偶极子阵列天线（带反射板）+单层天线罩

一、设计仿真流程

二、模型描述

工作频率：freq=8GHz

天线：采用91个偶极子辐射单元+反射板

天线振子长度：0.45*lam，极化方向在X方向

天线阵列单元排布规律参见文件：antarrayLayOut.inc

反射板离开辐射振子的距离为：0.25*lam

反射板半径：R=110 mm

天线罩：

相对介电常数：epsr=2.23

介质损耗正切：tand=0.015

天线罩母线文件从radome.cfx文件中读入

天线阵列的端口和激励的复制在EditFEKO中完成。

三、主要流程：

启动CadFEKO，新建一个工程：antarray_with_Radome.cfx，在以下的各个操作过程中，可以即时保存做个的任何修正。

3.1：定义长度单位：默认单位是m

点击菜单“Home”中的图标按钮“Model unit”，在“Model unit”对话框中，选择mm；

3.2：定义容器大小：默认单位是5e+02

点击菜单“Home”中的图标按钮“Model Extents”，在“Geometry extents”对话框中，设置Maximum coordinate为5E+03；

3.3：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=8e9	工作波长lam=c0/freq/0.001
介电常数 epsr=2.33	损耗正切 tand=0.015
天线反射板半径：R=110	天线反射板离偶极子阵列的距离：offset=-lam/4
	天线罩网格剖分标准：radome_mesh=lam/3.5

3.4：定义材料：

在CadFEKO中左侧的树型浏览器中选中“Media”节点，点击鼠标右键，选择“Dielectric”，在弹出的“Dielectric medium properties”对话框中，定义相对介电常数（Relative permittivity）和介质损耗正切值（Dielectric loss tangent），名称定义为“radome”：

3.5：模型建立：

天线模型：在“Construct”菜单中，点击“Line”，弹出“Create line”对话框，定义线段的起始点坐标：Start Point (U: -lam*0.225, V: 0, N: 0.0), End point (U: lam*0.225, V:0.0, N:0.0)，Label: dipole，点击“Create”。

天线模型反射板：在“Construct”菜单中，点击“Ellipse”，弹出“Create Ellipse”对话框，定义中心位置坐标：Centre Point (U: 0.0, V: 0.0 , N: offset), Radius (U)=r, Radius(V)=r，Label: ref，点击“Create”。

天线罩模型：在“Home”菜单中，点击“Import->CadFEKO model （*.cfx）”，选择自带的“radome.cfx”文件，在弹出的“Import CADFEKO model”对话框中，按照如下选项设置，点击OK。

完成导入之后，可以发现在左侧树型浏览器的“Model->Geometry”中有“radome_base”、“radome_inner”、“radome_outer”，同时选中这三个模型，点击鼠标右键，选择“Apply->Union”，新生成的模型为“Union1”；

选中新模型“Union1”，点击鼠标右键“Apply->Spin”，在弹出的“Spin”对话框中，按照下图进行设置：

旋转中心Origin：(U:0.0, V:0.0, N:0.0),

旋转轴Axis direction (U:0.0, V:0.0, N:1.0),

旋转角Angle[degrees]:360；

点击“Create”，把新生成的模型“Spin1”更名为“radome”：

天线罩模型材料设置：在左侧树型浏览器的“Geometry”中，选中Radome，在详细树型浏览器中，展开其“Regions”，选择“Region??[free space]”，点击鼠标右键选择“Properties”，在弹出的“Region properties”对话框中，设置Region medium为“radome”；

在“Region properties”对话框中，进入“Meshing”标签:

勾选：Local mesh size

Mesh size: radome_mesh

点击：OK

3.6：天线端口设置：

在左侧树型浏览器的“Model->Geometry”中选择“dipole”，在其“details”树浏览器中展开“Wires”节点，选择“Wire1”，点击鼠标右键选择“Create port->Wire port”，在弹出的对话框“Create wire port”中，把“Location on wire”设置为“Middle”，Label：Port1，点击“Create”。

3.7：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”。

辐射远场设置：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”，修正步长“Increment”中Theta的值为2，Label：ff3D，点击Add；

点击“Vertical cut (UN plane)”按钮，修正步长“Increment”中Theta的值为1，label：ffXOZ，点击“Create”。

求解方法设置：点击“Solve/Run”菜单，弹出“Solver settings”对话框，进入“MLFMM/ACA”标签，选择“Solve model with the multilevel fast multipole method (MLFMM)”;

为了降低内存，加速收敛，可以修正MLFMM的预调件（默认预调件是SuperLU-8193，可以修正为SPAI-8192）和迭代残差（0.009的计算精度足够，默认值是0.003），在这里我们设置为0.01：

在“Solver settings”对话框中，进入“Preconditioner”标签，设置如下：

Stopping criterion for residuum: 0.01

Preconditioner: Sparse approximate inverse (SPAI) (8192)

3.8：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 **** 采用自定义方式

三角形面元棱边长度Triangle edge length: lam/6

线段剖分单元长度Wire segment length: lam/15

线段剖分单元半径：Wire segment radius: lam/90

点击：Mesh 生成网格。

3.9：阵列的生成：

由于阵列的单元（93个）比较多，在CadFEKO中为每个单元设定端口和激励效率相对比较低，由于阵列的单元尺寸是相同的，所以可以在EditFEKO中通过循环来快速生成阵列，并完成对端口激励信号的快速定义。为了保住CadFEKO与EditFEKO设置的一致性，我们在进入到EditFEKO界面的时候，可以锁定CadFEKO中的求解设置，操作如下：

在CadFEKO中，先保存工程文件，点击菜单“Solve/Run”中的“EDITFEKO”按钮，启动EditFEKO，弹出“Disable CadFEKO Solution configuration?”对话框，如下，点击“Yes”即可进入EditFEKO界面。

每一个工程文件都会对应一个脚本文件（后缀为.pre），该工程自动生成的脚本如下，可以发现在该脚本中包含了：计算方法、材料设置、求解设置、激励、计算远场等全面信息，接下来我们需要在“IN”函数下边写循环生成天线阵列，采用的TG函数（来复制、平移、旋转天线单元），在Sources部分，写循环来对端口进行信号加载。

把下边的脚本（或者从附带的脚本文件arrayGeneration.txt中复制）复制到“IN”函数的下边：

** Generate the array

!!for #i=1 to 92

#x=fileread("arrayLayOut.inc",#i+2,1)

#y=fileread("arrayLayOut.inc",#i+2,2)

#z=fileread("arrayLayOut.inc",#i+2,3)

TG: 1 : dipole.wire1 : dipole.wire1 : #i : 2 : : : : #x : #y : #z

TG: 1 : dipole.wire1.port1 : dipole.wire1.port1 : #i: 2 : : : : #x : #y : #z

!!next

复制之后，EditFEKO中的脚本如下：

说明：函数fileread（）实现从某文件中（如：“arrayLayOut.inc”）读取某行、某列的数值，#x=fileread(“arrayLayOut.inc”,#i+2,1)是从文件“arrayLayout.inc”中读取第i+2行、1列的数据赋给x变量；

在EditFEKO，保存修改。

把光标定在“Sources”下边，把A1一行注释掉，即：在A1前边添加“**”，把下边的脚本复制到A1一行的下边（或者从附带的脚本文件arraySource.txt中复制）。

** Sources

!!for #i=1 to 93

!!if #i=1 then

A1: 0 : dipole.Wire1.Port#i : 0 : : : 1 : 0 ** VoltageSource1

!!else

A1: 1 : dipole.Wire1.Port#i : 0 : : : 1 : 0 ** VoltageSource#i

!!endif

!!next

修改后的EditFEKO脚本如下：

在EditFEKO中保存做过的修改，点击“Solve/Run”菜单中的“PreFEKO”，检查有无错误，无误之后，可以点击“Solve/Run”中的“FEKO Solver”来提交计算。（也可以关闭EditFEKO，在CadFEKO中提交计算，效果是一样的），在这里我们采用在CadFEKO中提交计算。

3.10：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。

显示2D结果：点击“Home”菜单中的“Cartesian”，进入直角坐标系，点击“Far field”按钮选择“ffXOZ”，在右侧面板中，勾选dB。

不要关闭PostFEKO，点击保存。

3.11：天线阵列辐射计算：

在CadFEKO中，把“antarray_with_radome.cfx”另存为“antarray_only.cfx”，在左侧树型浏览器中，进入“Model->Geometry”，选中“radome”，点击鼠标右键选择“delete”。只保留了“dipole”和“ref”。

进入“Solve/Run”，点击“FEKO Solver”提交计算。计算完成之后，切换到已经打开的PostFEKO，进入到已经显示的“Cartesian”直角坐标系中。点击“Home”菜单中的“Add Model”按钮，选择“antarray_only.bof”，就可以把天线阵列的辐射结果读进来，以便和带天线罩时的辐射方向图放在一起比较。从图中可以看出：

主瓣增益：天线罩使的天线罩下降了约24.8687-22.8878=1.98dB

第一副瓣电平SLL抬高了：17.7031-16.0305=1.6726dB。

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