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FEKO仿真原理与工程应用

【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。图10-100 设置长度单位为cm工作频率:freq=1.53e9。长度缩放系数:sf=0.01。缝隙的宽度:s_h=0.1。缝隙离开机箱的距离:s_dh=0.2。图10-101 定义变量机箱模型建立单击“Construct”菜单中的“Cuboid”按钮,弹出“Create cuboid”对话框,进行如下设置。单击“Create”按钮,如图10-102所示。图10-103 修改Region区域的材料为“Free space”在“Workplane”对话框中:Orgin:。图10-110 定义Z=0平面为磁对称电参数设置在左侧的树形浏览器中,由“Construct”切换到

启动CADFEKO,新建一个工程“box_with_slot_emission.cfx”,在以下的各个操作过程中,可以即时保存做过的任何修改。完整的工程文件参考“…/chapter10/app4/box_with_ slot_emission.cfx”,起始操作工程位于“…/chapter10/app4/started/”,其中包含了变量的定义。

(1)定义长度单位

单击“Home”菜单中的“Model unit”按钮,在“Model unit”对话框中,选中“Centimetres(cm)”单选按钮,如图10-100所示。

(2)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。

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图10-100 设置长度单位为cm

工作频率:freq=1.53e9。

长度缩放系数:sf=0.01。

工作波长:lam=c0/freq/sf。

缝隙的长度:s_L=12。

缝隙的宽度:s_h=0.1。

缝隙离开机箱的距离:s_dh=0.2。

网格剖分:tL0=lam/10。

缝隙剖分:tL1=min(tL0,3*s_h)。

线段半径:sR0=0.08,如图10-101所示。

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图10-101 定义变量

(3)机箱模型建立

单击“Construct”菜单中的“Cuboid”按钮,弹出“Create cuboid”对话框,进行如下设置。

在“Geometry”对话框中:

Base corner(C):(U:0.0;V:0.0;N:-15)。

Width(W):22。

Depth(D):14。

Height(H):30。

Label:Box。

单击“Create”按钮,如图10-102所示。

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图10-102 定义机箱(不考虑厚度)

选中新生成的模型“Box”,在左下角的“Details”中,展开“Regions”结点,选中“Region1”并单击鼠标右键,选择“Properties”选项,弹出“Region properties”对话框,进行如下设置。

Medium:Free space。

单击“OK”按钮,如图10-103所示。

(4)缝隙模型建立

在“Construct”菜单中,单击“Rectangle”按钮,弹出“Create Rectangle”对话框,进行如下设置。

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图10-103 修改Region区域的材料为“Free space”

在“Workplane”对话框中:

Orgin:(X:0.0;Y:s_dh;Z:-s_L/2)。

U vector:(X:0;Y:0.0;Z:1)。

V vector:(X:0.0;Y:1.0;Z:0.0)。

进入“Geometry”选项卡

Base corner(C):(U:0.0;V:0.0;N:0.0)。

Width(W):s_L。

Depth(D):s_h。

Label:slot。

单击“Create”按钮,如图10-104所示。

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图10-104 定义缝隙“slot”

在左侧的树形浏览器中,展开“Model”→“Geometry”结点,选择新建立的“slot”,在其“Details”中,展开“Edges”结点,选择所有的棱边,单击鼠标右键,选择“Properties”选项,弹出“Edge properties”对话框,进行如下设置。

在“Meshing”选项卡中:

勾选:Local mesh size。

Mesh size:tL1。

单击“OK”按钮,如图10-105所示。

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图10-105 设置缝隙处棱边剖分规则

在“Construct”菜单中,单击“Line”按钮,弹出“Create line”对话框,进行如下设置。

在“Workplane”选项卡中:

修正Origin:X=17。

进入“Geometry”选项卡:

Start point:(U:0.0;V:0.0;N:0.0)。

End point:(U:0.0;V:14;N:0.0)。

Label:probe。

单击“Create”按钮,如图10-106所示。

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图10-106 定义辐射导线“probe”

在左侧的树形浏览器中,展开“Geometry”结点,选择新建立的“slot”,单击鼠标右键,选择“Apply”→“Subtract from”选项,弹出“Subtract from”对话框,不要关闭该对话框,直接在左侧的树形浏览器中单击新建的模型“Box”,把新生成的模型更名为“Box_slot”,如图10-107所示。

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图10-107 选择缝隙模型“slot”并从机箱“Box”上减去

选中新生成的模型“Box_slot”,单击鼠标右键,选择“Apply”→“Imprint points”选项,弹出“Create imprint points”对话框(这样操作后,就不需要和“probe”进行布尔操作了,能保证“probe”和机箱共结点),进行如下设置。

Point 1:(U:17;V:14;N:0)。

单击“Add”按钮,继续设置。

Point 2:(U:17;V:0;N:0)。

单击“Create”按钮,如图10-108所示。

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图10-108 定义机箱体上的点

(5)创建端口

在左侧的树形浏览器中,选中新建的模型“probe”,在其“Details”中,展开“Wires”结点,选择“Wire17”,单击鼠标右键,选择“Create port”选项,弹出“Create wire port(geometry)”对话框,进行如下设置。

Location on wire:Start。

Label:port1。

单击“Add”按钮,继续设置。

Location on wire:End。

Label:Port2。

单击“Create”按钮,如图10-109所示。

978-7-111-56144-6-Chapter10-112.jpg(www.chuimin.cn)

图10-109 定义线端口

(6)设置磁对称

进入“Solve/Run”菜单,单击最左侧的“Symmetry”按钮,弹出“Symmetry definition”对话框,进行如下设置。

Z=0 plane:Magnetic symmetry。

单击“OK”按钮,如图10-110所示。

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图10-110 定义Z=0平面为磁对称

(7)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,选中“Frequency”结点,单击鼠标右键,选择“Specify frequency per configuration”选项,“Frequency”结点会自动跳到“Configuration specific”结点中,双击“Frequency”结点,在弹出的“Solution frequency”对话框中设置如下。

选择:Single frequency。

Frequency(Hz):freq。

单击“OK”按钮,如图10-111所示。

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图10-111 设置工作频率

激励设置:在“Global”结点中,选中“Sources”结点,单击鼠标右键,选择“Voltage source”选项,弹出“Add voltage source”对话框,进行如下设置。

Port:Port1。

Magnitude(V):1e-3。

Label:VoltageSource1。

单击“Create”按钮,如图10-112所示。

阻抗加载设置:在“Global”结点中,选中“Global”结点,单击鼠标右键,选择“Add load”选项,如图10-113所示,弹出“Create load”对话框,进行如下设置。

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图10-112 定义端口激励

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图10-113 添加端口负载

Port:Port1。

Real part:50。

Label:Load1。

单击“Add”按钮,继续设置。

Port:Port2。

Real part:47。

Label:Load2。

单击“Create”按钮,如图10-114所示。

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图10-114 设定端口加载

求解设置:在“Configuration specific”结点中,选中“Requests”并单击鼠标右键,选择“Near fields”选项,弹出“Request near fields”对话框,进行如下设置。

Definition methods:Spherical。

选择:Specify increments。

Start:(r:300;θ:90;ϕ:0)。

End:(r:300;θ:180;ϕ:360)。

Increment:(r:0;θ:2;ϕ:4)。

Label:half_sphere_3m。

单击“Create”按钮,如图10-115所示。

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图10-115 近场求解设置(half_shpere_3m)

在左侧的树形浏览器上方的“Configurations”中,单击右侧的“978-7-111-56144-6-Chapter10-119.jpg”按钮,选择“Standard configuration”,如图10-116所示,新生成的求解设置是“Standard Configuration2”,选中它并将其更名为“SC_AFS”。再选中“StandardConfiguration1”,更名为“SC_1p53GHz”。

在“Configurations”中,选中新定义的求解设置“SC_AFS”,在左侧的树形浏览器中,切换到“Configuration”选项卡,展开“Configuration specific”结点,双击“Frequency”结点,弹出“Solution frequency”对话框,进行如下设置。

选择:Continuous(interpolated)range。

Start frequency(Hz):0.7e9。

End frequency(Hz):1.6e9。

单击“OK”按钮,如图10-117所示。

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图10-116 设置新的求解设置

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图10-117 设定扫频方式和范围

选中“Requests”结点,单击鼠标右键,选择“Near fields”选项,弹出“Request near fields”对话框,进行如下设置。

Start:(U:300;V:0.0;N:0.0)。

End:(U:300;V:0.0;N:0.0)。

Label:NF_3m。

单击“Create”按钮,如图10-118所示。

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图10-118 设定机箱外场点坐标

(8)网格划分

单击“Mesh”菜单中的“Create mesh”按钮,弹出“Create mesh”对话框,设置如下。

网格剖分方法“Mesh size”:Standard。

线段半径“Wire segment radius”:sR0。

单击“Mesh”按钮生成网格,如图10-119所示。

(9)提交计算

计算方法采用默认的矩量法(MoM)。

进入“Solve/Run”菜单,单击“FEKO Solver”按钮,提交计算。可以选择并行模式(有指导老师演示如何设置并行或查看相应的手册说明,如“FEKO软件安装中文手册”)。

(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。

显示3D结果:在“Home”菜单中,单击“Near field”按钮下的“half_sphere_3m”,在右侧的控制面板中勾选“dB”复选框

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图10-119 定义网格划分

进入“Result”菜单,选择“Show contours”(显示等值线)。

在3D视图中,将模型适中显示,按住〈Ctrl+Shift〉快捷键,在3m半球区域内任意一点位置单击鼠标左键,会自动拾取到该点的场值。这时,得到的3D显示效果如图10-120所示。

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图10-120 3D缝隙外部3m半空间的场强云图分布

显示2D结果:切换到“Home”菜单,单击“Cartesian”,进入直角坐标系“Cartesian graph1”,单击“Near field”→“NF_3m”,会在直角坐标系中直接显示缝隙正前方3m处一点的电场值曲线。在右侧控制面板的Traces区域内将自动生成NF_3m,选中“NF_3m”,在控制面板中勾选“dB”复选框。2D显示结果如图10-121所示。

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图10-121 缝隙正前方3m处坐标(3,0,0)的辐射电场强度频谱分布