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(dú)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(jì)算。用FEKO仿真大型反射面天線時(shí)，有三種方法：一、饋源和反射面一起計(jì)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(jì)算，均采用MLFMM;三、饋源和反射面分別計(jì)算，用饋源的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖作為反射面的激勵(lì)，饋源采用MOM，反射面采用PO等高頻算法。三種方法對(duì)比，第一種和第二種饋源位置調(diào)節(jié)后要重新計(jì)算，不利于快速優(yōu)化設(shè)計(jì)，第三種方法可以很好的解決這個(gè)問(wèn)題，但計(jì)算準(zhǔn)確度有待驗(yàn)證。下面將對(duì)第三種方法進(jìn)行詳細(xì)描述，并將仿真結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)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(jì)算機(jī)資源有限，所以采用饋源和反射面分別計(jì)算的方式，提高計(jì)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(jì)算饋源，第二步用饋源的遠(yuǎn)場(chǎng)數(shù)據(jù)激勵(lì)反射面，仿真反射面方向圖。下面分別進(jìn)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(duì)數(shù)周期天線。
圖1 對(duì)數(shù)周期饋源仿真模型圖
饋源仿真時(shí)采用線激勵(lì)，算法選用MOM，仿真得到遠(yuǎn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，并將遠(yuǎn)場(chǎng)數(shù)據(jù)保存到“．ffe”文件中。
然后進(jìn)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(duì)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(jì)算反射面的遠(yuǎn)場(chǎng)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(jì)見(jiàn)表1。
圖3 方位面方向圖
表1 波束寬度及增益統(tǒng)計(jì)
3 實(shí)測(cè)結(jié)果
天線測(cè)試場(chǎng)地選擇在室外進(jìn)行，發(fā)射和接收天線距離為1030米，滿足遠(yuǎn)場(chǎng)條件要求，收發(fā)天線等高，距離地面15米，周圍空曠無(wú)遮擋和反射，地面為雜草林。為了進(jìn)一步減小外場(chǎng)測(cè)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(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。外場(chǎng)測(cè)試環(huán)境較好，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確度高。實(shí)測(cè)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(jì)
4 仿真與實(shí)測(cè)對(duì)比分析
對(duì)比實(shí)測(cè)和仿真數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)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(huì)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(jì)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(cè)試誤差：增益測(cè)試采用對(duì)比法，測(cè)試誤差為0.2～0.5dB。
表3 實(shí)測(cè)與仿真數(shù)據(jù)對(duì)比統(tǒng)計(jì)
5 結(jié)論
用FEKO仿真大型反射面天線時(shí)，可將饋源和反射面分開(kāi)計(jì)算，饋源采用MOM，反射面采用PO算法，計(jì)算時(shí)間比一起計(jì)算縮短一半，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確度高，非常適合大型反射面天線的快速仿真設(shè)計(jì)。
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本文標(biāo)題：大型反射面天線的快速仿真與驗(yàn)證
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