萌新筆記——CST（一）

萬有引力LYQ

2023年8月29日 11:18

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正文

基于CST-FEKO的電大尺寸復雜陣列天線+電大尺寸載體的一體化仿真的途徑大致如下：1）使用CST進行天線單元的設計與仿真；2）利用CST的陣列天線仿真模塊，建模陣列天線并進行仿真；3）以陣列天線波束指向角為參量，進行波束掃描仿真，并保存過程文件；4）在CST中導出所有掃描角狀態下的近場數據；5）按照FEKO近場數據格式，對CST近場數據進行修改；6）FEKO調用修改后的近場數據，進行近場+電大尺寸載體的電性能仿真。

萌新筆記——CST（一）的圖2

STEP1

天線單元設計與仿真，可以直接在CST進行設計和優化，亦可以在HFSS開展設計與優化，并將優化后的模型導入CST。

萌新筆記——CST（一）的圖3

按照天線單元原本的材料屬性，完成材料設置、工作頻率、邊界條件、監視器等，便可以進行天線單元的仿真。

萌新筆記——CST（一）的圖4

天線單元的方向圖性能以及匹配性能滿足要求，即可開展陣列建模工作。

萌新筆記——CST（一）的圖5

萌新筆記——CST（一）的圖6

STEP2

1）在Hone-Simulation Project中選擇ArrayTask:

萌新筆記——CST（一）的圖7

2）在shape中選擇陣列排布的形式，CST提供Diamond（菱形）、Hexagon（六邊形）、Circle（圓形）、Ellipse（橢圓形）等多種排布形式的選擇，在Element in X（或Y）中設定X（或Y）方向單元數量，在Spacing in X（或Y）設定單元在X（或Y）方向間距。此外，CST支持導入.TSV格式文件進行天線陣列自定義排布：

萌新筆記——CST（一）的圖8

3）在Array視圖中，CST支持將任意天線單元設置為Active（有模型，有激勵）、Passive（有模型、無激勵）、Empty（無模型、無激勵）：

萌新筆記——CST（一）的圖9

4）在Array視圖中，設置相控陣天線激勵模式，CST支持Uniform（一致分布）、Binomial（二項式分布）、Cosine（余弦分布）、Chebyshev（切比雪夫分布）、Taylor（泰勒分布）以及User Difined（自定義分布）。這屬于天線分析與綜合方面的內容，想要進步了解的可以參考陣列天線相關內容：

陣列天線分析與綜合基礎（理論篇）

陣列天線分析與綜合基礎（實踐篇）

通常使用Taylor分布進行綜合設計，Relative Sidelobe level （旁瓣電平）設置為-30dB（按實際要求），在Amplitude View 可以查看設置后各個單元激勵的幅度。在Array視圖中單擊Creation Full Simulation Project，自動完成全尺寸大規模相控陣快速建模；

萌新筆記——CST（一）的圖10

萌新筆記——CST（一）的圖11

5）在全尺寸仿真模型中，通過設置PAA_FA_SCANOHI（方位面掃描角）和PAA_FA_SCANTHETA（俯仰面掃描角）兩個參變量，可以改變相控陣的掃描角度，CST自動改變每個天線單元的相位。在Simulation視圖中，單擊Field Monitor，選擇E-Field和H-Field分別添加電場和磁場監視器，并通過X_min、X_max、Z_Pos等設置確定場監視器的觀察范圍：（補充仿真結果，圖片完善）

萌新筆記——CST（一）的圖12

STEP3

設置參數掃描，以PAA_FA_SCANTHETA為變量進行掃描。即可以仿真不同泊位的方向圖。

萌新筆記——CST（一）的圖13

掃參結束后，可以對比查看每一個波位一維仿真結果（如方向圖曲線、S參數等）。使用結果瀏覽框，可以選定任意掃參下的方向圖一維計算結果進行查看。

萌新筆記——CST（一）的圖14

對于2D/3D近場數據，則只保存最后一個狀態的仿真結果。

萌新筆記——CST（一）的圖15 后續需要提取每一個波位的近場數據，用以與目標載體一體化仿真，因此，可以在計算設置中，勾選“store resault data in cache”，即可保存每一個波位的所有仿真數據。

萌新筆記——CST（一）的圖16

在“SP—>陣列名稱—>結果—>Cache”，可以查看每一個掃參的過程文件，可以打開相應文件，將對應波位下的近場數據（電場/磁場）結果導出。

該方法可以提取每一個波位的近場數據，但是內存占用會非常大，需要對仿真后數據進行及時清理。

另外需要說明：文件退出再次進入后，會發現只有單元模型，此時陣列模型可以通過單元文件中Schematic，雙擊左側模型樹里的Tasks—>Array，打開相應的陣列文件。

萌新筆記——CST（一）的圖18

STEP4

近場仿真結果導出：Post-Processing—>Export—>Plot Data，按照采樣點間隔的要求，導出口徑上電場/磁場的仿真結果。

萌新筆記——CST（一）的圖19

導出的近場數據如圖所示，基本格式為：采樣點坐標+采樣點三分量實部/虛部數據。其與FEKO所需要的近場數據形式基本一致。所不同的就是FEKO近場數據包含了數據說明的頭文件以及具體數據的格式略有差異，稍加改動即可。

萌新筆記——CST（一）的圖20

萌新筆記——CST（一）的圖21

STEP5

按照FEKO近場文件的格式要求，使用簡單的代碼，對CST導出的近場數據（電場、磁場）進行格式調整。

clc;clear all;
%% 數據讀取
path='E:\0_桌面文檔\shiyan\patch\SP\hfe.txt';   %近場數據位置
fid=fopen(path,'r');
% 平移量
tx = -47;
ty = -31.8;
tz = 0;
% 平移變換矩陣
T = [1 0 0 tx; 0 1 0 ty; 0 0 1 tz; 0 0 0 1];
for t=1:2                              %跳過開頭文件說明
    Emag=fgetl(fid);
end
formatspace='%f %f %f %f %f %f %f %f %f ';
a=fscanf(fid,formatspace);              %數據讀取
a=reshape(a,[9,length(a)/9]);           %調整維度
b=[a(1:3,:);ones(1,length(a))];         %將口徑平移至相應位置
b=T*b;
a(1:3,:)=0.001*b(1:3,:);
%% 調整格式
fileID=fopen('nearfield.hfe','w');        %新建近場文件，存放調整完格式的數據
fprintf(fileID,'%9.8E %9.8E %9.8E %9.8E %9.8E %9.8E %9.8E %9.8E %9.8E\n ',a);    %按格式要求，將數據寫入近場文件
fclose all;                             %關閉所有文件