大型阵列天线的等效仿真计算.pdf
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大型阵列天线的等效仿真计算.pdf
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Altair2015技术大会论文集大型阵列天线的等效仿真计算大型阵列天线的等效仿真计算EquivalentSourceSimulationMethodForLarge-scaleAntennaArray于嘉嵬周成哲(成都中电锦江、成都、610051)摘摘要要:
阵列天线的仿真是典型的电大尺寸问题。
由于规模大,如果采用全波方法计算时间长,需要大量的计算资源。
Altair公司的FEKO软件的等效源技术可快速、精确计算阵列天线。
本文介绍了此方法在一大型阵列天线仿真中的应用。
关键词关键词:
阵列天线FEKO等效源技术Abstract:
Thesimulationofantennaarrayiselectricallylargeproblemtypically.Duetothelargenumberofelement,thesimulationofantennaarrayusuallyrequireslargecomputationalresources.FEKOfromAltairprovidesequivalentsourcetechnologywhichcanbeusedtosimulateantennaarrayfastandaccurately.Inthispaper,onelarge-scaleantennaarrayissimulatedbythismethod.Keywords:
Antennaarray,FEKO,Equivalentsource1概述概述阵列天线是由不少于2个天线单元规则或随机排列,并通过适当激励获得预定辐射特性的1类特殊天线.阵列可由各种类型的天线组成,数目可以是2个甚至几十万个.通过选择和优化阵单元的结构形态、排列方式和馈电幅相特性,阵列天线能够实现单个天线难以提供的优异特性,如更高的增益、方位分辨率、系统信噪比等指标,因此在雷达和通信等领域被广泛地应用。
2等效源技术精确计算阵列天线等效源技术精确计算阵列天线阵列天线的仿真计算规模较大,计算时间长,往往需要耗费大量的计算资源。
阵列天线规模如果较小,用常规的建模计算尚可实现,当计算规模达到一定程度时,往往需要用到等效法进行计算。
本文提供了一种针对大型面阵行之有效的等效计算方法。
总体思路如下:
建立一个和全阵排布规律一样的小阵,计算小阵中各个天线单元的方向图,用小阵中各个单元的方向图作为等效源按照全阵的排布规律进行排布,对排布好的阵列进行仿真计算,得出计算结果。
本文用等效法计算一个6464个喇叭单元组成的阵列天线。
-1-Altair2015技术大会论文集2.1建立建立7x7的小阵列模型的小阵列模型对于中间的单元,考虑了周围“三层”单元对它的耦合作用,相比33、55可以更接近实际情况,如果计算资源满足也可以选用99、1111或更高的阶数。
模型如下图,同时修改所有端口面为face+序号,这样便于后面的识别和处理图1小面阵模型图2修改端口名称示意图2.2对小阵天线单元添加端口对小阵天线单元添加端口#nw是端口的序号,dx和dy是端口坐标的偏移量,这段程序主要是找到每个端口对应的位置。
图2添加端口程序示意图当添加完端口后,需要添加单元激励,下面这段程序主要是为小阵中的49个端口添加波导端口激励。
-2-Altair2015技术大会论文集图4添加端口程序示意图计算小阵中每个喇叭的远场方向图。
当建立完端口激励后,就可以计算每个单元的方向图。
下面就是在天线模型中建立49个configuration,每个configuration对应一个阵中喇叭单元单独激励的情况,这样我们便得到了49组远场方向图。
图5添加configuration示意图下面图中是我们对于77小阵中的排布示意图,对于中心的25号单元,考虑了周围三个单元对它的耦合作用。
根据相应的工程经验,考虑“三层”单元的耦合已经很接近实际情况了。
-3-Altair2015技术大会论文集图6天线单元的排布编号示意图利用ffe文件计算7x7的阵列,与全模型的对比,等副激励下面是我们用等效法和实际的7x7全模型计算结果对比图,可以看出,等效法和全模型计算结果吻合的很好。
图7等效法和实际的7x7全模型计算结果对比图3应用等效源精确计算大型阵列的实现应用等效源精确计算大型阵列的实现下面是我们6464全阵中的单元排布示意图。
我们对于全阵中每个具体单元用77小阵中的相应单元进行代替。
-4-Altair2015技术大会论文集图86464天线单元的排布编号天线单元的排布编号将计算好的49组等效源依次放到6464天线中每个单元对应的位置上根据排布好的单元位置,将计算好的远场按顺序排放好,进行读取,具体程序如图9图10所示。
图9等效源排放程序图10等效源远场读取程序添加6464天线中每个单元对应的激励幅度我们上面计算的场默认都是等幅的,如果天线的单元有幅度分布需要,可以进行单独的幅度编写,由于我们的天线是进行幅度加权的,为此编写了幅度信息文件source_amp.pre.-5-Altair2015技术大会论文集图11幅度编写程序下面的图是等效法模型,其中的红色区域就是对应的6464天线单元远场,将6464组远场一起进行等效计算,就会得到我们需要的天线远场。
图13和图14就是用等效法计算得到的远场方向图,和我们最后实际测试结果吻合的很好。
图12全阵等效法模型图13全阵等效法模型计算结果-6-Altair2015技术大会论文集4结束语结束语通过应用Altair公司的FEKO软件中的等效法计算大型阵列。
其计算结果和我们实测的结果吻合的较好。
本文应用FEKO对大规模阵列进行分析的有效方法.通过计算由最小阵元数构成的小阵列的中每个单元的远场方向图,可有效得到任意大规模规则阵列的方向图,从而在有限的硬件资源下,对复杂单元的大规模阵列进行有效分析,实际算例表明该算法的有效性和准确性。
5参考文献参考文献1FEKOUsersManual(Suite7.0)2张祖稷,金林,束咸荣.雷达天线技术M.电子工业出版社,2005:
81-97-7-
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