1 概述
FEKO是工程界和學(xué)術(shù)界常用的電磁仿真軟件,因其獨特的低頻和高頻結(jié)合算法,常用于電大尺寸模型的仿真計算。用FEKO仿真大型反射面天線時,有三種方法:一、饋源和反射面一起計算,饋源采用MOM,反射面采用PO等高頻算法;二、饋源和反射面一起計算,均采用MLFMM;三、饋源和反射面分別計算,用饋源的遠場方向圖作為反射面的激勵,饋源采用MOM,反射面采用PO等高頻算法。三種方法對比,第一種和第二種饋源位置調(diào)節(jié)后要重新計算,不利于快速優(yōu)化設(shè)計,第三種方法可以很好的解決這個問題,但計算準確度有待驗證。下面將對第三種方法進行詳細描述,并將仿真結(jié)果與實測結(jié)果進行對比,分析誤差出現(xiàn)的原因。
2 FEKO仿真
用FEKO仿真6米×4米切割反射面天線,頻率為2-6GHz,由于計算機資源有限,所以采用饋源和反射面分別計算的方式,提高計算效率。
2.1仿真及模型
6米反射面天線仿真分為兩步,第一步計算饋源,第二步用饋源的遠場數(shù)據(jù)激勵反射面,仿真反射面方向圖。下面分別進行介紹。
首先在CADFEKO中建立6米反射面天線饋源模型,如圖1所示,饋源為2-6GHz對數(shù)周期天線。
圖1 對數(shù)周期饋源仿真模型圖
饋源仿真時采用線激勵,算法選用MOM,仿真得到遠場數(shù)據(jù),并將遠場數(shù)據(jù)保存到“.ffe”文件中。
然后進行6米反射面仿真,仿真模型如圖2所示。反射面照射選用對數(shù)周期饋源的輻射方向圖,即“.ffe”文件,斜45。放置,算法采用物理光學(xué)(PO),計算反射面的遠場方向圖。
圖2 6米×4米切割反射面仿真模型圖
2.2仿真結(jié)果
仿真6米×4米切割反射面天線,得到方位面方向圖如圖3所示,波束寬度及增益統(tǒng)計見表1。
圖3 方位面方向圖
表1 波束寬度及增益統(tǒng)計
3 實測結(jié)果
天線測試場地選擇在室外進行,發(fā)射和接收天線距離為1030米,滿足遠場條件要求,收發(fā)天線等高,距離地面15米,周圍空曠無遮擋和反射,地面為雜草林。為了進一步減小外場測試的多徑效應(yīng),發(fā)射天線采用大口徑喇叭天線,降低環(huán)境對測試結(jié)果的影響。外場測試環(huán)境較好,測試結(jié)果準確度高。實測的波束寬度及增益如表2所示。
表2 波束寬度及增益統(tǒng)計
4 仿真與實測對比分析
對比實測和仿真數(shù)據(jù),統(tǒng)計結(jié)果如表3所示,3dB波束寬度的差值很小,在8%范圍內(nèi),滿足工程上的使用需求,而增益值差異較大,主要原因分析如下:
1)反射面型面精度影響:反射面制造公差為1mm(r.m.s),根據(jù)經(jīng)典理論公式【1】可知,增益損失在2GHz為0.2dB,在6GHz為0.8dB;
2)饋源及支桿遮擋影響:反射面口面遮擋會使方向圖副瓣提高,增益下降,根據(jù)饋源及支桿在反射面口面的投影面積,可計算遮擋引起的增益下降在2GHz為0.15dB,在6GHz為0.6dB;
3)天線損耗影響:饋源天線損耗在2GHz為0.25dB,在6GHz為0.8dB;
4)測試誤差:增益測試采用對比法,測試誤差為0.2~0.5dB。
表3 實測與仿真數(shù)據(jù)對比統(tǒng)計
5 結(jié)論
用FEKO仿真大型反射面天線時,可將饋源和反射面分開計算,饋源采用MOM,反射面采用PO算法,計算時間比一起計算縮短一半,計算結(jié)果準確度高,非常適合大型反射面天線的快速仿真設(shè)計。
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本文標題:大型反射面天線的快速仿真與驗證
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