建立微带天线阵列与散射仿真

一、模型描述

天线阵列：1X4阵列

天线端口计算馈电方式：针馈+电压源激励

单站RCS仿真：平面波入射

图1微带阵列模型

计算项目：

计算阵列天线端口阻抗，采用MOM求解器

计算阵列天线RCS，计算得到阵列天线结构项与模式项

二、主要流程：

打开Microstrip_MoM_3.0GHz.cfx，另存为Microstrip_MoM_3.0GHz_ant_array

2.1：建立阵列模型：

选择microstrip几何模型，右键选择Copy special-> copy and translate

图2 模型平移复制

图3 复制3个单元

图4添加天线端口

图5 定义天线端口2

分别对microstrip_1，microstrip_2， microstrip_3添加port2、port3、port4

在左侧树型浏览器中，展开“Geometry”节点，选中新生成的所有模型“microstrip”，“microstrip_1”，“microstrip_2”，“microstrip_3”，点击鼠标右键，选择“Apply->Union”，把新生成的模型更名为““microstrip_array”。

选中该模型，点击鼠标右键，选择“Apply->Simplify”，弹出“Simplify geometry”对话框，采用默认设置，点击“Create”；（目的是为了删除微带介质之间的面）

图6 简化后的微带阵列模型

2.2：电参数与求解设置：

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“Voltage Source”，弹出“Add voltage source”对话框，采用默认设置，点击“Create”。依次设置Port2、port3、port4

图7 定义天线激励

2.3：网格划分：

取消局部网格加密设置，选择定义局部加密规则的面，点击邮件，选择Properties，取消勾选Local mesh size

图8 取消局部网格设置

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 : coarse

线段剖分单元半径：Wire radius: 0.25

点击：Mesh 生成网格。

图9 划分模型网格

2.4：提交计算：

进入菜单“Solve/Run”，点击“FEKO Solver”，提交计算。

2.5：后处理显示结果：

计算完成之后，点击“Solve/Run”菜单中的“PostFEKO”，启动后处理模块PostFEKO显示结果。

在PostFEKO中，启动之后默认显示是3D视图方式，点击“Far Field”按钮选择“ff3D”显示3D辐射方向图，在右侧面板中，勾选dB。

图10 阵列方向图

显示2D结果：点击“Home”菜单中的“Cartesian”，进入直角坐标系，点击“Source data”按钮，在右侧控制面板中，把“Quantity”修正为“Impedance”，点击“Real”。选中右侧控制面板中的source，点击键盘ctrl+K，复制该曲线为source_1，把“Impedance”参数设定为Imaginary。

图11天线端口阻抗

进入“Measure”菜单，点击“Cursors”，显示3.0GHz时，天线的输入阻抗实部和虚部值。

图12Port1端口阻抗（实部11.59，虚部25.7）

图13Port2端口阻抗（实部14.3，虚部29）

图14 Port3端口阻抗（实部13.7，虚部28.7）

图15 Port4端口阻抗（实部13.7，虚部24.1）

天线阵列3.0GHz端口阻抗统计：

	实部	虚部
单元1	11.59	25.7
单元2	14.3	29
单元3	13.7	28.7
单元4	13.7	24.1

2.6：计算天线的结构项RCS：

天线的隐身分结构项和模式项，在这里我们把天线端口共轭匹配时的天线RCS定义为结构项RCS，模式项RCS考虑天线端口开路情况下的值（在天线端口处定义一个很大的电阻如：10000来描述信号断路）。

将Microstrip_MoM_3.0GHz_ant_array文件

另存为：Microstrip_MoM_3.0GHz_array_StructureRCS.cfx

在cadFEKO中，定义如下变量：Zreal1=11.59，Zim1=25.7，Zreal2=14.3，Zim2=29，Zreal3=13.7，Zim3=28.7，Zreal4=13.7，Zim4=24.1

进入左侧树型浏览器的“Configuration”标签，进行如下操作：

删除定义的4个电压源；

图16 删除端口激励

选中“Global”下的Sources节点，点击鼠标右键，选择“Plane wave”，弹出“Add plane wave excitation”对话框：

图12 设置平面波激励

选中“Global”上，点击鼠标右键，选择“Add load”，弹出“Create load”对话框：

Port:port1

Real part: Zreal1

Imaginary part: -Zim1

Label: load1

点击“Create”按钮。

图14 设置端口1共轭匹配

定义port2端口阻抗为 Real part: Zreal2，Imaginary part: -Zim2，Label: load2

定义port3端口阻抗为 Real part: Zreal3，Imaginary part: -Zim3，Label: load3

定义port4端口阻抗为 Real part: Zreal4，Imaginary part: -Zim4，Label: load4

图15端口2、3、4定义共轭匹配

进入左侧树型浏览器的“Configuration”标签，进入“Configuration specific”节点中，进行如下操作：

删除已经定义ff3D和ffXOZ；

图15 删除远场方向图

选中“Requests”节点，选择“Far Fields”，弹出“Request far fields”对话框，进行如下设置：

选择“calculate fields in plane wave incident direction”;

Label: monoRCS

点击“Create”按钮

图16 设置单站RCS计算

进入“Solve/Run”菜单，点击“FEKO Solver”，提交计算。

2.7：计算天线的开路总RCS：

计算完成之后，把“Microstrip_MoM_3.0GHz_array_StructureRCS.cfx”文件另存为“Microstrip_MoM_3.0GHz_openRCS.cfx”；

修改变量Zreal1~Zreal4为10000.

图17 修改端口阻抗为10000欧姆，开路状态

进入“Solve/Run”菜单，点击“FEKO Solver”，提交计算。计算完成之后，启动PostFEKO，显示两种情况下的RCS，如下图。从图中可以看出，在正入射情况下，模式项RCS的贡献也比较大，所以要尽量采取措施，减少天线的模式项RCS.

图18 包含模式项的RCS显著高于仅有结构项的RCS（高4.7dB）

可以通过对端口匹配，阵列天线的带外匹配技术，减低天线模式项RCS，从而降低整个天线的雷达散射截面积。

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