TE11模圆极化仿真：FEKO仿真原理及工程应用

2023-10-31 理论教育版权反馈

【摘要】：定义变量在CADFEKO中左侧的树形浏览器中双击“Variables”结点，依次定义如下变量。圆波导半径：wg_r=0.51*lam。圆波导高度：wg_L=2*lam_w。按〈F5〉键，在3D视图中适中显示模型。图5-79 定义圆波导天线波导部分1在“Construct”菜单中单击“Cone”按钮，弹出“Create cone”对话框，如图5-80所示。在“Label”文本框中输入“Port1”，单击“Create”按钮。图5-85 定义端口激励WaveguideSource1重复上述步骤，在“Add waveguide source”对话框中进行如下设置。单击“3D pattern”按钮，修改theta的“Increment”为2，Phi的“Increment”为5.0。

启动CADFEKO，新建一个工程“Circular_waveguide_TE11_LHC.cfx”。

（1）定义变量

在CADFEKO中左侧的树形浏览器中双击“Variables”结点，依次定义如下变量。

工作频率：freq=12.5e9。

工作波长：lam=c0/freq。

波导波长：lam_w=0.0293。

圆波导半径：wg_r=0.51*lam。

圆波导高度：wg_L=2*lam_w。

开口圆喇叭开口半径：horn_r=lam。

开口圆喇叭底部半径：horn_r0=0.65*lam。

开口圆喇叭高度：horn_L=3.05*lam，如图5-78所示。

图5-78 变量定义

（2）圆波导天线模型建立

在“Construct”菜单中，单击“Cylinder”按钮，弹出“Create cylinder”对话框，在“Geometry”选项卡中进行如下设置。

Base centre(B)：(U：0.0;V：0.0;N：-wg_L-horn_L)。

Radius(R)：wg_r。

Height(H)：wg_L。

Label：waveguide。

然后单击“Create”按钮，如图5-79所示。按〈F5〉键，在3D视图中适中显示模型。

图5-79 定义圆波导天线波导部分1

在“Construct”菜单中单击“Cone”按钮，弹出“Create cone”对话框，如图5-80所示。在“Geometry”选项卡中进行如下设置。

Base centre(B)：(U：0.0;V：0.0;N：-horn_L)。

Base Radius(Rb)：horn_r0。

Height(H)：horn_L。

Top radius(Rt):horn_r。

Label：flare。

然后单击“Create”按钮。

图5-80 定义圆波导天线波导部分2

在左侧的树形浏览器中，展开“Model”→“Geometry”结点，同时选中新建的模型“waveguide”和“flare”，单击鼠标右键，选择“Apply”→“Union”选项（或直接按〈U〉键），把新生成的模型更名为“horn”。

在左侧的树形浏览器中，选中模型“horn”，单击鼠标右键，选择“Apply”→“Simplify”选项，弹出“Simplify geometry”对话框，采用默认设置，进行模型冗余处理（会删除模型“waveguide”和“flare”中间的公共面，因为该面的前向和后向区域材料相同，且该面的属性也与前后向区域材料相同）。

在3D视图中，选中新建模型“horn”的顶部面元（即z=0的面），单击鼠标右键，选择“Delete”选项，删除该面元，如图5-81所示。

图5-81 删除顶部面元

在3D视图区域，进入面选模式（光标定在模型的某一面上，依次单击鼠标左键，可以在体选、面选上自动切换），选中新建喇叭天线“horn”的最底部面元（z=-(wg_h+horn_L)的面元），单击鼠标右键，选择“Properties”选项，弹出“Face properties”对话框，如图5-82所示，在“Meshing”选项卡中，勾选“Local mesh size”复选框，在“Mesh size”文本框中输入“lam/15”，单击“OK”按钮。

图5-82 定义波导端口网格

（3）设定波导端口

在3D视图区域，把模型移动并缩放到适合的角度，单击鼠标左键自动切换到面选模式，选中新建圆波导天线底部面元（z=-(wg_h+horn_L)的面元），单击鼠标右键，选择“Create port”→“Waveguide port”选项，如图5-83所示，弹出“Create waveguide port（geometry）”对话框，如图5-84所示。勾选“Propagation direction opposite to normal”复选框，目的是使该面添加的波导信号向里传播，即红色箭头朝里。在“Label”文本框中输入“Port1”，单击“Create”按钮。

图5-83 定义波导端口

图5-84 选择波导信号传播方向

（4）电参数设置

在左侧的树形浏览器中，由“Construct”切换到“Configuration”，进行如下设置。

工作频率设置：展开“Global”结点，双击“Frequency”，弹出“Solution frequency”对话框，选择“Single frequency”，设置“Frequency(Hz)”为“freq”，单击“OK”按钮。

（5）激励设置

在“Global”结点中，选中“Sources”，单击鼠标右键，选择“Waveguide source”选项，如图5-85所示，弹出“Add waveguide source”对话框，选中“Excite fundamental mode only”单选按钮，“Fundamental mode”的设置如下。

Magnitude:1。

Phase:0。

Rotation:0。

然后单击“Add”按钮，在“Label”文本框中输入“WaveguideSource1”。

图5-85 定义端口激励WaveguideSource1

重复上述步骤，在“Add waveguide source”对话框中进行如下设置。(www.chuimin.cn)

Fundamental mode:

Magnitude:1。

Phase:90。

Rotation:90。

在“Label”文本框中输入“WaveguideSource2”。

最后单击“Create”按钮，如图5-86所示。

图5-86 定义端口激励WaveguideSource2

（6）求解设置

在“Configuration specific”结点中，选中“Requests”，单击鼠标右键，选择“Far fields”选项，如图5-87所示，弹出“Request far fields”对话框，进行如下设置。

单击“3D pattern”按钮，修改theta的“Increment”为2，Phi的“Increment”为5.0。

在“Label”文本框中输入“ff3D”，最后单击“Create”按钮。

图5-87 远场方向图求解设置（3D pattern）

（7）网格划分

在“Mesh”菜单中单击“Create mesh”按钮，弹出“Create mesh”对话框进行如下设置。

网格剖分方法“Mesh size”：Custom。

三角形单元尺寸“Triangle edge length”：lam/8。

然后单击“Mesh”按钮，生成网格，如图5-88所示。

图5-88 定义网格划分

（8）设置计算方法

在“Solve/Run”菜单中单击“Solver settings”按钮，弹出“Solver settings”对话框，选择“MLFMM/ACA”选项卡，选中“Solve model with the multilevel fast multipole method (MLFMM)”单选按钮，单击“OK”按钮，如图5-89所示。

图5-89 设置计算方法为MLFMM

（9）提交计算

进入“Solve/Run”菜单，单击“FEKO Solver”按钮，提交计算。可以选择并行模式，如图5-90所示。

图5-90 选择并行求解

（10）后处理显示结果

计算完成后，单击“Solve/Run”菜单中的“POSTFEKO”按钮或按〈Alt+3〉快捷键，启动后处理模块POSTFEKO显示结果。

（11）显示2D结果

在“Home”菜单中单击“Cartesian”，进入直角坐标系“Cartesian graph1”，单击“Far field”→“ff3D”，会在直角坐标系中直接显示Phi=0°极化平面上的2D增益方向图。在右侧控制面板的Traces区域，自动生成ff3D，选中Trace：ff3D，在控制面板中进行如下设置。

Independent axis(Horizontal):Theta(wrapped)。

Fixed-Phi:0 deg(wrapped)。

然后选中“LHC”单选按钮，勾选“dB”复选框，如图5-91所示。