FEKO应用2-圆波导圆极化天线上课讲义.docx

FEKO应用2-圆波导圆极化天线精品文档FEKO应用2：天线系列内容：圆波导圆极化天线一、模型描述1.1模型描述：图1：波导圆极化天线-全模型示意图1.2计算方法描述： 采用矩量法-MLFMM1.3计算参数： 圆波导主模圆极化-TE11模式12.5GHz 高次模圆极化-TE21模式 15GHz 计算该类天线的圆极化辐射方向图二、主要流程：启动CadFEKO，新建一个工程：Circular_waveguide_TE11_LHC.cfx，在以下的各个操作过程中，可以即时保存做过的任何修正2.1：定义变量：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=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图2：变量定义2.2：模型建立：圆波导天线模型建立：点击菜单“Construct”，选择“Cylinder”，弹出“Create Cylinder”对话框：在“Geometry”标签： Base centre (B): (U: 0.0; V: 0.0; N: -wg_L-horn_L) Radius (R)：wg_r Height(H)：wg_L Label：waveguide 点击“Create”; 点击“F5”快捷键，在3D视图中适中显示模型。

图3：定义圆波导天线波导部分点击菜单“Construct”，选择“Cone”，弹出“Create Cone”对话框：在“Geometry”标签： 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 点击“Create”;图4：定义圆波导天线波导部分在左侧树型浏览器中，展开“Model->Geometry”节点，同时选中新建的模型“waveguide”和“flare”，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“horn”；在左侧树型浏览器中，选中模型“horn”，点击鼠标右键，选择“Apply->Simplify”，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（z=0的面），点击鼠标右键，选择“Del”，删除该面元;图5：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，依次点击鼠标左键，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），点击鼠标右键，选择“Properties”，弹出“Face properties”对话框：进入“Meshing”标签： 勾选：Local mesh size Mesh size: lam/15 点击“OK”按钮。

图6：定义波导端口网格2.3：设定波导端口：在3D视图区域，把模型移动和缩放到适合的角度，点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），点击鼠标右键，选择“Create port->Waveguide port”，弹出“Create waveguide port”对话框：图7：定义波导端口 不勾选“Propagation direction opposite to normal”，目的是要使得该面添加的波导信号是向里传播的，即：红色箭头朝里 Label: Port1 点击“Create” 图8：定义波导端口2.4：电参数设置：在左侧树型浏览器中，由“Construct”切换到“Configuration”：工作频率设置：展开“Global”，双击“Frequency”，弹出“Solution frequency”对话框：选择：Single frequency; Frequency (Hz): freq点击OK激励设置：在“Global”中，选中“Sources”点击鼠标右键选择“Waveguide excitation”，弹出“Add waveguide excitation”对话框： 选择：Excite fundamental mode only Fundamental mode: Magnitude: 1.0 Phase: 0 Rotation: 0点击Add Label：WaveguideExcitation1图9：定义端口激励 Fundamental mode: Magnitude: 1.0 Phase: 90 Rotation: 90点击Add Label：WaveguideExcitation2 点击“Create”。

图10：定义端口激励求解设置：在“Configuration specific”中，选中“Requests”点击鼠标右键选择“Far fields”，弹出“Request far fields”对话框：点击“3D Pattern”按钮；修改theta 的Increment：2Phi的Increment：5.0Label：ff3D点击“Create”图11：远场方向图求解设置-3D Pattern2.5：网格划分：点击菜单“Mesh->Create mesh”弹出“Create mesh”对话框，设置如下： 网格剖分方法Mesh size : Custom 三角形单元尺寸：Triangles edge length: lam/8 点击：Mesh 生成网格图12：定义网格划分2.6：设置计算方法点击菜单“Solve/Run”中的“Solver Settings”，弹出“Solver Settings”对话框，进入“MLFMM/ACA”标签： 勾选：Solve model with the multilevel fast multipole method (MLFMM) 点击“OK”图13：设置计算方法为MLFMM2.7：提交计算：进入菜单“Solve/Run”，点击“FEKO Solver”，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”）2.8：后处理显示结果：计算完成之后，点击“Solve/Run”菜单中的“PostFEKO”或快捷键“Alt+3”，启动后处理模块PostFEKO显示结果显示2D结果：在“Home”菜单，点击“Cartesian”，进入直角坐标系“Cartesian Graph1”，点击“Far field->ff3D”，会在直角坐标系中直接显示phi=0度极化平面上的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，在控制面板中进行设置：可以看到并修改为： Independent axis(Horizontal): Theta(wrapped) Fixed-Phi: 0 deg(wrapped) 勾选：LHC 勾选：dB 图14：XOZ平面辐射方向图-左旋圆极化在右侧控制面板的Traces区域，选中ff3D，点击快捷键“Ctrl+K”复制成ff3D_1，选中ff3D_1，在右侧控制面板中，修改设置为： 勾选：RHC 勾选：dB 图15：XOZ平面辐射方向图-右旋圆极化在“Home”菜单，点击“Cartesian”，进入直角坐标系“Cartesian Graph2”，点击“Far field->ff3D”，在右侧控制面板的Traces区域，自动生成ff3D，选中Trace：ff3D，在控制面板中进行设置：可以看到并修改为： Independent axis(Horizontal): Theta(wrapped) Fixed-Phi: 90 deg(wrapped) 勾选：LHC 勾选：dB 图16：YOZ平面辐射方向图-左旋圆极化在右侧控制面板的Traces区域，选中ff3D，点击鼠标右键，选择“Duplicate trace”复制成ff3D_1，选中ff3D_1，在右侧控制面板中，修改设置为： 勾选：RHC 勾选：dB 图17：YOZ平面辐射方向图-右旋圆极化显示该波导结构的模式：在“Home”菜单，点击“Out file”中的“Circular_waveguide_TE11_LHC.out”文件，直接打开该文件，拉动右侧的滑动条，显示如下内容：图18：模式分布进入“Home”菜单，点击“Save project”，保存计算结果文件为：“Circular_waveguide_TE11_LHC.pfs”，关闭Postfeko。

2.9：高次模圆极化-修改设置：在CadFEKO中，始菜单的“Save as”按钮，把工程“Circular_waveguide_TE11_LHC.cfx”另存为“Circular_waveguide_TE21_LHC.cfx”2.9.1：修改激励设置在左侧树型浏览器，切换到“Configuration”，展开“Global->Sources”节点，删除“WaveguideExcitation2”，双击已经建立的“WaveguideExcitation1”，弹出“Modify waveguide excitation”对话框：选择：Specify modes manually按照下述列表中的值进行设置NoTypemnMagnitudePhaseRotation1TE211002TE2119045 Label：WaveguideExcitation1 点击“OK”图19：修正激励设置2.10:提交计算进入菜单“Solve/Run”，点击“FEKO Solver”，提交计算2.11：后处理显示结果：计算完成之后，点击“Solve/Run”菜单中的“PostFEKO”或快捷键“Alt+3”，启动后处理模块PostFEKO显示结果。

显示2D结果：在“Home”菜单，点击“Cartesian”，进入直角坐标系“Cartesian Graph1”，点击“Far field->ff3D”，会在直角坐标系中直接显示phi=0度极化平面上的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，在控制面板中进行设置：可以看到并修改为： Independent axis(Horizontal): Theta(wrapped) Fixed-Phi: 0 deg(wrapped) 勾选：LHC 勾选：dB 图20：XOZ平面辐射方向图-左旋圆极化在右侧控。