CST MWS 培训教程－中级 01－电大天线及RCS.ppt

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1、2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,CST MICROWAVE STUDIO 培训教程,5,CST China 2011年CST电大天线及RCS报告会 2011年11月3日西安,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,CST MWS 培训教程,中级教程01电大天线及RCS专题 （v1.1）,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,目 次 概述 电大天线实例展示 电大RCS实例展示 电大天线仿真全过程演

2、示 电大RCS仿真全过程演示 电磁仿真技巧汇总,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,目 次 概述 电大天线实例展示 电大RCS实例展示 电大天线仿真全过程演示 电大RCS仿真全过程演示 电磁仿真技巧汇总,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,CST MWS 培训教程,概 述,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,概述,电大：100个入数值方法目前在32位机器上的上限 数值方法：FIT(FDTD)、

3、FEM、MoM 低频方法 数值方法的特点：直接maxwell求解，精确，全空间，但速度慢 高频近似方法：物理光学(PO)、一致性绕射理论(UTD) 高频近似方法的特点：近场结果差，通常仅对纯金属的结构简单的物体有效,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,数值方法比较,32位机：FIT可算8M网格（2GB RAM），一般小于8小时；FEM只能计算20万网格，需两天 64位机：目前最多16CPU、128GB RAM，对目前来说，可算的网格点数超过4亿点，注意：可算并不意味着计算速度的加快，而仍是FIT线性，FEM二次方 例如 ：对于

4、有限元方法，如果10 万个网格点需要10 小时CPU，则100 万点则需1000 小时！,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,仿真环境,现本公司所使用的仿真计算机配置如下 以下所有仿真时间均按此机型给出 Dell Dimension 4600 w/HT n-series (VID) Desktop P4 2.8GHz (HT) CPU 2GB SDRAM Windows XP Professional,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,目 次 概述 电大天线

5、实例展示 电大RCS实例展示 电大天线仿真全过程演示 电大RCS仿真全过程演示 电磁仿真技巧汇总,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,CST MWS 培训教程,电大天线实例展示,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,各类天线（1）,波导裂缝天线,微带天线阵,平板裂缝天线阵,微带天线阵,抛物面天线,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,各类天线（2）,弹载八木天线,弹载遥测天线,2004.11.11

6、 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,各类天线（3）,机载天线,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,各类天线（4）,舰船天线,TEM暗室,Vivaldi宽带天线,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,各类天线（5）,卫星天线,仿真细节,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,各类天线（5）,分形天线,头盔天线,2004.11.11 电大报告会西安站 CS

7、T China - Shanghai - www.cst-,标准RCS测试 NASA,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,标准RCS定义角锥,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,整机RCS仿真,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,相阵天线RCS,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,波导开槽天线,50个裂缝,频带812 G,20

8、04.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,模型结构图,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,3D方向图,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,2D方向图,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,平面微带天线,244个辐射单元,频带58 G,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,模

9、型结构图,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,3D方向图,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,2D方向图,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,开槽天线阵,326个裂缝,频带1520 G,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,模型结构图,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.

10、cst-,2D计算方向图,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,2D测试方向图,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,结果比较,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,微带天线阵,1010 单元,频率1540 G,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,模型结构图,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shang

11、hai - www.cst-,3D方向图,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,2D方向图,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,抛物面天线,频率2.5 G,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,模型结构图,长度8 m (66.7 ) 观察频率2.5 G 120 mm,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,3D方向图,2004.11.

12、11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,2D方向图,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,飞行器八木天线,频率35 G,频带35 G,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,3D结构,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,3D方向图,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,2D方向图,200

13、4.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,弹体天线,频带23 G,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,模型结构图,背部镜像天线 构成天线阵,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,3D方向图单元天线,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,3D方向图同相天线阵,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai -

14、www.cst-,3D方向图反相天线阵,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,飞机天线,频率3 G,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,模型结构图,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,3D方向图,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,2D方向图,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai -

15、www.cst-,MWEE 2000 - Benchmark Vivaldi-Antenna,Current-Distribution at 10 GHz,S-Parameter in dB,0,10,20,f / GHz,frq-range: 0-10 GHz Cpu-time: 15 Minutes Pentium 2 - 450 MHz,HFSS: 2 h 23,Database-Slide,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,A Ka-band Planar Printed Antipodal Linearly-tap

16、ered Slot Antenna Microwave Journal, July 2001 By Meng-Chung Tsai and Huey-Ru Chuang,Vivaldi Antenna Study 1/3 Comparison to FEM and Measured Results,Database-Slide,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,MWS Red Line Measured Blue Line MWS side lobe accuracy,Note the shoulder accuracy.,

17、Vivaldi Antenna Study 2/3 Comparison to FEM and Measured Results,Database-Slide,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,“The total computing time (HFSS FEM) is about 9 hours, including 18 iterations at 30 GHz, . The computing platform is a Pentium-III 600 PC with 1GB RAM.”,The total comp

18、uting time in CST Microwave Studio (FITD) is 34 minutes. The computing platform is a Pentium-III 700 PC with 256 MB RAM.,Solver Statistics: Number of meshnodes: 125400 Number of processors used: 1 Mesh generation time: 25 s Solver time: 2017 s - Total time: 2042 s (= 0 h, 34 m, 2 s ),With CST Microw

19、ave Studio, you receive the highest accuracy in the shortest amount of time!,Vivaldi Antenna Study 3/3 Comparison to FEM and Measured Results,Database-Slide,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,宽带天线,频带015 G,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,模型结构图,2004.11.11 电大报告会西安站

20、CST China - Shanghai - www.cst-,3D 方向图,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,2D 方向图,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,VSWR,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,舰船天线,频带0150 M,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,模型结构图,2004.11.11 电大报告会西安站 C

21、ST China - Shanghai - www.cst-,3D 方向图,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,2D 方向图,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,GTEM室,频带020 G,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,立体图,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,后视图,2004.11.11 电大报告会西安站 CST C

22、hina - Shanghai - www.cst-,同轴线馈电端,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,Probe设置,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,幅频曲线Ey,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,分形天线,电流分布,远场,Database-Slide,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,分形天线,Database-S

23、lide,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,分形天线,Database-Slide,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,Database-Slide,头盔超高频天线及其辐射SAR,Naval Post Graduate School Dept of Electrical Engineering, Monterey, CA 美国海军研究生院 电子工程系 加州Monterey,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai -

24、www.cst-,Database-Slide,头盔超高频天线及其辐射SAR,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,Database-Slide,头盔超高频天线：VSWR及方向图,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,目 次 概述 电大天线实例展示 电大RCS实例展示 电大天线仿真全过程演示 电大RCS仿真全过程演示 电磁仿真技巧汇总,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,CST MWS 培训教程,

25、电大RCS实例展示,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,RCS的基本概念,雷达能检测、跟踪和识别目标，是因为存在回波信号 回波信号反映出目标的特性，可归纳为一个有效面积即 雷达截面积（RCS） RCS的定义： 式中，E0是照射到目标处的入射电场强度 Es是雷达所在处的散射波的电场强度 通常我们只关心后向散射（反射回波源方向的能量），即后向RCS,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,标准：RCS Benchmark (NASA Ames Research Cen

26、ter),2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,模型结构图,圆锥 高605 mm 半径75 mm 观察频率9G 33.3 mm,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,平面波设置,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,Benchmark 仿真与测试结果,实线为测试结果 虚线为作者所编软件仿真结果,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,结

27、果对比,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,教程：角反射体的RCS,要求：计算角反射体的后向RCS 尺寸：边长均为50mm，壁厚2mm 频率：10GHz,模型结构图,全向RCS,后向RCS,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,建模前设置,因相关设置前面已详细叙述过，故此处不再赘述,建模前设置步骤： 1. 开始新项目 2. 选择Antenna (in Free Space, waveguide) 模板 3. 设置工作平面为（100，10，10） 4. 单位（mm

28、，GHz）不作改变 5. 背景材料（Normal）不作改变,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,创建方块,选中立方体工具，直接按ESC键，在弹出窗口中输入以下数据并确定 Xmin=Ymin=Zmin=0, Xmax=Ymax=Zmax=50, Layer=PEC 一个边长为50mm的PEC正方体便创建完毕,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,移动工作坐标系,1. 依次选取正方体的三个顶点,2. 点击 将WCS的UV面与此 三点确定的平面对齐,为了使用UV刀来切

29、割物体，得先移动工作坐标系,UV刀：将被选物体沿UV平面一分为二,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,切割,2. 执行主菜单命令 Objects-Slice by UV Plane 用UV平面将其切割为两个物体,1. 双击主视图中物体 或单击NT相应项目 将其选中,3. 选择其中较大的一块 按Del键，将其删除 仅余下一个四面体,UV刀,删除,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,成型,3. 执行主菜单命令 Objects-Shell Solid or Thic

30、ken Sheet 选择DirectionOutside，输入Thickness2,1. 选取四面体的斜面,2. 选中四面体,4. 确定，建模完成！,使用去壳工具，可很方便的一步成型,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,建模后设置,1. 设置频率范围为013GHz 2. 边界条件（Boundary Condition）不做改变（均为Open (add space)边界） 3. 设置一个10G 的 Farfield/RCS 监视器,用TEM波激励时 下频可设置为0,上频为待求频率 的1.3倍,注：激励为平面波时， Farfiel

31、d/RCS 监视器得出的就是RCS方向图,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,设置平面波,RCS问题的激励均为平面波 选择主菜单 Solve-Plane Wave，弹出平面波设置窗口 设置传播方向为(-1, -1, -1)（轴线方向入射），电场矢径为(0.5, 0.5, -1),传播方向,电场矢径,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,设置求解器,选择主菜单 Solve-Transient Solver 采用缺省设置，直接启动仿真,激励源 为平面波,2004.1

32、1.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,仿真结果全向RCS,选择 NT-farfields-farfield (f=10)pw，观察全向RCS 后向RCS可以通过观察相应的二维切面得到,后向RCS为 入射波反方向,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,仿真结果设置观察面,双击远场主视图，弹出远场视图设置窗口 请选择 Plot type 框中的 Polar 并选择 Vary/Angle step width 框中的 Theta，在 Phi 栏中输入45，点击Ok,观察Phi为45

33、平面的RCS,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,仿真结果后向RCS,观察主视图中的二维方向图，其主瓣和副瓣分别表征了前向和后向RCS 将主瓣增益减去旁瓣抑制度，即可得后向RCS(-10.0)(-2.3)-12.3 dBsm,后向RCS,前向RCS,注：本例较特殊，故后向RCS可方便得出，一般的，可选择 File-Export-Plot Data (ASCII)，在导出文件中查看特定角度的RCS,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,理论值,角反射体入射沿对称轴

34、入射的RCS理论值为 其中， 为有效面积,本例角反射体的直角边长为0.05m，对10GHz的观察频率，波长为0.03m 代入公式，算得,对直角边长为a的直角正角反射体，斜面的等边三角形边长为 ， 斜面面积（有效面积）为 ，则,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,结论,从上表可以看出，仿真值与理论值的误差仅为4 经过收敛性分析，误差还可进一步减小 此经典散射体的仿真结果，证明了MWS对RCS仿真的准确性和有效性,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,飞机RCS,频

35、率3 G,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,模型结构图,机腹 介质涂敷,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,3D 散射方向图,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,2D 散射方向图,后向RCS,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,目 次 概述 电大天线实例展示 电大RCS实例展示 电大天线仿真全过程演示 电大RCS仿真全过程演

36、示 电磁仿真技巧汇总,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,CST MWS 培训教程,电大天线仿真全过程演示,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,卫星上天线布局优化,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,单元天线技术要求,单元天线：/4同轴线馈电的双臂背射螺旋天线 技术要求：俯仰角1度的范围大于G1 dB 俯仰角2度范围内大于G2 dB 初始数据：对方提供 优化变量：螺旋直径、螺距 优化区间：对方

37、提供,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,初始单元天线,初始天线严格按照 初始数据建模,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,网格剖分错误,死机：设置好频率后，剖分网格时死机，Why？ 检查：因螺旋线是嵌入在介质棒中，在建模时，将介质棒和螺旋线 进行了插入操作 ，使得介质棒的结构非常零碎，造成 网格剖分非常困难，需要很长的时间，出现假死机现象 技巧：在CST MWS中，PEC和介质重迭时，可以不用进行插入操作， 系统默认PEC的优先级最高 解决：将插入操作去掉，

38、再重新设置频率，一切恢复正常,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,内部端口,MWS 5.0新增加了内部端口的功能 此问题中，同轴线的长度对问题的影响不大 将同轴线缩短，将端口设置在同轴线内部 可以减少网格数量，加快仿真速度,2D方向图叠加显示,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,螺旋线修改,实际：螺旋线截面为直径1mm的圆 修正：将截面改为22mm2的矩形 目的：加快收敛，避免出现坏点,60点入收敛,25点入收敛,V.S.,2004.11.11 电大报告会西安站 CST China - Shanghai - www.cst-,天线单元结构图,2004.11.11 电大报告会西安站