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K波段圆极化反射面天线设计

发布时间:2020-07-21 18:18:19 阅读: 来源:平移门厂家

1.系统组合仿真技术(SAM)– CST DS + CST MWS(T、F、I)

本文引用地址:波段(22GHz)园极化反射面天线1包含一个馈源喇叭2和一个主反射面3。正交模馈源喇叭2又分为园波纹喇叭4和正交模转换器5(OMT)。正交模转换器5又可以分解为转换器6,延时波导段7和方圆输入转换节8。

直 接将整个反射面天线1放在一起进行全波仿真是不可取的,因为它包含一个70个波长的主反射面3,同时又含有直径仅为10.06mm圆波导组成的OMT5以 及精细的波纹喇叭4。无论采用哪一个单一的算法均无法有效地胜任此仿真。采用不同的算法仿真不同的部分进行各个击破,才是总为明智的方法。如何进行拆分则 需要工程师对天线的工作原理、微波网络概念以及哪种算法对哪种结构最为有效均要有所了解。

以下我们将整个仿真拆分为六个场仿真(4、6、7、8、2、3)。下图中的T、F和I分别表示CSTMWS中的时域、频域有限元和积分方程求解器。所有这些仿真均在一个CST工程下进行,这就是CST系统组合仿真技术。流程为:

波纹喇叭方向图设计仿真:采用T对波纹喇叭4进行远场方向图场仿真;OMT分部件S参数仿真:采用F分别对6、7、8进行S参数场仿真;整个OMT组件S参数仿真:在CSTDS中将6、7、8组合在一起形成完整的OMT5进行S参数路仿真;OMT馈源喇叭方向图仿真:再在CSTDS中将c)中的5与a)中4组合成完整的正交模馈源喇叭2,利用DS与MWS的场路协同仿真得到在两个正交端口输入情况下合成方向图;反射面天线方向图仿真:最后,在CSTMWS中将此方向图作为远场源加载到反射面焦点上,采用I(即多层快速多极子法)得到最终反射面天线的方向图。下面,我们将整个仿真一步一步地简要介绍一下,供读者参考。

a)波纹喇叭方向图设计仿真 启动Antenna Magus天线库v3.3(内含175种天线),选择Corrugated conical horn antenna(圆锥波纹喇叭天线),给定中心频率,点击Design,Magus即给出一个全参数化的CST MWS仿真模型。启动CST,直接打开此工程文件即可。给定15dB波束照射宽度,采用CST MWS时域求解器和内置的优化器对齿槽进行优化,最终得到满足照射角下最低驻波的喇叭天线设计。在同一个物理端口位置处,定义两个相互正交的端口模式,形 成两个波导端口。

b)OMT分部件S参数仿真 对 OMT分析知,喇叭圆波导和两路正交圆波导的相对位置的尺寸是不变的,即构成约束Constraints。喇叭、移相段、馈电E面方圆转换节是三个需要单 独仿真的部件,定义各自的端口和相匹配的模式数,便于后续的DS级联。三个部件均是电小尺寸的,所以这里采用频域有限元求解器F进行仿真。

c)整个OMT组件S参数仿真 在CST设计工作室(DS)将上述三个部件通过微波网络原理图相互连 接。下图示出原理图和相应的三维实体模型。DS能够从原理图一键得到相应的三维结构。原理图中黄色端口1和2为馈源的两个正交模输入,端口3和4则是输出 给波纹喇叭的两个正交模式。通过在DS中定义嵌套的Tasks,采用SAM技术,在给定频带内,对1、2端口的驻波进行优化,同时保证端口3、4模式间的 隔离度。

d)整个OMT组件S参数仿真 仍在上面的DS中,再将波纹喇叭的两个正交波导端口连接到端口3和4上形成右下图所示的微波网络。在DS中通过CST MWS co-simulation场路协同仿真,由电路仿真得到整个正交模馈源喇叭的天线方向图(右下下图)。

e)反射面天线方向图仿真 启动CST MWS将上步得出的正交模馈源喇叭方向图加载到主反射面的焦点处,通过积分方程求解器!I中的多层快速多极子算法得出最终的方向图。耗时22分钟,内存2.2GB。

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