高效的辐射与散射仿真实现方案

第一个例子使用的是完全符合教科书的介质透镜6.透镜及其馈源喇叭如图2所示。透镜将来自于源天线的电磁场聚焦于正前方。仿真的透镜采用长方体波导管作为馈源，其εr=2.56,正面直径为4.4λ0.然后使用混合FEBI法对系统进行分离域的建模，馈源喇叭及周围的长方体空间作为一个域，透镜周围的圆锥形区域作为另一个域，每个分离空间的截断面采用BI边界。

为便于比较，同时采用了PML对该天线系统进行建模，为求得准确的答案，使用了一个更大的长方体空气盒子将整个模型包在内，并距离辐射体足够的距离以保证结果的准确。与采用PML仿真相比，FEBI模型使用的较小空间可以将内存的占用降低10倍。图中同时显示了两种仿真计算得出的电场的阴影图。如其显示，虽然FEBI仿真使用的分离空间较小，透镜和喇叭内外和周边的电磁场都得到了准确的计算，并与PML计算的结果吻合。喇叭的反射系数（Г）随与透镜的距离缩小而增大。在比较加透镜前后的喇叭端口反射时，两种仿真都显示Г有1.8dB的相同增长。图3是两种方法计算得出的该天线系统的前向方向图。再度体现出FEBI和PML之间的高度吻合。图2和图3说明FEBI在使用分离空间来确定天线系统的特性时，具有相当的准确性。

图2:采用矩形喇叭馈源的介质透镜。

图3:透镜的辐射特性。

第二个例子考查的是一组安装在复杂平台上的天线阵列（图4）。它是一个由螺旋天线组成的7元阵列，安装在卫星平台上。卫星两端之间的长度为18英尺，天线工作频率3.5GHz.由于这是一个大型模型，所以还是采用域分解法（DDM）来将FEM域分割为多个较小的域。7这种集成运载平台的天线系统之前曾采用标准的ABC进行仿真，使用大型闭合长方体空间。该模型闭合的空间的体积大约为21000λ，DDM将求解范围分解为34个域。仿真总共需要的存储为210GB RAM.

图4:安装在卫星上的螺旋天线阵列。

FEBI仿真采用全共形的空间，该共形区域如图所示。闭合的空间体积下降到1200λ3.由于目标空间缩小，只需要在12个域上应用DDM,仿真只要21GB的RAM就足够了。相对于使用标准RBC求解，FEBI仿真所需的存储大小会大幅度减少。图5是两种仿真在同等幅度和相位激励下所有天线元的辐射特性，而两种特性实现了完美的吻合。使用FEBI对位于卫星上的等激励天线阵列仿真得出的三维极坐标方向图如图6所示。根据这个例子可以了解到，通过将FEBI与高度共形的有界域结合使用，可以在单个桌面计算机上能够完成大型复杂天线系统的仿真工作。

图5:安装在卫星上的天线阵列的辐射特性。

图6:7元阵列同等激励下的辐射电磁场三维极化图。

本文小结

混合FEBI是HFSS的FEM求解器中功能强大的新成员。设计工程师可以利用这种新技术将FEM仿真的优势与IE求解器在开放边界问题上的效率和准确性结合在一起。这个方法对共形区域、凹空间和独立空间都能取得相当的准确性，可以让用户缩小FEM求解域的范围，从而大幅度缩短求解时间和减少求解所需占用的内存。