CST進(jìn)階之路：第五節(jié) MATLAB—CST聯(lián)合仿真之共形天線建模與端口設(shè)置
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內(nèi)容安排：
第一節(jié)：MATLAB—CST聯(lián)合仿真之入門(mén)（點(diǎn)擊查看）
第二節(jié)：MATLAB—CST聯(lián)合仿真之建模
第三節(jié)：MATLAB—CST聯(lián)合仿真之結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化
第四節(jié)：MATLAB—CST聯(lián)合仿真之方向圖分析與綜合
第五節(jié)：MATLAB—CST聯(lián)合仿真之共形天線建模與端口設(shè)置
第六節(jié)：MATLAB—CST聯(lián)合仿真之有獎(jiǎng)自測(cè)
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正文 第五節(jié)
CST進(jìn)階之路：第五節(jié)
MATLAB—CST聯(lián)合仿真之共形天線建模與端口設(shè)置
在一些高速運(yùn)動(dòng)的載體，如高速交通工具、飛行器和導(dǎo)彈上集成天線時(shí)，需要考慮其空氣動(dòng)力學(xué)、流體力學(xué)或電磁隱身等特性，以減小阻力、節(jié)省空間、增大視場(chǎng)范圍、提高集成度和減小雷達(dá)發(fā)射截面積。
考慮到這些應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)天線提出的要求，我們常常需要將天線的輻射單元共形在圓柱面、球面、圓錐面或其他復(fù)雜曲面。直接將一個(gè)柔性天線彎曲到曲面上進(jìn)行共形是一種常見(jiàn)的共形天線安裝方式，采用PCB工藝加工的低剖面天線，如微帶陣列天線、基片集成波導(dǎo)縫隙陣列天線就可以用這種方式進(jìn)行共形，如圖1所示[1]。
本節(jié)就以柱面共形波導(dǎo)縫隙陣列天線為例，介紹利用MATLAB控制CST將平面陣列天線共形到柱面并設(shè)置共形波導(dǎo)口饋電端口的方法。
圖1 平面陣列天線的柱面共形[1]
圖2 柱面共形波導(dǎo)縫隙陣列天線建模與端口設(shè)置演示（gif）
在第二節(jié)的內(nèi)容中，我們學(xué)習(xí)了平面波導(dǎo)縫隙陣列的建模，并將其模型導(dǎo)出為“PlanarArray.sat”文件，這一節(jié)我們就利用這個(gè)平面陣列天線的模型文件，來(lái)演示柱面共形天線的建模方法和端口設(shè)置，共形的時(shí)候用到了“Bend Layer Stackup”這個(gè)命令，應(yīng)該是CST2016以后版本才有（沒(méi)有記錯(cuò)的話），這個(gè)命令的好處就是可以將多個(gè)層疊的平面在考慮拉伸形變的情況下向共形面貼合，沒(méi)太理解意思的可以自行help查看。
在建模過(guò)程中需要注意一個(gè)問(wèn)題，“Bend Layer Stackup”命令一般只能對(duì)簡(jiǎn)單的模型共形，當(dāng)需要共形的是一個(gè)復(fù)雜模型時(shí)，例如本程序中的平面波導(dǎo)縫隙陣金屬體，上面有100個(gè)縫隙，中間還有鏤空的波導(dǎo)腔體，這就屬于復(fù)雜模型了，所以在使用“Bend Layer Stackup”命令共形之后，平面波導(dǎo)縫隙陣金屬體就變成了一個(gè)柱面彎曲的全金屬體，上面的縫隙和中間的腔體都消失了，因此，我們還需要進(jìn)行布爾操作，將這個(gè)完整的彎曲金屬體減去共形后的縫隙和介質(zhì)塊，最后才得到一個(gè)柱面共形的波導(dǎo)縫隙天線，當(dāng)然此時(shí)需要保留介質(zhì)塊用于填充。
模型建立好之后，就需要設(shè)置端口對(duì)波導(dǎo)進(jìn)行饋電，在CST中如利用時(shí)域仿真求解器，那么要求端口必須與笛卡爾坐標(biāo)系（直角坐標(biāo)系）對(duì)齊，在本示例模型中，由于共形導(dǎo)致各波導(dǎo)口已經(jīng)發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，此種情況下添加端口無(wú)法滿足與笛卡爾坐標(biāo)系對(duì)齊的條件。但要是在HFSS中仿真此模型，簡(jiǎn)單的選中波導(dǎo)口的面設(shè)置饋電端口即可，完全不用考慮端口與坐標(biāo)軸對(duì)齊的問(wèn)題。基于此思路，我們利用CST的頻域仿真求解器來(lái)進(jìn)行計(jì)算，且波導(dǎo)口也是通過(guò)選中一個(gè)波導(dǎo)內(nèi)介質(zhì)塊的面（此介質(zhì)塊關(guān)于xoz面對(duì)稱(chēng)）來(lái)設(shè)置，然后根據(jù)幾何關(guān)系旋轉(zhuǎn)并復(fù)制端口來(lái)生成10個(gè)饋電端口。此方法很簡(jiǎn)單，但是沒(méi)有共形天線仿真經(jīng)驗(yàn)的人可能不太容易想到，因此本節(jié)專(zhuān)門(mén)給出了此示例。
建立好模型并設(shè)置好端口后，就可以進(jìn)行仿真了，為了能夠盡快完成仿真，建議大家把如圖3所示中的兩個(gè)叉都點(diǎn)掉（仿真頻點(diǎn)會(huì)減少），仿真結(jié)束之后可以看一下各端口處的場(chǎng)分布，應(yīng)該和你想象中的一樣，這里就不貼圖了，大家親自試一下。
3 仿真設(shè)置
參考文獻(xiàn)：
[1] Liu Y, YangH, Jin Z, et al. A Multibeam Cylindrically Conformal Slot Array Antenna Basedon a Modified Rotman Lens[J]. IEEE Transactions on Antennas & Propagation,2018, 66(7):3441-3452.
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很多文獻(xiàn)都說(shuō)柱面共形可以帶來(lái)更寬的掃描角度，那到底彎曲到什么樣的程度（相對(duì)陣列大小而言）時(shí)，相對(duì)平面陣列，既可以保持較高的增益，又能展寬掃描角度呢?能展寬多少呢?假設(shè)陣列所有單元都必須同時(shí)等幅饋電的。
致謝
本節(jié)校對(duì)與代碼測(cè)試人員：
孫光，成都電子科技大學(xué)本科，國(guó)防科技大學(xué)電子科學(xué)學(xué)院碩士研究生在讀。
作者簡(jiǎn)介
作者：劉燚，國(guó)防科技大學(xué)電子科學(xué)學(xué)院電子科學(xué)系電磁調(diào)控技術(shù)教研室講師，主要從事微波毫米波技術(shù)、天線理論與設(shè)計(jì)等方向的教學(xué)和科研。
郵箱：yi_liu@nudt.edu.cn
作者注："歡迎同學(xué)們來(lái)信討論相關(guān)問(wèn)題，也歡迎來(lái)我室學(xué)習(xí)深造。"
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謝謝劉博士?jī)A情分享！
https://mp.weixin.qq.com/s?src=11×tamp=1542549603&ver=1252&signature=rfGTNdNgwx35pXa46MDXCGU45idlMIHztbqfwrEfJUfM3itkATVVZhkefRMPmDnEkxI1A5MzbIjgImQTvjAPVj1Y9UHSLOcuZaJPfEeC9Nz8jg9sqolTPqYbTUk8dZSZ&new=1
非常好的帖子，希望課程完了以后能整理成PDF文檔，
這樣某些圖片不會(huì)有水印，也更清晰一些
