被分别自动存为扩展名为ffe的数据文件，并可在后续计算中以等效源的方式(CADFEKO中radiation pattern point source的激励模式)被读入. 如图10所示，按上述方式读入各阵元的AEP(其中，单元4到单元10位置上读入的均为图9中的AEP)，各阵元读入时选择的空间位置已经包含式(3)中的相位信息.按图10所示计算得到的方向图即为根据式(3)得到的阵列方向图，采用均匀加权激励的结果见图11. 在图11中，“full array”是应用FEKO对整体阵列进行仿真分析的结果；“equivalent”是采用上述方法，通过等效源的方式得到的结果. 可以看出两者的结果完全重合. 这种方法充分考虑单元间互耦的影响，并能够对等效源构成的阵列进行相位和幅度加权，实现相控阵. 采用这种基于AEP的方法，实际上只对少量单元(此例为7个)进行网格剖分，从而计算出整体阵列的方向图. 由这种方法能够得到任意多个(此例为13个)同样单元(此例为3元端射阵)按照等间距(这里为1/4波长)组成阵列的方向图，并且实际参与计算的单元数并不随着阵列规模的增大而增加. 因此，对于复杂形式单元构成的大规模阵列，该方法能够在得到有效计算结果的前提下，极为显著地减小计算规模及内存需求.图 11 阵列方向对该方法的具体归纳如下：(1)确定计算AEP所需的最小阵元数；(2)计算由最小阵元数所构成阵列的各阵元的AEP；(3)通过等效源的方式，计算阵列的方向图.下面考虑图12所示的16×4微带阵列. 阵单元采用FEKO 5.4例10的微带天线，工作频率为3 GHz.对该阵列，如果直接采用FEKO中的快速多极子进行计算，内存需求超过12 GB.对于该阵列，将纵向的4个单元作为子阵. 按照上述分析步骤，首先确定所需最小阵元数为9个，并分别计算9个子阵构成阵列的各单元的AEP，用p1，p2，…，表示. 随后，以等效源的方式读入，图12中阵元1对应p1，阵元2对应p2，阵元3对应，阵元4对应，阵元5到阵元12对应p5，阵元13~16分别对应于，，，最后，对等效源构成的阵列进行计算，结果见图13和14.图13和14分别是在xOz面和xOy面上对阵列实际建模分析计算的结果(full array)以及采用基于AEP的等效源方式(equivalent)计算的结果. 从结果可见，等效源的结果已与实际阵列的仿真结果较好地吻合，完全能够满足工程计算的要求，所需内存仅为6.5 GB(直接计算需要内存12 GB)，并能够得到任意多个这样的4单元子阵所构成的阵列.同时，在计算过程中并不需要引入子阵的概念. 例如，仍考虑阵单元为FEKO 5.4例10的微带天线组成的25×25的阵列，可以取出5×5的阵列来进行计算，分别计算各阵元的AEP(共25个)，随后通过等效源的方式依次读入，得到整个25×25阵列的方向图. 由于EDITFEKO中提供循环操作的文本输入方式，使得多次读取文件非常易于操作.5 总结首先以实例表明FEKO在阵列天线分析方面的良好性能，继而引入AEP的概念，提出在FEKO中对大规模阵列进行分析的有效方法. 通过计算由最小阵元数构成的小阵列的AEP，可有效得到任意大规模规则阵列的方向图，从而在有限的硬件资源下，对复杂单元的大规模阵列进行有效分析. 多个算例表明该算法的有效性.参考文献：[1] 张祖稷，金林，束咸荣. 雷达天线技术[M]. 电子工业出版社，2005：81-97.[2] DOLPH C L. A current distribution for broadside arrays which optimizes the relationship between beam width and side lobe level[J]. Proc IRE，1946，34(6)：335-348.[3] KELLEY D F，STUTZMAN W L. Array antenna pattern modeling methods that include mutual coupling effects[J]. IEEE Trans Antennas & Propagation，1993，41(12)：1625-1632.[4] 张志军，冯正和. 考虑互耦的圆形天线阵列方向图综合[J]. 电波科学学报，1997，12(4)：361-368.[5] 刘源，邓维波，李雷，等. 一种超方向性阵列天线综合方法[J]. 电子学报，2006，34(3)：459-463.(编辑廖粤新)“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文”。
Dipole天线的FEKO仿真
FEKO初阶--dipole天线的仿真赵工（深圳518001）dwenzhao@ QQ1608288659摘要：本文通过对最简单的dipole（偶极子）天线使用FEKO7.0进行仿真，演示了使用线端口对线天线仿真的基本流程，及对仿真结果的输出。
关键字：FEKO偶极子天线仿真线天线The Simulation of Dipole Antenna with FEKO7.0Dwen ZhaoAbstract:Dipole antenna is a very simple and common used wire antenna.Selected a dipole as a example to show how to use FEKO software to analyze a wire antenna and get output results.Keyword：FEKO,dipole antenna,wire port,wire antenna,POSTFEKO1.概述：FEKO是EMSS公司的一款三维电磁场仿真软件，有机会得到其试用版，希望能通过一个简单的线天线实例来熟悉其使用方法及操作流程。
曾经使用过HFSS软件，其中有一个3GHz 的偶极子（dipole）天线示例，因此拿到FEKO软件中来试验。
众所周知，300MHz频率的电磁波波长为1m，并以此作为微波频率的界限。
如果频率增大10倍到3GHz，波长将为原来的1/10，即100mm。
Dipole天线是对称振子天线，有两个臂，总长为λ/2。
因为一般软件中无法输入希腊字母λ，用lambda变量替代。
天线特性，最关注的参数是S11，即天线输入端的反射系数，一般常用dB表示，这时也称回波损耗RL（Return Loss）；另一种等效的表示方法是VSWR（电压驻波比）。
一般天线的带宽指标常用VSWR表示，一种是小于1.5，一种是小于2，折算成反射系数则为-15dB和-10dB （计算值为-14dB和-9.5dB），一般可用回损曲线判断天线的带宽特性。
052_用Ansys Feko对波导缝隙阵天线的设计与仿真
2006年用户年会论文用Ansys Feko对波导缝隙阵天线的设计与仿真顾俊梁子长目标与环境电磁散射国防科技重点实验室航天科技集团公司八院八0二所上海200438[摘要] 本文叙述了波导缝隙阵天线的主要设计过程。
借助Ansys的高级电磁仿真软件FEKO 对天线进行了设计和仿真计算，并与实测数据进行了比较，仿真结果与实际结果吻合,结果说明了该方法的有效性及FEKO软件的高效、准确性。
[关键词] Ansys、Feko、波导缝隙阵、设计与仿真The Design and Simulation of Slot Array AntennaUsing Ansys FekoGu Jun LIANG Zi-chang(China Astronautics Science And Technology Group，No.802 Research Institute of Shanghai Academy of Spaceflight Technology ,Shanghai200438,China ) [Abstract]This paper introduces the main design procedure of slot array. Antenna are designed and simulated by dint of advance electromagnetic FEKO software of Ansys company, the calculated results are consistent with the result from measured data, which assure validity of the method, high effectivity and accuracy of FEKO.[Keyword] Ansys、Feko、slot array、design and simulation1前言波导馈电的缝隙阵天线自第二次世界大战以后有很大发展。
FEKO_天线仿真应用_微带天线
DEMO1: 格林函数MOM+棱边微带端口
棱边微带端口:microstrip Port
Demo2: 创建工程
• 把上述建立的工程” Microstrip_Patch_Antenna_Pin_Feed_Infinite_ Ground.cfx”另存 为”Microstrip_Patch_Antenna_uStrip_Feed_In finite_Ground.cfx”; 定义新变量: feedline_width=4.5 在”Constrcut”标签中, 点击”rectangle”,弹 出”Create rectangle”对话框:
– – – – 选择: Continous (interpolated) range Start frequency: fmin End frequency: fmax 点击 OK
Demo2: 修正远场设置
• 进入左侧树型浏览器的”Configuration”中, 展开”Configuration specific”, 双 击”Requests”中的ff_XZ, 弹出”Modify far fields”对话框:
Demo1：建模-patch设定材料
• 在树型浏览器的” Construct”中, 选中 “patch”,在”Details”中, 展开”Faces”, 选中 右图所示的Faces:”Face1”, 点击鼠标右键,弹 出”Face properties”对话框:
– 进入”Properties”标签:
• 计算完成之后, 进入”Solve/Run”, 点 击”PostFEKO”, 弹出”PostFEKO”.
DEMO1: 格林函数MOM+线端口
线端口:Wire Port
Demo2: 创建工程
冲击波与破片联合毁伤对反射面天线电性能影响的仿真计算
冲击波与破片联合毁伤对反射面天线电性能影响的仿真计算袁俊明;张庆明;刘彦
【期刊名称】《兵工学报》
【年(卷),期】2009(0)S2
【摘要】研究圆抛物面天线在冲击波与破片联合毁伤条件下的远场辐射特性规律。
利用高频电磁场分析模块FEKO软件,基于表面电流积分的物理光学法和矩量法,对圆抛物面天线的远场辐射特性进行了建模与分析;比较了反射面完好时和不同密度
破片与冲击波压力对反射面联合毁伤后的电性能变化规律。
结果表明:当冲击波压
力不变时,随着破片密度增大,天线电性能在破片密度为20~100孔/m2时天线方向图曲线紊乱,增益值逐渐下降;在破片密度不变而冲击波压力变化时,天线电性能受到显著影响,增益值出现下降趋势,且下降很快。
【总页数】4页(P169-172)
【关键词】爆炸力学;天线毁伤;冲击波;破片;物理光学法;矩量法
【作者】袁俊明;张庆明;刘彦
【作者单位】中北大学化工与环境学院;北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实
验室
【正文语种】中文
【中图分类】TN823.27
【相关文献】
1.冲击波和破片联合作用下Ⅰ型夹层板毁伤仿真 [J], 段新峰;程远胜;张攀;刘均;李勇
2.破片穿孔毁伤对圆抛物面天线电性能影响的仿真计算 [J], 袁俊明;张庆明;刘彦
3.表面纹理对反射面天线电性能的影响 [J], 李鹏;郑飞;李娜
4.破片和冲击波对直升机旋翼联合毁伤仿真研究 [J], 刘刚;李向东;张媛
5.表面涂层对毫米波频段反射面天线电性能的影响 [J], 朱振华;苏若斌;李秀伟;李向芹;江彬;高西奇
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馈源方向图可以作为激励引入。
大型抛物面天线的FEKO仿真计算
发表时间：2009-8-8 作者: 陈鑫*余川来源: 安世亚太
关键字: FEKO 仿真抛物面天线方向图
本文利用FEKO 软件仿真计算得到了抛物面天线的方向图。
在仿真过程中将喇叭馈源生成的方向图做为激励加入， FEKO 软件的这一特点不但提高了计算速度、节约了所需要的系统资源，也为进一步对抛物面天线阵的仿真打下了基础。
1 前言
在电子对抗、跟踪遥测等工程应用领域内，由于抛物面天线具有发射功率大、副瓣较低、结构简单易加工、相关技术较成熟等优点，常常被选做发射天线或者阵列单元。
在频率较高频段，特别是C 波段以上的频段，其波长已经在10 厘米以内，对于直径在一米以上的大型抛物面天线或者天线阵列来说，市面上其他电磁场仿真软件在对于电大天线的仿真计算能力很弱，有些根本无法计算，而FEKO 软件恰恰弥补了这一空白。
本文利用FEKO 软件仿真计算得到了直径为110 厘米的抛物面天线方向图（X 波段），在仿真过程中将喇叭馈源生成的方向图数据文件做为激励加入，抛物面表面采用PO 算法，大大提高了计算效率，节省了所需硬件资源，为进一步对抛物面天线阵的仿真打下了基础。
2 馈源仿真计算
对于传统前馈抛物面的仿真，一般都是将喇叭馈源和抛物面整体建模、整体计算的方法。
在计算机硬件资源和时间允许的情况下，其优点是操作简单，直接得出计算结果；但是如果需要计算天线阵列或者更大的抛物面天线，也许对于计算机资源要求就太高，往往无法满足需要。
因此，我们首先用SABOR 软件快速设计喇叭几何尺寸，计算喇叭的大致远场方向图和增益（图1）。
在FEKO 中用MLFMM 计算该尺寸的喇叭方向图，如图2 所示，计算结果与设计一致，满足下一步计算要求。
图1 喇叭设计尺寸和预计增益
图2 FEKO 计算喇叭馈源方向图
3 抛物面仿真计算
得到馈源数据文件后，以激励的方式将文件导入抛物面模型中，馈源位于抛物面焦点处，如图3所示。
抛物面计算过程中在Meshes 处选用PO 算法，这样在X 频段范围内可以提高计算效率，减少硬件资源占用量，例如在该模型中，FEKO 进行运算只需要内存20M 左右。
经过计算得到抛物面天线远场方向图，增益＞35dB, 副瓣电平低于主瓣约25dB，达到了设计要求。
抛物面天线远场方向图见图4所示。
图3 抛物面仿真示意图
图4 抛物面仿真方向图
4 结论
本文利用FEKO 软件对X 波段抛物面天线进行仿真计算。
在计算过程中，使用喇叭馈源方向图做为激励源来照射抛物面，大大减小了计算过程中计算机资源占用量，提升了计算效率。
使得在个人PC 机上计算抛物面天线阵列（例如：由抛物面单元组成的5 米×5 米左右的天线阵列）成为可能。