基于FEKO仿真软件的双曲余割平方反射面天线的快速建模仿真
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。
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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.
基于FEKO的典型目标建模与静态RCS数据库的建立_王明琨
[1] 黄培康，殷红成，许小剑.雷达目标特性[M].北京:电子工 业出版社，2004.
[2] David K Barton，南京电子技术研究所译.雷达系统分析 与建模[M].北京：电子工业出版社，2007.
[3] Merrill I S，左群生译.雷达系统导论(第三版)[M].北京：电 子工业出版社，2006.
本文以 F-117 这款典型的隐身飞机作为研究 对象，飞机在飞行过程中，改变与雷达的相对姿 态会导致 RCS 呈现动态变化。因此，我们要得到 目标按照不同航线及机动方式飞行时的动态 RCS 分布情况就必须有一个精准可靠的模型和 近乎完善的目标静态 RCS 数据库。本文中采用 平板三角面元对 F-117 进行建模，模型如图 1、图 2 所示：
（radar cross section，RCS）即雷达散射截面， 它表征了目标在雷达波照射下所产生回波强度 的一种物理量[1]。目标的 RCS 是雷达对目标的探 测与跟踪的重要参数之一，随着雷达技术不断成 熟，雷达的功能得到了极大的改善，现代战争中 各种现代化、高性能的防空系统层出不穷。这给 各类飞行器突破敌防空系统带来了严重威胁。 因此，许多电磁学学者及专家都在致力于目标电 磁散射特性的研究，国内外基于 Swerling 模型对 目标 RCS 有很多研究[2-4]，然而这些研究以理论为 主，大多是进行信号级别的仿真和对 RCS 的预测 技术[5-9]，不适于作战分析仿真建模的需要。
本文基于对典型空中目标的分析，以作战仿
真为依据，用 FEKO 对 F-117 这款典型的隐身飞 机进行建模，并在全空域范围内得到误差较小、 相对合理的 RCS 值从而完成对该典型目标静态 RCS 的数据库的建立。
1 RCS 定义及计算方法
1.1 RCS 定义
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。
FEKO_天线仿真应用_微带天线
• Medium: PEC
– 点击”OK”
Demo1：建模-贴片 Patch
• 在“Construct Tab”中, 点击”Rectangle”,弹出”Create Rectangle”对话框:
– 在默认的”Geometry”标签
• Definition methods: – Base Centre, width,depth • Base Centre (C): – U:0.0;V:0.0;N:0.0 • Dimensions: – Width (W): lengthX – Depth (D): lengthY • Label: patch • 点击 “Create”
Demo1：建模-Substrate
• 在“Construct Tab”中, 点击Cuboid”,弹出”Create Cuboid”对话框:
– 在默认”Geometry”标签
• Base Centre: – U: -substrateLengthX/2 – V: -substrateLengthY/2 – N: -substrateHeight • Dimensions: – Width (W): substrateLengthX – Depth(D): substrateLengthY – Height (H): substrateHeight • Label: substrate • 点击 “Create”
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:
基于FEKO的天线罩瞄准线误差分析
基于FEKO的天线罩瞄准线误差分析吴秉横;顾昊;冯红全;余兴【摘要】In radar seeker system,the existence of the radome will make the electrical null position of the monopulse antenna difference pattern shifted,and the shifted angle is called boresight error(BSE).BSE is one of the most important specifications of radome,as it directly affects the tracking accuracy of guidance system.In this paper,the FEKO software based on the Multilevel Fast Multipole Method(MLFMM) is used to simulate radome's boresight error and the simulation results are compared with the measured results.The good coincidence between simulation and measured results proves the validity of the simulation method,which can effectively resolve the problem of low calculation precision which is existed in the traditional high-frequency algorithm when used in analyzing the electric property.%对于雷达导引头而言,天线罩的存在会造成单脉冲天线的差方向图零深位置产生偏移,该偏移量称为瞄准线误差。
应用FEKO特征模分析功能设计一种共形天线
Key words: Altair FEKO, CMA, Characteristic mode analysis, Conformal antenna;
Omnidirectional antenna; Inverse L ring antenna
1 引言
共形天线可与飞机、火箭、导弹、舰船、车辆等移动载体共形，即节省空间又具有较小 的雷达散射截面和良好的空气动力学性能，已广泛应用于通信、导航、电子侦察等领域。共 形天线按辐射方向图可以分为共形定向天线和共形全向天线。 共形定向天线有较多的天线形 式供选择，如各种微带天线、平面螺旋天线等；而共形全向天线可供选择的天线形式很少， 是共形天线设计的一个难点，已经受到了越来越多的研究人员的关注。 特征模分析方法是近年来兴起的一种分析方法， 它是应用较为广泛的矩量法结合解析本 征模理论求解电磁问题的一类新方法。 模式方法为任意复杂形状的电磁问题定义了一系列与 解析法类似的本征模式，这些模式可描述电磁问题的本征特性，且模式之间具有正交特性， 本征值的大小直接决定了该模式对电磁问题参量的贡献大小。 虽然特征模法在解决电磁问题
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Altair 2015 技术大会论文集
过程中并不比矩量法快速， 但是它使得矩量法有了更为清晰的物理景象， 天线设计者可以利 用模式分析提供的信息，更深入地理解天线的工作原理，甚至设计新的天线形式。 Altair 公司的 FEKO 软件是以矩量法为核心算法的三维电磁仿真软件，从 FEKO V6.2 版本开始，该软件加入了特征模分析的功能，并在 V7.0 版中进一步加强了特征模分析的能 力。与自编的特征模分析程序相比，在相同的硬件环境下，FEKO 的特征模分析速度具有较 大的速度优势。本文正是应用 FEKO V7.0 软件的特征模分析功能，设计了一种新颖且结构 紧凑的嵌入式共形全向天线。
基于FEKO软件的电大尺寸面天线仿真
基于FEKO软件的电大尺寸面天线仿真
赵波;吕琳;刘越东;黄昕寅;刘昊
【期刊名称】《遥测遥控》
【年(卷),期】2012(033)005
【摘要】运用FEKO软件的高低频混合法和多层快速多极子算法对典型电大尺寸面天线——卡塞格伦天线远场方向图进行仿真计算,并对这两种计算方法的计算精度和计算效率进行了比较.结果显示,二者得到的远场方向图基本一致,都具有较高的准确性.因为多层快速多极子算法在计算时考虑了双曲副反射面的遮挡效应,所以与高低频混合法相比,其得到的远场方向图增益略低、旁瓣略高,仿真精度更接近工程实际,但代价是内存开销和计算时间的大幅增加,特别是在网格数较大的情况下.【总页数】4页(P56-58,74)
【作者】赵波;吕琳;刘越东;黄昕寅;刘昊
【作者单位】北京遥测技术研究所北京 100076;北京遥测技术研究所北京100076;北京遥测技术研究所北京 100076;北京遥测技术研究所北京 100076;北京遥测技术研究所北京 100076
【正文语种】中文
【中图分类】TN81
【相关文献】
1.基于FEKO软件的中波天线方向图建模与仿真 [J], 刘又铭;洪承聪;冯奇;刘磊;林瑜
2.基于FEKO软件的星载天线EMC仿真 [J], 张宇环; 任红宇; 张助玲; 苏醒; 王盛
3.基于FEKO软件的鱼雷壳体屏蔽效能仿真 [J], 王凯国;张静;拓勇;吴斌
4.基于FEKO软件的高分辨距离像建模仿真 [J], 李昱琛;索继东
5.基于FEKO软件的鱼雷壳体屏蔽效能仿真 [J], 王凯国;张静;拓勇;吴斌
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一种超低副瓣双弯曲反射面天线的结构设计
一种超低副瓣双弯曲反射面天线的结构设计李红梅;张晔;钱建国【摘要】对于大口径、大曲率的双弯曲反射面天线,如何保证天线反射面的高精度是天线结构设计的重点和难点.研究设计了一种超低副瓣双弯曲反射面天线,将三坐标测量仪既作为测量仪器,又作为天线总成的工装,在结构设计中有针对性地对零件尺寸及形状、零件间的连接方式及定位进行优化设计,从而减小了由成型方法带来的误差,通过避免采用配焊的连接方式,消除焊接变形带来的误差,并应用有限元分析方法对天线结构的刚强度进行了分析计算和验证.该天线结构设计方法的可实现性高,在保证天线副瓣指标达到要求的同时,提高了天线的生产效率和经济性.【期刊名称】《新技术新工艺》【年(卷),期】2018(000)011【总页数】3页(P20-22)【关键词】超低副瓣;高精度;双弯曲反射面天线;结构设计;三坐标测量仪;有限元分析【作者】李红梅;张晔;钱建国【作者单位】南京长江电子信息产业集团有限公司,江苏南京 210038;南京长江电子信息产业集团有限公司,江苏南京 210038;南京长江电子信息产业集团有限公司,江苏南京 210038【正文语种】中文【中图分类】TN820雷达对目标的探测是依靠无线电波来进行的，而无线电波的发射和接收则是依靠天线来完成的。
副瓣是天线的关键技术指标之一，较低的副瓣可以提高信噪比，降低主波束以外杂波信号的影响，获得好的测定目标的方向性，有效提高整个系统的抗干扰能力[1-2]。
反射面天线副瓣越低，相应地对反射面精度的要求越高，反射面均方根误差的允许值越小。
天线副瓣的最大值降得越低，它对天线反射面均方根误差的依赖性就越紧密[3]。
某雷达天线副瓣要求<-38 dB，属于超低副瓣天线，天线反射面均方根误差的允许值较小。
本文针对超低副瓣双弯曲反射面天线进行了结构设计研究。
1 反射面天线的结构设计1.1 结构组成天线为双弯曲反射面天线，主要由反射体(天线骨架、反射面)、馈源、天线支架和馈源支架等组成(见图1)。
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基于 FEKO 仿真软件的双曲余割平方反射面天线的 快速建模仿真
孙浩 (安徽四创电子股份有限公司 合肥 230031)
摘
要: 本文提出了一种双曲余割赋形反射面天线快捷建模和分析方法。通过余割赋形反
射面天线模型的建立，基于 FEKO 中 MLFMA 算法的应用，计算得到了天线反射面存在加 工误差情况下的辐射方向图特性。结果表明：这种分析方法简单、快捷，计算结果可靠。这 种建模分析方法为工程上双曲余割赋形反射面天线的设计加工提供了有利的保证。
5 参考文献
[1]张祖稷 金林 束咸荣 雷达天线技术 [2]林昌禄 聂在平 天线工程手册 [3] DUNBAR. A. s.: "Calculation of doubly curved reflectors for shaped beams'，Proc. fnst. Radio Eng.，1948，36，pp. 1289-96 [4] Carberry T F. Analysis Theory for the Shaped-Beam Doubly Curved Reflector Antenna[J]. IEEE Transactions on Antennas and Propagation，1969，17（2）: 131–138. [5]林世明 赋形波束双弯曲反射器天线理论研究.电子学报，1981，NO.4 : 56~65 [6]胡明春 李建新．赋形波束双弯曲反射面探讨．现代雷达，l996，l8（5） ：64～68 [7]项永华 双弯曲赋形反射面天线的外形选择.舰船电子对抗，2005，vol.28 NO.1: 37~39 [8] Carlsson E，Derneryd A，Karlsson E，Larsson J-O. Doubly curved reflector antenna with extremely low azimuth sidelobes[A]. Antennas and Propagation Society International Symposium[C]. IEEE，May 1982. [9] 钱庆 朱迅 胡劲松 NO．2 2009：55~61 双弯曲反射面天线三维建模技术研究 电子机械工程 VoI ． 25
其中 F( ) 为希望的俯仰面方向图， I ( ) 为馈源俯仰面方向图，有方程组很容易求得中 截线数据表。
图五 条带坐标关系图
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赋形天线方位面窄波束是通过聚焦条带来实现的，反射面上条带方程可表示为：
X 2 Z 2 sin 2 ( ) 2 Z[cos( ) cos( )] 0
图二 对空搜索雷达威力图
图三 俯仰角与作用距离关系
2 反射面设计
图四 双曲赋形反射面天线坐标系关系概图 首先应确定反射面的中截线，有反射面几何关系及能量守恒定理得到方程组为：
ln( ) tan( ) d B 2 0 F( ) d I ( ) d
当 0 ，即图五（a）中 O O ，条带称为焦点带；
' ' 当 ，即图五（a）中 O ，条带称为水平带；
当 ，Q 平面在反射线所在的平面上，条带称为仰角带。 条带方程可改写为椭圆方程，设两轴分别为 a、b，如图五（d）中所示，则：
cos( ) cos( ) a sin( ) b cos( ) cos( ) sin 2 ( )
F ( ) C1 csc( )
功率方向图函数为：
P( ) C2 csc2 ( )
因此这类天线被称为余割平方方向图天线。 但实际的雷达所采用的余割平方赋形波束与理想余割平方形状还有一定差别， 图二是一
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Altair 2015里低仰角的关键指标为最大作用距离， 当到达高度与距离 极限交叉点以上时，高度是主要的要求，这段区域方向图为余割平方形状。为使更高仰角工 作时有效抑制低仰角处小而密集目标引起的杂波干扰，许多雷达系统都增加了 STC 功能来 消除不希望的回波，因此要求雷达增加高仰角的作用距离，为了便于天线设计，将威力图转 化成天线方向图，如图三所示，按此方向图来设计天线。
不同的带， 反射面天线的外形轮廓有差别， 而焦点带与馈源照射等电平轮廓线吻合的最 好，能量截获效率最高，因此本文天线模型采用焦点带的形式。
3 建模与仿真
通过以上设计可以计算出反射面天线面的坐标点，借助于 PROE 软件的逆向工程功能 快速的建立 FEKO 仿真模型如图六所示：
图六 FEKO 仿真模型 选择 FEKO 中 MLFMA 算法，计算天线俯仰面方向图如图七所示：
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关键词: 双曲余割赋形反射面 FEKO MLFMA
1 概述
在雷达应用中， 有时需要对一定高度不同距离的目标提供相同电平的照射， 如图一所示。
图一 典型的余割平方赋形方向图 为了满足上述要求，天线在目标处的场强应满足下列关系：
E
C C sin( ) F ( ) F ( ) r h
其中 C 为常数，h 为目标高度，r 为目标与天线的距离， F ( ) 为天线在垂直面的方向函数。 为使 h 为常数时场强不随 变化，天线的方向图函数必须满足下列关系：
图七 天线俯仰面仿真方向图
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4 结论及展望
借助 PROE 商业软件精湛的建模技术，可以建立与天线实物相同含有网孔实际公差的 双弯曲反射面模型，并可以直接导入 FEKO 软件中，利用 FEKO 软件快速多极子算法可以 精确有效的计算天线的辐射特性， 同时也减小了对计算机硬件的需求， 有效提高了天线的设 计效率， 大大缩短了天线的设计周期， 此种方法非常适合于双曲余割赋形反射面天线的工程 设计。