丁 桥_基于FEKO的卡塞格伦天线仿真设计

媒体文章Feko在天线罩设计中的应用安世亚太(ANSYS-CHINA贾云峰天线罩是航空器中广泛采用的天线保护装置,其引入会影响天线的方向图等电磁特性。

由于天线罩仿真计算规模较大,因此通常软件难于解决。

Feko完美结合了矩量法和高频近似方法,在处理这类问题时游刃有余。

本文通过Feko对某型天线罩的分析展示了Feko在处理电大尺寸问题上的卓越能力。

在航空领域作为探测、测量、瞄准、通信的手段,雷达不可或缺,其性能至关重要,雷达天线就是决定雷达性能的关键部件之一。

雷达工作环境恶劣,其天线大多设有天线罩。

从理论上讲,作为雷达天线保护装置的天线罩对电磁波应该是完全透明的,但由于材料、工艺和结构的限制,这种透明是有限的,因此,必须在兼顾结构强度和稳定性要求的同时,考虑天线罩的电性能,使其尽量接近无罩状态的理想值。

采用仿真软件,构造虚拟样机并进行性能分析与优化设计,可以大大降低成本,加快研究进度。

FEKO是针对天线设计、天线布局、RCS分析等而开发的专业电磁场分析软件。

FEKO从严格的积分方程出发,以矩量法(MOM及多层快速多级子(MLFMM算法为基础,不需建立吸收边界条件,没有数值色散误差。

Feko完美结合了高频分析方法(物理光学PO,一致性绕射理论UTD,因此非常适合于分析天线设计、雷达散射截面(RCS、开域辐射、电磁兼容中的各类问题。

Feko还混合了有限元法(FEM:Finite Element Method,能更精确的处理多层复杂电介质、生物体比吸收率等问题。

对于电小结构的天线等电磁场问题,FEKO采用完全的矩量法进行分析,保证了结果的高精度。

对于具有电小与电大尺寸混合的结构,可以将问题分解后选用合适的混合方法(如用矩量法、多层快速多级子分析电小结构部分,而用高频方法分析电大结构部分,从而保证了高精度和高效率的完美结合。

采用以上的技术路线, Feko可以针对不同的具体问题选取不同的方法来进行快速精确的仿真分析,使得应用更加灵活,适用范围更广泛,突破了单一数值计算方法只能局限于某一类电磁问题的限制。

• 112•本文设计了一种W 波段双极化卡塞格伦天线。

天线口径为1.0m ，由主反射面、副反射面和馈源喇叭组成。

为降低加工难度和成本，馈源喇叭采用双模喇叭，通过优化各种结构参数，实现天线的低副瓣和高交叉极化特性。

经暗室测试， 天线增益达到56dBi ，副瓣电平小于-25dB ，交叉极化达到30dB 以上，在气象雷达产品中得到良好的应用效果。

毫米波因更易于实现高增益、低旁瓣及更好的角探测精度和分辨力，在气象雷达领域得到飞跃的发展。

云目标往往对不同极化电磁波具有不同的散射特性，为了提离云相态信息的探测能力，毫米波气象雷达需具备双极化工作模式。

作为雷达的关键部件，研制高增益、低副瓣、低交叉极化的双极化天线已成为研究的热点。

由于卡塞格伦天线具有增益高、低交叉极化、馈线波导短、口径效率高等优势，已广泛应用于雷达领域。

特别是在W 波段，因其可以大大改善馈线损耗，更是天线设计者的首选。

本文根据总体项目技术要求，采用正馈圆口径卡塞格伦天线，通过优化馈源、副反射面、支杆等关键部件，实现了在W 波段的高增益、低副瓣、低交叉极化的天线性能。

1 天线设计1.1 天线参数设计卡塞格伦天线是双反射面天线中最为常见的一种结构形式，主反射面为抛物面，副反射面为双曲面，馈源的相位中心位于双曲面的一个焦点，而双曲面的另一焦点与抛物面的焦点重合。

正是由于馈源喇叭的后置，大大缩短了馈线长度，降低馈电网络损耗，且便于安装于维修。

对于卡塞格伦天线设计来说，其遮挡主要来源于副反射面口径，因此副面的大小选取显得尤为重要。

根据最小遮挡条件：式中， k w 为馈源波束宽度常数，为减少副面遮挡，D S 取值应尽量小，同时为避免副面的绕射影响，副面取值至少＞7λ。

考虑到天线口径312l （94.58GHz ）左右，副面与主面相比可以很小，副面可以选择D s / D =0.0816。

焦径比的选择要综合考虑馈源系统的尺寸，交叉极化分量等因素。

在本天线设计中，焦径比F /D =0.275，馈源照射角度（相对副面半张角）为25°，照射电平取-20dB ，则双曲面的离心率e =1.8342，双曲面两焦点之间的距离为f =91.306mm 。

一种典型的卡塞格伦光学天线的设计与分析作者：黄凯刘海峰来源：《科技创新导报》 2014年第14期黄凯刘海峰(成都理工大学工程技术学院乐山 614000)摘要：基于空间光通信中的卡塞格伦光学天线的重要性，文中介绍了一种典型的卡塞格伦光学天线设计，利用CODE-V软件进行了仿真，并分析了发散角（半角）为2.8263o的点光源在卡塞格伦光学天线中传输的特点。

最后，利用MATLAB软件仿真了发射光束发散角与点光源偏离焦点距离之间的关系图。

关键词：卡塞格伦光学天线主镜次镜中图分类号：TN822 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2014)05(b)-0057-02光学天线是当代空间光通信发展的重要组成部分，目前国内外已研制出各种光学天线系统[1]。

卡塞格伦光学天线作为光学发射和接收天线，其突出的优点有：(1)口径可以做得较大，不产生色差且可用波段范围较宽[2]；(2)采用非球面镜后，有较大的消像差能力[3]；(3)可以做到收发合一。

本文设计了一种典型卡塞格伦光学天线，并讨论了点光源在其中传输的特点。

1 卡塞格伦光学天线的设计1.1 卡塞格伦光学天线设计的理论推导我们都知道，遮挡比的增加，会使得天线的增益有所下降。

在具体设计光学天线时，应选择合适的遮挡比，在保证系统像差的要求下，尽量降低遮挡比α，但是它不能太小，因为那样将会降低天线增益。

综合分析各种因素，遮挡比取0.2较为合适。

如图1，设主镜的曲线方程为:,次镜曲线方程为：其中d表示两曲线顶点间距，a为双曲线的实轴，b为双曲线的虚轴。

设f为主镜焦距，F1为次镜的左焦点，α为系统的遮挡比，主镜口径为D1，次镜口径为D2。

设天线系统的放大倍数为β，双曲线焦距为2c，θ0为点光源的最大发散角（半角），θ4为发射光束的发散角。

当从次镜左焦点F1发出的光线射到次镜上，经两次反射后，出射光必为平行光。

根据光线传输的反射定律，以及相似三角形原理，可以得到以下方程：线的仿真根据以上理论，本文设计的卡塞格伦光学天线参数是：主镜直径150mm，次镜直径30mm，系统的放大倍数为5倍，系统的遮挡比为0.2，其模型图仿真如图2所示。

天线布局：利用FEKO仿真的解决方案Altair/FEKOFEKO助力大量工业领域的OEM厂商及其供应商解决其在产品设计、分析和测试验证过程中遇到的EMC问题。

通过使用FEKO等仿真工具，减少了试制样品的数量和测试的次数，将传统的以测试驱动的开发流程转变为以仿真驱动设计。

FEKO在EMC/EMI领域的重要应用包括了电磁辐射、电磁抗干扰、雷电效应、高强度辐射场（HIRF）、电磁脉冲（EMP）、电磁屏蔽、电磁辐射危害以及天线耦合等。

天线布局在自由空间中进行天线仿真时，有多种技术可选。

在实际应用中，这样的天线被安装在实体结构上，严重影响天线的自由空间辐射特性。

对于安装在大型平台上的天线，测量其辐射特性非常困难，有时甚至无法测量。

因此，进行精确仿真的挑战是，天线与大型电子环境的交互。

多年来，FEKO 在天线布局方面已经赢得良好声誉，成为车辆、飞机、卫星、轮船、蜂窝基站、塔、建筑及其他地点的天线布局的标准EM 仿真工具。

MLFMM 和FEKO 中的渐进求解器（PO、RL-GO 和UTD）以及模型分解共同作用，使FEKO 成为解决大型或超大型电子平台上天线布局和共址干扰问题的理想工具。

战斗机和轮船上的天线布局（表面电流如图显示）FEKO仿真基于平台上多天线间的隔离度问题（图1）是FEKO最擅长处理的问题之一。

该飞机模型是EMC计算电磁学（CEMEMC）专题研讨会上展示的一个测试模型，属于EV55（属于HIRF-SE FP7 EU项目，EVEKTOR，spol.s r.o.和HIRF SE联盟拥有其版权）的变形版本。

用户只需要根据求解问题的类型、电尺寸大小和复杂度等来选择FEKO中的一种求解器进行计算。

FEKO中快速计算天线间互耦的一种方法是通过S参数，用户可以在不重复启动求解器的情况下通过一次计算可视化显示天线负载的变化对天线间耦合的影响，直观显示大量天线端口的耦合并绘制共址干扰矩阵来识别和分析耦合强度的等级。

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。

风荷作用下基于FEKO的卡塞格伦天线变形分析秦焕丁;娄景艺;屈晓旭【摘要】卡塞格伦天线是目前卫星通信中使用较多的天线.天线在各种载荷的作用下会发生变形,从而影响天线的电性能指标,导致增益下降,影响通信质量.研究卡塞格伦天线主反射面在风荷作用下的变形情况,并基于FEKO软件仿真天线变形对增益指标的影响.由仿真结果可以看出,在风力逐渐加大的情况下,天线的变形量增加,天线增益下降.【期刊名称】《通信技术》【年(卷),期】2016(049)006【总页数】4页(P697-700)【关键词】卡塞格伦天线;风荷;风力计算;变形;FEKO软件【作者】秦焕丁;娄景艺;屈晓旭【作者单位】海军工程大学电子工程学院,湖北武汉430033;海军工程大学电子工程学院,湖北武汉430033;海军工程大学电子工程学院,湖北武汉430033【正文语种】中文【中图分类】TN823当前，卡塞格伦天线已广泛应用于卫星通信、地面跟踪及雷达探索等系统中。

它的电性能指标在通信中发挥着关键作用，而指标的变化直接影响通信系统性能的好坏。

在实际工程中，天线并不能完全符合原设计抛物面天线，会在使用过程中受到自重、风雨雪、日晒的作用而发生变形，导致天线的表面精度[1]降低。

表面精度大部分决定于反射面的构造及装配的准确度，最终会影响天线的电性能指标，如天线效率降低、副瓣电平变高及方向性变差等。

天线在实际使用过程中，会受到载荷的影响。

目前，天线所受的载荷大致有以下几种类型：①风力；②裹冰及积雪载荷；③天线运动时的惯性载荷；④自重；⑤温度载荷；⑥馈源支架载荷；⑦其他载荷。

目前，可以通过保型设计和优化方法使自重变形减到最小，因而环境载荷特别是风载荷[2]作用下的变形，成为突出需要解决的问题。

风荷作用下，当变形达到一定程度，就会使天线电磁波的反射散乱，指向误差增大，方向图产生畸变，从而降低天线按预期目标正确执行任务的能力，影响通信系统质量。

1.1 卡塞格伦天线模型及优点卡塞格伦天线是由主反射面、副反射面和馈源组成的，模型如图1所示。

FEKO应用6：天线系列内容：共形天线阵弹载布局一、模型描述1.1模型描述：图1：阵列天线+导弹全模型示意图1.2计算方法描述：采用FEM与MLFMM混合求解设置CFIE方法提高收敛性1.3计算参数：共形天线阵：12个微带贴片工作频率：2.4GHz计算相控阵天线方向图和表面电流二、主要流程：启动CadFEKO，打开工程：missile_Layout_start.cfx ，另存为missile_Layout_start_Phased array2.1：变量说明：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=2.4e9工作波长：lam0= c0/freq天线激励幅度：m1、m2、m3、m4、m5、m6、m7、m8、m9、m10、m11、m12 天线激励相位：p1、p2、p3、p4、p5、p6、p7、p8、p9、p10、p11、p12介电常数：patch_relative_permittivity=4.35介质损耗角正切：patch_tan_delta=0图2：变量定义2.2：模型导入：通过几何接口导入missile.x_t文件。

图3：Parasolid几何接口读入文件图4：读入几何模型默认为PEC材料在左侧树型浏览器中，展开“Model->Geometry”节点，同时选中导入的模型“GeomImport1”和“GeomImport2”，点击鼠标右键“Apply->Union”（或直接点击键盘的U键），把新生成的模型更名为“Missle”；2.3：设置模型材料在左下角Details工程树中，选择region465，如右图，为空气材料，点击右键，选择Properties图5：选择Region465空气模型设置为Air材料图6：完成空气材料设置Region466保持默认材料Free space图7：选择Region467微带模型设置为patch_substrate材料图8：定义patch_substrate材料设置微带天线阵的贴片和地板为PEC，Display options，选择Cutplanes，选择Global ZX平面，勾选Active。

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。

八木天线的FEKO仿真与优化八木天线是一种常用的宽带天线，特别适用于通信系统中的宽带指向性衍射天线。

为了进一步提高八木天线的性能和优化设计，FEKO仿真和优化工具被广泛应用于八木天线设计中。

FEKO是一种电磁仿真软件，可以用来分析和优化各种天线结构的性能。

使用FEKO进行八木天线的仿真和优化，可以帮助工程师更好地理解和分析八木天线的辐射特性、电压驻波比、增益等参数，并通过优化设计过程来提高性能。

首先，FEKO可以用来模拟八木天线的辐射特性。

通过设置合适的辐射口和接收方向，可以得到八木天线在不同频率下的辐射特性图。

这可以帮助工程师了解八木天线的频率响应、波束宽度、辐射范围等参数，并根据需要进行优化。

其次，FEKO可以用来分析八木天线的电压驻波比（VSWR）。

VSWR表示天线的匹配度，是评估天线效能的一个重要指标。

使用FEKO进行八木天线的VSWR仿真可以帮助工程师了解天线的匹配性能，并在设计过程中进行改进。

此外，FEKO还可以用来计算八木天线的增益。

增益是衡量天线辐射功率增益的指标，是评估天线指向性和性能的重要参数。

通过使用FEKO 进行八木天线的增益仿真，可以帮助工程师更好地分析和优化八木天线的辐射性能。

在进行八木天线的FEKO仿真和优化时，还可以尝试使用优化算法进行设计。

FEKO的优化工具可以根据指定的优化目标函数（如最大增益、最小VSWR等），自动调整八木天线的参数和几何形状，以实现最佳性能。

这可以大大缩短设计周期，提高设计效率。

综上所述，八木天线的FEKO仿真和优化是一种有效的方法，可以帮助工程师更好地分析和优化八木天线的性能。

通过使用FEKO进行仿真和优化，可以提高八木天线的辐射特性、电压驻波比和增益等参数，从而满足具体应用场景的要求。

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。

实验一图1 金属部件位于圆台正中，高度距顶面m h 5=图2 频率MHz f 5=时的三维方向图图3 频率MHz f 5=时的二维方向图图4 频率MHz f 20=时的三维方向图图5 频率MHz f 20=时的二维方向图实验二图6 金属部件位于圆台正中，高度距顶面m h 10=图7 频率MHz f 5=时的三维方向图图8 频率MHz f 5=时的二维方向图图9 频率MHz f 20=时的三维方向图图10 频率MHz f 20=时的二维方向图实验三图11 金属部件位于圆台正中，高度距顶面m h 20=图12 频率MHz f 5=时的三维方向图图13 频率MHz f 5=时的二维方向图图14 频率MHz f 20=时的三维方向图图15 频率MHz f 20=时的二维方向图实验四图16 金属部件位于圆台正中，高度距顶面m h 50=图17 频率MHz f 5=时的三维方向图图18 频率MHz f 5=时的二维方向图图19 频率MHz f 20=时的三维方向图图20 频率MHz f 20=时的二维方向图实验五图21 金属部件位于圆台正中，高度距顶面x 轴正方向m x 1=∆图22 频率MHz f 5=时的三维方向图图23 频率MHz f 5 时的二维方向图图24 频率MHz f 20=时的三维方向图图25 频率MHz f 20=时的二维方向图实验六图26 金属部件位于圆台正中，高度距顶面x 轴正方向m x 2=∆图27 频率MHz f 5=时的三维方向图图28 频率MHz f 5 时的二维方向图图29 频率MHz f 20=时的三维方向图图30 频率MHz f 20=时的二维方向图实验七图31金属部件位于圆台正中，高度距顶面x 轴正方向m x 8=∆图32 频率MHz f 5=时的三维方向图图33 频率MHz f 5=时的二维方向图图34 频率MHz f 20=时的三维方向图图35 频率MHz f 20=时的二维方向图实验八图36 金属部件位于圆台正中，高度距顶面x 轴正方向m x 12=∆图37 频率MHz f 5=时的三维方向图图38 频率MHz f 5=时的二维方向图图39 频率MHz f 20=时的三维方向图图40 频率MHz f 20=时的二维方向图。