本节采用S参数非辐射网络计算一个右旋圆极化天线。首先计算天线的馈电网络，保存S参数矩阵（Touchstone格式），本节采用S参数非辐射网络计算一右旋圆极化天线。首先计算天线的两端口馈电网络，保存S参数矩阵（Touchstone格式-s2p），然后将此S参数矩阵文件定义为非辐射网络，一端口添加电压源，另一端口与天线馈电端口级联，通过FEKO计算该天线的端口性能，并与全模型计算结果进行比对。完整的天线模型如图10-2所示。
图10-2 右旋圆极化天线与非辐射网络
1.馈电网络分析
启动CADFEKO，新建一个工程“feedNetwork.cfx”。采用默认长度单位m（米）。
（1）定义变量
在CADFEKO中左侧的树形浏览器中，展开“Definitions”结点，双击“Variables”结点，依次定义如下变量。
工作频率：freq=2.4e9。
工作波长：lam0=c0/freq。
介质基板高度：h=2.5e-3。
相对介电常数：epsr=2.2。
介质损耗正切：tand=0.0012。
介质波长：lamd=lam0/sqrt(epsr)。
lamEffZ0=lam0/sqrt(1.74)。
lamEffZ1=lam0/sqrt(1.79)。
lenZ0=lamEffZ0/4。
lenZ1=lamEffZ1/4。
mline=3e-3。
wL=1.4e-3。
W=39.0e-3。
offsetZ0=wL/2。
rb=7e-3。
s=W/2+mline+rb-(lenZ0+2*rb*(1-cos(pi/4)))/sqrt(2)=0.00986。
stb_len=lamEffZ1/25=0.003735。
w1=3.2e-3。
y0=6.50e-3，如图10-3所示。
图10-3 定义变量
创建“Named points”，在CADFEKO中左侧的树形浏览器中，双击“Named points”结点，弹出“Create named point”对话框，进行如下设置。
Name：connect_point。
X：W/2+mline+rb+rb*(1-cos(pi/4))。
Y：-s-rb*sin(pi/4)。
Z：0.0，如图10-4所示。
图10-4 创建关键点“connect_point”
双击“Media”结点，弹出“Create dielectric medium”对话框，创建介质材料“Rogers Duroid5870”，具体设置如下。
Relative permittivity：epsr。
Dielectric loss tangent：tand。
Label：RogersDuroid5870。
单击“Create”按钮，如图10-5所示。
图10-5 创建介质材料
（2）定义无限大介质平面
在“Construct”菜单中，单击“Planes/arrays”按钮下的“Plane/ground”，弹出“Plane/ground”对话框，设置如下。
Ground medium：Planar multilayer substrate。
Layer_1：“Thickness”设置为“h”，“Medium”设置为“RogersDuriod5870”。
图10-6 无限大介质平面设置
（3）模型创建
在“Construct”菜单中单击“Create surface”中的“polygon”，创建多边形Polygon1，具体设置如下。
Corner 1：(U：0,V：-wL/2,N：0)。
Corner 2：(U：stb_len,V：-wL/2,N：0)。
Corner 3：(U：stb_len,V：wL/2,N：0)。
单击中间位置的“Add”按钮，继续设置。
Corner 4：(U：0,V：wL/2,N：0)。
Label：Polygon1。
单击下部的“Add”按钮，如图10-7所示。
图10-7 创建多边形Polygon1
“Create polygon”对话框保持打开状态，创建多边形Polygon2，在“Create polygon”中首先修改“Workplane”选项卡，具体设置如下。
Origin：(X：stb_len,Y：0.0,Z：0.0)。
其他保持不变，如图10-8所示。
图10-8 创建多边形Polygon2的workplane
返回“Geometry”选项卡，Polygon2的结点为：
Corner 1：(U：0,V：-wL/2,N：0.0)。
Corner 2：(U：lenZ1,V：-wL/2,N：0.0)。
Corner 3：(U：lenZ1,V：wL/2,N：0.0)。
单击中部的“Add”按钮，继续设置。
Corner 4：(U：lenZ1-wL/2,V：w1-wL/2,N：0.0)。
单击中部的“Add”按钮，继续设置。
Corner 5：(U：wL/2,V：w1-wL/2,N：0.0)。
单击中部的“Add”按钮，继续设置。
Corner 6：(U：0.0,V：wL/2,N：0.0)。
单击下部的“Add”按钮。
“Create polygon”对话框保持打开状态，创建多边形Polygon3，在“Create polygon”中首先修改“Workplane”选项卡，具体设置如下。
Origin：(X：stb_len-offsetZ0,Y：-wL/2,Z：0.0)。
其他保持不变，如图10-9所示。
返回“Geometry”选项卡，Polygon3的结点坐标值为：
Corner 1：(U：0.0,V：0.0,N：0.0)。
Corner 2：(U：0.0,N：0.0,V：-lenZ0/2+wL/2)。
Corner 3：(U：wL,V：-lenZ0/2+wL/2,N：0.0)。
图10-9 创建多边形Polygon3的workplane
单击中部的“Add”按钮。
Corner 4：(U：wL,V：0.0,N：0.0)。
单击“Create”按钮。
在左侧的树形浏览器的“Model”→“Geometry”节点中，选中“Polygon1”并单击鼠标右键，选择“Copy and translate”选项，弹出“Copy and translate”对话框，在“Translate”选项卡中进行如下设置。
From：(U：0,V：0,N：0)。
To：(U：lenZ1+stb_len,V：0,N：0)。
Number of copies：1。
单击“OK”按钮，创建Polygon1_1，如图10-10所示。
选中“Polygon3”，单击鼠标右键，选择“Copy and mirror”选项，弹出“Copy and mirror”对话框，在“Mirror”选项卡中进行如下设置。
Origin：(U：stb_len+lenZ1/2,V：0.0,N：0.0)。
Plane：VN。
单击“OK”按钮，创建Polygon3_1，如图10-11所示。
同时选择“Ploygon1”“Ploygon1_1”“Ploygon2”“Ploygon3”和“Ploygon3_1”，单击鼠标右键，选择“Apply”→“Union”选项，合并后的模型重命名为“half_hybrid”。选择该模型，单击鼠标右键，选择“CopySepical”→“Copy and mirror”选项，弹出“Copy and mirror”对话框，在“Mirror”选项卡中进行如下设置。
图10-10 创建多边形Polygon1_1
图10-11 创建多边形Polygon3_1
Origin：(U：0.0,V：-lenZ0/2,N：0.0)。
Plane：UN。
单击“OK”按钮，创建“half_hybrid_1”，如图10-12所示。
图10-12 创建模型half_hybrid_1
同时选中“half_hybrid”与“half_hybrid_1”，单击鼠标右键，选择“Apply”→“Union”选项。将该模型重新命名为“hybrid”，选择该模型并单击鼠标右键，选择沿着Z轴旋转-45°，沿From(U:0,V:0,N:0)→To(U:connect_point,V:connect_point,N:connect_point)平移模型。
在“Construct”菜单中单击“Create arc”中的“Elliptic”，创建圆弧。在弹出的“Create elliptic arc”对话框中首先修改“Workplane”选项卡，具体设置如下。
Origin：(X：rb,Y：-W/2-mline,Z：0.0)。
其他保持不变，如图10-13所示。
返回“Geometry”选项卡，具体设置如下。
Radius(Ru)：rb-wL/2,Radius(Rv)：rb-wL/2。
Start angle(A0)：180,End angle(A1)：270。
其他采用默认设置，如图10-14所示。
单击“Add”按钮，创建“EllipticArc1”。
图10-13 创建模型定义坐标系
图10-14 创建模型圆弧EllipticArc1
“Create elliptic arc”对话框保持打开状态，修改“Radius(Ru)”与“Radius(Rv)”为“rb+wl/2”，单击“Create”按钮，创建“EllipticArc2”。
在左侧的树形浏览器的“Model”→“Geometry”结点中，同时选中“EllipticArc1”与“EllipticArc2”，单击鼠标右键，选择“Apply”→“Loft”选项，创建新的面模型，并重命名为“bend1”。
再次在“Construct”菜单中单击“Create arc”中的“Elliptic”，创建圆弧。在弹出的“Create elliptic arc”对话框中首先修改“Workplane”选项卡，具体设置如下。
Origin：(X：s,Y：-W/2-mline-2*rb,Z：0.0)。
其他保持不变，如图10-15所示。
返回“Geometry”选项卡，具体设置如下。
Radius(Ru)：rb-wL/2,Radius(Rv)：rb-wL/2。
Start angle(A0)：90,End angle(A1)：45。
其他采用默认设置，如图10-16所示。
单击“Add”按钮，创建“EllipticArc1”。
图10-15 创建模型定义坐标系
图10-16 创建模型圆弧EllipticArc1
“Create elliptic arc”对话框保持打开状态，修改“Radius(Ru）”与“Radius(Rv)为“rb+wL/2”，单击“Create”按钮，创建“EllipticArc2”。
在左侧的树形浏览器的“Model”→“Geometry”结点中，同时选中“EllipticArc1”与“EllipticArc2”，单击鼠标右键，选择“Apply”→“Loft”选项，创建新的面模型，并重命名为“bend2”。
在“Construct”菜单中单击“Create surface”中的“polygon”，创建多边形bridge，在“Create polygon”对话框中首先修改“Workplane”选项卡，具体设置如下。
Origin：(X：rb,Y：-W/2-mline-rb,Z：0.0)。
其他保持不变，如图10-17所示。
返回“Geometry”选项卡，bridge的结点坐标为：
Corner 1：(U：0.0,V：-wL/2,N：0.0)。
Corner 2：(U：s-rb,V：-wL/2,N：0.0)。
Corner 3：(U：s-rb,V：wL/2,N：0.0)。
单击中部的“Add”按钮。
Corner 4：(U：0,V：wL/2,N：0.0)。
单击下部的“Add”按钮，创建多边形“bridge”。
“Create polygon”对话框保持打开状态，创建多边形“feedxt”，在“Create polygon”对话框中首先修改“Workplane”选项卡，具体设置如下。(www.chuimin.cn)
Origin：(X：0,Y：-W/2,Z：0.0)
其他保持不变，如图10-18所示。
切回到“Geometry”标签，feedxt的结点坐标为：
Corner 1：(U：-wL/2,V：-mline,N：0.0)。
Corner 2：(U：wL/2,V：-mline,N：0.0)。
Corner 3：(U：wL/2,V：0.0,N：0.0)。
单击中部的“Add”按钮。
Corner 4：(U：-wL/2,V：0.0,N：0.0)。
单击下部的“Create”按钮，创建多边形“feedxt”。
图10-17 创建多边形bridge的workplane
图10-18 创建多边形feedxt的workplane
同时选择模型“bend1”“bend2”“bridge”“feedext”，单击鼠标右键，选择“Apply”→“Union”选项，并重新命名为“connect1”，选中此模型并单击鼠标右键，选择“Apply”→“Simplify”选项，采用默认设置对模型进行简化。
选中简化后的模型，单击鼠标右键，选择“Copy and special”→“Copy and mirror”选项，在弹出的“Copy and mirror”对话框中选择“Workplane”选项卡，把光标定位在“Origin”区域，按住〈Ctrl+Shift〉快捷键，在3D视图中单击图10-19所示位置，会自动拾取到该点所在的坐标系（注意，V轴平行于当前棱边，所以在下一步操作时选择UN平面）。
返回“Mirror”选项卡，将“Plane”设置为“UN”，单击“OK”按钮，如图10-20所示。
同时选择创建的“hybird”“Connect1”“Connect2”模型，单击鼠标右键，选择“Apply”→“Union”选项，重命名模型为“feed_network”。
在3D视图中，调整模型的显示位置，把光标定位在图10-21所示的棱边上，单击鼠标右键，选择“Create port”→“Microstrip port”选项，弹出“Create microstrip port（geometry）”对话框，进行如下设置。
图10-19 mirror的Workplane
图10-20 mirror的坐标设置
勾选：Reverse polarity。
Label：Port1。
单击下部的“Add”按钮，如图10-21所示。
选择模型的边创建端口（Microstrip port）“Port1”。如图10-22所示，再依次创建端口Port2、Port3、Port4。
图10-21 创建微带端口1
图10-22 创建微带端口2、端口3和端口4
创建后的微带端口1、2、3、4示意图如图10-23所示。
图10-23 创建后的微带端口1、2、3、4示意图
在左侧的树形浏览器中，选择“Configuration”选项卡，选中“Global”结点并单击鼠标右键，选择“Add load”选项，为Port4加载120Ohm的阻抗，如图10-24所示。
图10-24 为Port4加载120Ohm的阻抗
展开“Global”结点，双击“Frequency”结点，设置计算频率，扫频方式设置为“Continuous(interpolated)range”，设置“Start frequency(Hz)”为“freq*0.8”、“End frequency (Hz)”为“freq*1.2”。
右键单击“Request”结点，选择“Multi-port S-parameters”选项，弹出“Request S-parameters”对话框，进行如下设置。
单击中间的“Add”按钮两次。
Port列：从上到下依次选择Port1、Port2、Port3。
Properties列：从上到下依次定义特性阻抗为120。
Active列：从上到下依次勾选“Active”复选框。
勾选：Export S-parameters to Touchstone file(*.snp)，如图10-25所示。
图10-25 设置S参数计算
（4）生成网格
选中模型中所有的面，设置局部网格尺寸为wL。单击“Mesh”菜单中的“Create mesh”按钮，“Mesh size”设置为“Standard”，单击“Mesh”按钮进行网格剖分。
（5）提交计算
进入“Solve/Run”菜单，单击“FEKO Solver”按钮，提交计算。
计算完成后将在工程路径中生成文件“feedNetwork_SParameter1.s3p”，得到这个分支定性耦合器的端口S参数文件。
2.非辐射网络与天线一体仿真
将工程“feedNetwork.cfx”另存为“touchstoneFedPatch.cfx”。
删除“Gemetry”下的所有模型，相应地在“Configurations”中的“SParameter Configuration1”会自动删除，包括端口、加载等，重新建立天线模型。
在“Named Points”中删除关键点“connect_point”；在“Variables”中，依次删除w1、stb_len、s、rb、offsetZ0、mline、lenZ1、lenZ0、lamEffZ1、lamEffZ0。
（1）模型建立
在“Construct”选项卡中选择“Create surface”中的“Rectangle”，弹出“Create rectangle”对话框，进行如下设置。
Base centre(C)：(U：-W/2,V：-W/2,N：0.0)。
Width(W)：W，Depth(D)：W。
Label：patch，如图10-26所示。
单击“Add”按钮，继续设置。
保持“Create rectangle”对话框处于打开状态，创建“cut_ away_1”，具体设置如下。
Base Corner(C)：(U：-wL,V：-W/2,N：0.0)。
Width(W)：wL*2，Depth(D)：y0。
Label：cut_away_1。
图10-26 创建patch
单击“Create”按钮，如图10-27所示。设置所有面元局部网格尺寸为wL。
选中该模型并单击鼠标右键，选择“Copy special”→“Copy and rotation”选项，弹出“Copy and rotation”对话框，进行如下设置。
Angle[degrees]：90。
其他采用默认设置，如图10-28所示。
单击“OK”按钮，创建新的面模型，并重命名为“cut_away_2”。
图10-27 创建cut_away_1
图10-28 通过选择cut_away_1创建cut_away_2
同时选中“cut_away_1”与“cut_away_2”，单击鼠标右键，选择“Apply”→“Subtract from”选项，再单击“patch”模型，重命名布尔减运算后的模型为“slottedPatch”。
在“Construct”菜单中，在“Create surface”中选择“Rectangle”，弹出“Create rectangle”对话框，进行如下设置。
Base corner(C)：(U：-wL/2,V：-w/2,N：0.0)。
Width(W)：wL,Depth(D)：y0。
Label：feed_1。
单击“Create”按钮，创建“feed_1”，如图10-29所示。
选中模型“feed_1”，单击鼠标右键，选择“Coply special”→“and rotation”选项，弹出“Copy and rotate”对话框，设置“Angle[degrees]”为90，其他设置不变，单击“OK”按钮，创建新模型为feed_2，如图10-29所示。
将创建的模型“feed_1”“feed_2”“slottedPatch”全部选中，单击鼠标右键，选择“Apply”→“Union”选项，进行合并操作，将新模型重命名为“fedPatch”。
（2）创建端口
按照本章之前介绍的方法在图10-30所示的相应棱边上依次创建“Microstrip port”：Port1和Port2。
图10-29 feed_1的几何参数（左）与旋转feed_1创建feed_2（右）
图10-30 创建“Microstrip port”：Port1和Port2
（3）求解设置
左侧的树形浏览器中，切换到“Configuration”选项卡，展开“Global”结点，单击鼠标右键，选择“Network”→“Network”选项，如图10-31所示，弹出“Add general network”对话框来定义非辐射网络，具体设置如下。
Data type：S-matrix。
Source：Touchstone file。
Number of network terminals：3。
单击“Browser”按钮选择本章前一个例子生成的端口3网络的S参数文件。
Filename：feedNetwork_SParameter1.s3p。
Label：GeneralNetwork1，如图10-32所示。
图10-31 创建非辐射网络
图10-32 设置非辐射网络参数
在“View”菜单中单击“Schematic”→“Network schematic”，如图10-33所示，进入电路编辑窗口。连接“GeneralNetwork1”的端口2与贴片天线的“Port1”，连接“GeneralNetwork1”的端口3与贴片天线的“Port2”，如图10-34所示。
图10-33 进入“Network schmatic”电路编辑窗口
（4）设置激励
选中“Sources”结点，单击鼠标右键，选择“Add voltage source”选项，弹出“Add voltage source”对话框，进行如下设置。
Port：GeneralNetwork1.Port1。
其他采用默认设置，单击“Create”按钮，创建VoltageSource1，如图10-35所示。
图10-34 “Network schmatic”电路编辑窗口
图10-35 为“GeneralNetwork1.Port1”添加电压源
（5）设置求解参数
展开“Configuration specific”结点，选中“Request”并单击鼠标右键，选择“Far field”选项，弹出“Request far fields”对话框，进行如下设置。
Start：(θ：-85,ϕ：0.0);End：(θ：85,ϕ：0.0)。
Increment：(θ：5,ϕ：0.0)。
单击“Create”按钮，如图10-36所示。
图10-36 设置远场定义
（6）剖分网格
进入“Mesh”菜单，单击“Create mesh”按钮，弹出“Create mesh”对话框，将“Mesh size”设置为“Standard”，单击“Create”按钮生成网格。
（7）提交计算
进入“Solve/Run”菜单，单击“FEKO Solver”按钮，提交计算。
（8）后处理结果显示
在CADFEKO中单击“POSTFEKO”按钮，启动POSTFEKO。
在POSTFEKO中得到非辐射网络端口1阻抗的实部和虚部，如图10-37所示。
图10-37 馈电网络端口1阻抗的实部与虚部
3.全模型计算
将工程“touchstoneFedPatch.cfx”另存为工程“completePatch.cfx”。删除电压激励与非辐射网络的定义；关闭“Network schmatic”视图；删除端口：Port1和Port2。
（1）模型读入
在“Home”菜单中，单击“Import”→“CADFEKO model（*.cfx）”，选择工程文件“feedNetwork.cfx”，在导入对话框中选择导入几何和网格规则，以及合并变量和材料，单击“Import”按钮进行导入。
删除Port2和Port3，保留Port1和Port4（外部Port），同时选中两个模型“fedPatch”和“feed_network”，单击鼠标右键，选择“Apply”→“Union”选项，进行模型并操作，新生成的模型为“Union1”。
图10-38 导入*.cfx文件“feedNetwork.cfx”
（2）端口加载和激励
在左侧的树形浏览器中选择“Configuration”选项卡，选中“Global”结点，单击鼠标右键，选择“Add load”选项，为Port4添加120Ohm的负载。
在“Global”结点中，双击“Sources”结点，弹出“Add voltage source”对话框，为Port1添加电压源激励source。
（3）网格生成与提交计算
在“Mesh”菜单中单击“Create mesh”按钮，弹出“Create mesh”对话框，将“Mesh size”设置为“Standard”，单击“Mesh”按钮生成网格。
在“Solve/Run”菜单中单击“FEKO Solver”按钮，提交计算。
（4）后处理显示计算结果
在POSTFEKO中得到Port1的阻抗，并与采用非辐射馈电网络的计算结果进行对比，如图10-39所示。
图10-39 非辐射网络与全模型计算端口阻抗对比
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