CST MWS 培训教程－中级 01－电大天线及RCS

nullCST MICROWAVE STUDIO® 培训 焊锡培训资料ppt免费下载焊接培训教程 ppt 下载特设培训下载班长管理培训下载培训时间表下载 教程 CST MICROWAVE STUDIO® 培训教程 5 CST China 2004年CST电大天线及RCS报告会 2004年11月11日西安CST MWS 培训教程CST MWS 培训教程中级教程01－电大天线及RCS专 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 （v1.1）null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null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CST MWS 培训教程CST MWS 培训教程概 述概述概述电大：100个入－－数值方法目前在32位机器上的上限 数值方法：FIT(FDTD)、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数值方法比较数值方法比较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！仿真环境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 Professionalnull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CST MWS 培训教程CST MWS 培训教程电大天线实例展示各类天线（1）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各类天线（2）各类天线（2）弹载八木天线弹载遥测天线各类天线（3）各类天线（3）机载天线各类天线（4）各类天线（4）舰船天线TEM暗室Vivaldi宽带天线各类天线（5）各类天线（5）卫星天线仿真细节各类天线（5）各类天线（5）分形天线头盔天线标准RCS测试 NASA标准RCS测试 NASA标准RCS定义－角锥标准RCS定义－角锥整机RCS仿真整机RCS仿真相阵天线RCS相阵天线RCS波导开槽天线波导开槽天线50个裂缝频带＝8～12 G模型结构图模型结构图3D方向图3D方向图2D方向图2D方向图平面微带天线平面微带天线24×4个辐射单元频带＝5～8 G模型结构图模型结构图3D方向图3D方向图2D方向图2D方向图开槽天线阵开槽天线阵326个裂缝频带＝15～20 G模型结构图模型结构图2D计算方向图2D计算方向图2D测试方向图2D测试方向图结果比较结果比较微带天线阵微带天线阵10×10 单元频率＝15～40 G模型结构图模型结构图3D方向图3D方向图2D方向图2D方向图抛物面天线抛物面天线频率＝2.5 G模型结构图模型结构图　　长度＝8 m (66.7 λ) 观察频率＝2.5 G λ＝120 mm3D方向图3D方向图2D方向图2D方向图飞行器八木天线飞行器八木天线频率＝3～5 G频带＝3～5 G3D结构3D结构3D方向图3D方向图2D方向图2D方向图弹体天线弹体天线频带＝2～3 G模型结构图模型结构图背部镜像天线 构成天线阵3D方向图－单元天线3D方向图－单元天线3D方向图－同相天线阵3D方向图－同相天线阵3D方向图－反相天线阵3D方向图－反相天线阵飞机天线飞机天线频率＝3 G模型结构图模型结构图3D方向图3D方向图2D方向图2D方向图MWEE 2000 - Benchmark Vivaldi-AntennaMWEE 2000 - Benchmark Vivaldi-AntennaCurrent-Distribution at 10 GHzS-Parameter in dB01020f / GHzfrq-range: 0-10 GHz Cpu-time: 15 Minutes Pentium 2 - 450 MHzHFSS: 2 h 23Database-SlidenullA Ka-band Planar Printed Antipodal Linearly-tapered Slot Antenna Microwave Journal, July 2001 By Meng-Chung Tsai and Huey-Ru Chuang Vivaldi Antenna Study 1/3 Comparison to FEM and Measured ResultsDatabase-SlidenullMWS ~ Red Line Measured ~ Blue Line MWS side lobe accuracyNote the shoulder accuracy.Vivaldi Antenna Study 2/3 Comparison to FEM and Measured ResultsDatabase-Slidenull“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 computing 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 Microwave Studio, you receive the highest accuracy in the shortest amount of time!Vivaldi Antenna Study 3/3 Comparison to FEM and Measured ResultsDatabase-Slide宽带天线宽带天线频带＝0～15 G模型结构图模型结构图3D 方向图3D 方向图2D 方向图2D 方向图VSWRVSWR舰船天线舰船天线频带＝0～150 M模型结构图模型结构图3D 方向图3D 方向图2D 方向图2D 方向图GTEM室GTEM室频带＝0～20 G立体图立体图后视图后视图同轴线馈电端同轴线馈电端Probe设置Probe设置幅频曲线－Ey幅频曲线－Ey分形天线分形天线电流分布远场Database-Slide分形天线分形天线Database-Slide分形天线分形天线Database-Slide头盔超高频天线及其辐射SAR头盔超高频天线及其辐射SARDatabase-SlideNaval 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头盔超高频天线及其辐射SARDatabase-Slide头盔超高频天线及其辐射SAR头盔超高频天线：VSWR及方向图Database-Slide头盔超高频天线：VSWR及方向图null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CST MWS 培训教程CST MWS 培训教程电大RCS实例展示RCS的基本概念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标准：RCS Benchmark (NASA Ames Research Center)标准：RCS Benchmark (NASA Ames Research Center)模型结构图模型结构图圆锥　高＝605 mm 　　半径＝75 mm 观察频率＝9G 　　　λ＝33.3 mm平面波设置平面波设置Benchmark 仿真与测试结果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结果对比结果对比教程：角反射体的RCS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建模前设置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 个人简介word模板免费下载关于员工迟到处罚通告模板康奈尔office模板下载康奈尔 笔记本 模板 下载软件方案模板免费下载 3. 设置工作平面为（100，10，10） 4. 单位（mm，GHz）不作改变 5. 背景材料（Normal）不作改变创建方块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正方体便创建完毕移动工作坐标系移动工作坐标系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平面一分为二切割切割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刀删除成型成型3. 执行主菜单命令 Objects->Shell Solid or Thicken Sheet 选择Direction＝Outside，输入Thickness＝21. 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建模后设置建模后设置1. 设置频率范围为0～13GHz 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， Farfield/RCS 监视器得出的就是RCS方向图设置平面波设置平面波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)传播方向电场矢径设置求解器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 为平面波仿真结果－全向RCS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 入射波反方向仿真结果－设置观察面仿真结果－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°平面的RCS仿真结果－后向RCS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 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 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理论值理论值角反射体入射沿对称轴入射的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 ，则结论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飞机RCS飞机RCS频率＝3 G模型结构图模型结构图机腹 介质涂敷3D 散射方向图3D 散射方向图2D 散射方向图2D 散射方向图后向RCSnull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CST MWS 培训教程CST MWS 培训教程电大天线仿真全过程演示卫星上天线布局优化卫星上天线布局优化单元天线技术要求单元天线技术要求单元天线：λ/4同轴线馈电的双臂背射螺旋天线 技术要求：俯仰角±φ1度的范围大于G1 dB 　　　　　俯仰角±φ2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：对方提供初始单元天线初始单元天线初始天线严格按照 初始数据建模网格剖分错误网格剖分错误死机：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，再重新设置频率，一切恢复正常内部端口内部端口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方向图叠加显示螺旋线修改螺旋线修改实际：螺旋线截面为直径1mm的圆 修正：将截面改为2×2mm2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.天线单元结构图天线单元结构图天线单元－收敛性分析天线单元－收敛性分析收敛性分析：精细的结构需要精细的网格25点／入天线单元－优化天线单元－优化要求：希望得到半空间全向天线 优化：增益最小(Results->Template Based Postprocessing)优化卫星天线技术要求卫星天线技术要求优化变量：根据星体方向图优化天线的低仰角覆盖性能 技术要求：俯仰角±φ1度的范围大于G3 dB 　　　　　俯仰角±φ2度范围内大于G4 dB 初始数据：对方提供 优化变量：天线架高、水平位置和倾角 优化区间：对方提供下接金属板下接金属板下接0.5m2金属板下接1m2金属板与实测结果对比吻合局部网格加密局部网格加密根据前面的收敛结果（25点／入），确定螺旋线的最大分辨网格 再采用局部加密，用最少的网格数得到精确的结果 达到速度和精度的最优天线单元－无限大地平面天线单元－无限大地平面下接1m2金属板〔6,047,612点 〕下接无限大电边界〔294,120点〕卫星结构图卫星结构图平板卫星（一）平板卫星（一）平板卫星（二）平板卫星（二）局部网格加密局部网格加密平板卫星 V.S. 完整星体平板卫星 V.S. 完整星体完整卫星结构图完整卫星结构图星体≈２m见方 帆板每侧长６m 总长度≈14m 频率：2～3GHz帆板逐步逼近帆板逐步逼近逐步增加帆板数量 观察其影响 证实用平板卫星仿真的可行性VBA统计分析程序－界面VBA统计分析程序－界面Theta 变化范围Phi 变化范围频率和 极化选择各区域的统计结果VBA统计分析程序－ 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 VBA统计分析程序－内容利用CST MWS内置的VBA编译器 可以很轻松的编制出远场辐射性能统计分析程序 在此模型中，运行此VBA，一次就可全部得出各个区域的 平均增益 不满足增益门限值的角度范围 不满足门限值的角度位置及均方差 最小增益及位置 ………… 在此程序的辅助下，可以很容易的得出最佳天线布局null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CST MWS 培训教程CST MWS 培训教程电大RCS仿真全过程演示相控阵天线RCS相控阵天线RCS1000个三角频带＝5～17 G缩小模型分析－错误缩小模型分析－错误缩小模型分析－正确缩小模型分析－正确贴片厚度分析贴片厚度分析　　此模型的三角阵厚度为0.2mm，使得最小网格亦减小为0.2mm，极大的增加了仿真时间。因所求频率的波长为数十mm，将三角阵厚度增加到1mm，理应对结果影响不大。现用1/5尺寸的模型来验证此猜想。 　　从上可以看出，厚度在λ/10范围内变化，对后向RCS不会造成实际性的影响。故以后我们均采用1mm厚的三角阵来仿真计算，以加快仿真速度。完整模型结构图完整模型结构图平面波设置平面波设置3D散射方向图3D散射方向图2D散射方向图2D散射方向图后向RCS灵敏度分析灵敏度分析Theta＝15°（后向RCS）位于极灵敏区，对角度非常敏感 而采用CST MWS的数值仿真的灵敏度却可以达到很高null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CST MWS 培训教程CST MWS 培训教程电磁仿真技巧汇总基本概念：网络理论基本概念：网络理论H(w)x(t)y(t)H(w) = F{ y(t) } / F{ x(t) }S21(w)a1(t)b2(t)S21(w) = F{ b2(t) } / F{ a1(t) }路理论场理论基本概念：时域vs频域基本概念：时域vs频域S21(w)a1(t)b2(t)S21(w) = F{ b2(t) } / F{ a1(t) }时域S21(w)A1(w)B2(w)S21(w) = B2(w) / A1(w) 频域基本概念：时域vs频域 (2)基本概念：时域vs频域 (2)S21(w)a1(t)b2(t)时域S21(w)A1(w)B2(w)而频域则简单为从f1扫频至f2频域欲求：频率范围为f1 – f2a1(t)的信号带宽要足够包含f1到f2的范围 所以程序中要将fmin=f1/1.3 和 fmax=f2*1.3基本概念：时域算法基本概念：时域算法频带范围设置频带范围设置1、如待考察频率为f1～f2（对点频，f1＝f2），则 Fmin＝f1/1.3 Fmax＝f2*1.3 2、如主模的截止频率为fcut，则必须保证 Fmin＞fcutNO ！善加利用PBA善加利用PBA善加利用CST MWS专有的PBA技术 较稀疏的网格亦可完美逼近斜面和曲面结构CST专有技术：PBATM – 理想边界拟合CST专有技术：PBATM – 理想边界拟合1998 CST Microwave Studio 1.0去掉小网格去掉小网格降低Ratio，去掉不必要的细小的网格，可大大加快仿真速度0.070.28微带端口范围设置微带端口范围设置采用波导端口对微带进行馈电 如介质的介电常数为ε，厚度为h 则可设置端口的高度＆宽度频率和长度外推频率和长度外推对场量渐变的结构 采用频率外推和长度外推技术 可计算超大电尺寸的模型高频 大尺寸 结构低频 小尺寸 结构真实模型逼近分析真实模型逼近分析对于形状复杂结构，采用真实模型逼近分析 可最大限度的保证仿真结果真实可信结果后处理模板结果后处理模板结果后处理模板（Results->Template Based Postprocessing） 功能非常强大，可用其替代很多已往必须依靠自编VBA来实现的功能 （如自动进行收敛性分析），并极大的扩展了优化和参数扫描的范围单个数值一维曲线众多模板扫描对象优化目标一网打尽自动收敛性分析（一）自动收敛性分析（一）现以系统自带的偶极子天线（Help->Examples Overview->Transient Analysis Examples->Antennas->Dipole Antenna）为例 讲述利用结果后处理模板来自动进行收敛性分析的全过程定义参数 meshline 赋初值10将其作为网格设置变量填入自动收敛性分析（二）自动收敛性分析（二）选择结果后处理模板中的0D Results中的Farfield模板 将Plot Range改为3D Plot后，OK确认 由此设置了远场增益模板自动收敛性分析（三）自动收敛性分析（三）在瞬态求解器对话框中选择参数扫描（Par. Sweep） 选择参数meshline并完成如下设置后 点击Start按钮，系统将自动扫描10、15、20点／入 并记录下远场增益的变化自动收敛性分析（四）自动收敛性分析（四）选择NT->Tables->0D Results->gain phi=0 便可观察到远场增益随网格加密的收敛情况天线阵的计算天线阵的计算对于天线阵的处理，CST MWS极其方便且功能强大，共提供了3+1种计算方法，现以一圆贴片天线为例方法1：方向图相乘方法1：方向图相乘方法１：采用方向图相乘的方式方法2：分别激励方法2：分别激励方法2：将所有单元建模，分别对每个端口进行激励，最后在结果后处理中设置各单元的相位和幅度，得到天线阵的方向图方法3：同时激励方法3：同时激励方法３：将所有单元建模，在求解器中设置好特定的幅度和相位关系，同时对所有端口激励，得到特定的天线阵方向图前三种方法优劣比较前三种方法优劣比较方法1只需建模＆计算一个单元，速度最快，但没有考虑互耦 方法2和3都考虑了互耦，如果设置相同的幅度和相位，则结果相同 方法2所需的时间为方法3的N倍，N为端口数，但它可以在计算完成后任意设置各单元的幅度和相位关系，此乃其长处方法3＋1：磁对称面方法3＋1：磁对称面如果模型满足如下特定条件： 1、两个对称天线 2、同相等幅激励 则可将对称面设置为磁面（Magnetic），只计算一个天线，便可得到考虑了互耦的阵方向图共形天线建模共形天线建模背面结构图对规则的共形表面（如圆柱），可以很容易的完成共形贴片的建模 圆柱：半径＝5，高＝20 贴片：轮廓＝〔(3,0)，(-3,3)，(-3,-3)〕 　　　厚度＝0.1正面结构图构建圆柱体构建圆柱体先画一个半径＝5，高＝20的圆柱构建贴片轮廓构建贴片轮廓选择Curves->New Curve 选择Curves->Polygon ，按ESC键，输入三角形轮廓坐标 （其他任意形状的图形均可采用此方式输入）构建二维贴片构建二维贴片选择Curves->Cover Planar Curve 再双击刚生成的轮廓线，在弹出的对话框中设置材料后确认 这样一维的贴片轮廓就变成了二维贴片构建贴片柱构建贴片柱选择Objects->Pick->Pick face　　，双击贴片选中 选择Objects->Extrude　　，输入拉伸高度10后确定，生成贴片柱构建共形筒构建共形筒选择Objects->Pick->Pick face　　，双击圆柱表面 选择Objects->Extrude　　，输入拉伸高度0.1后确定，生成共形筒生成共形贴片生成共形贴片选择贴片柱，再选择Objects->Boolean->intersect 再选择圆柱体，回车确定，生成共形贴片总结总结 贴片轮廓贴片轮廓柱 共形物体共形曲面 更复杂的共形模型以及馈电同轴线的共形建模同理可得交集共形贴片单机RCS宏单机RCS宏Macros -> Solver -> RCS -> Calculate monostatic RCS(V2)