基于电大尺寸物体的有限元_物理光学方法比较.pdf

2 D 0 7 ， D 1 弓 l 畜 一西安电子科技大学西安7 1 0 0 7 1 朱 淑梅 要：把同一反射面天线模型分别进行 I G E S和 A S c 文件格式的转换 ， 以 便能够分别读入到 A n s o f t HF S S和 F e k o中去 并进行电磁场远场特性 分析， 将结果同理论值进行比较从而分析出有限元方法与物理光学法 在计算电大尺寸天线方面各 自的优缺点 。 关键词 ：I G E S , H F S S ， F e k 0 ， 电大尺寸 精确计算反射 面天线 的辐射性能 ，从理论上 讲 ， 可以通过严格求解天线表 面电流的分布 ， 再计 算方向图的方法 ， 这样需要严格 的求解 电流分布的 积分方程。积分方程的建立是可能的， 但其求解非 常复杂并且耗 费大量计算 机时间和使用大量存储 单位 ， 实用价值很小 。 因此 ， 在分析绝大多数大型反 射面天线 系统时都采用近似方法 。 如有 限元法和物 理光学法等。 现有 的电磁场计算软件 H F S S采用 有限元法 ， 具有 良好的对电小天线的分析精度 ， 但在分析 电大 尺寸的天线时有效率低 ， 精度差的缺点。而 F e k o采 用物理光学法简单易行 ， 在计算反射面天线的主瓣 以及主瓣附近的辐射时相 当准确 ， 却对宽角旁瓣有 较大的误差 。因此应对这两种方法进行分析 比较以 更好的利用软件来分析电大尺寸物体的电性 能。本 文针对同一对象分别用 HF S S和 F e k o进行了分析 计算 ， 并把结果 同理论计算值相 比较 ， 从而得 出一 些有用的结论 。 2 模型数据交互的实现 2 1 HF S S中数据模型的实现 在 A n s o fi H F S S中能够 识别 的模 型文件格 式 屯 嚣 E L j 兰 O TRONI C 1 1 三 sT 为 ： 木 s m3 ， 木 s in 2 ， 木 d g s ， 木 s a t ， 木 ， s t e p， 木 i g e s ， 木 d x f ， 木 s l d ， * g e o ， ， s t l ， p r t 。其中 I G E S为使用最广泛的中 间数据交换标准。 I G E S是 “ I n t i a l G mp h i c s E x c h a n g e S p e c i fi c a t i o n ” 的 缩写 4 ， I G E S第一版是 1 9 8 0年 由 A N S I主持编制 的 ，为 了适应 C A D C A M 领域软硬件技术 的发展 ， I G E S委员会分别于 1 9 8 2年会批准 了第二版标准 ， 1 9 8 5年又发表了 I G E S的第三版本 ， 1 9 8 8年公布了 第四版标准。 标准 I G E S文件有 固定长 A S C U码 、压 缩的 A S C U码、 二进制 3种存储格式。 I G E S文件每行 8 0 个字符 。 整个文件分为 6段。 图 1说明了 I G E S文件 的记 录格 式 。 图 1 I GES文 件 的 格 式 记 录的 1 7 2列为 该段 的 内容 ， 7 3列分 别用 S 、 G、 D、 P和 T作为段 的标识 。 其 中“ S ” 表示开始段 ； “ G ” 表示全局参数段 ； “ D” 表示 目录条 目段 ： “ P ” 表示 参数数据段 ； “ T ” 表示结束段 。7 4 8 0是每一行的序 列编号 。 标志段用来标志 I G E S数据是二进制格式还是 压缩的 AS C U码格式存储 ， 若是固定长 A S C U码格 式存储则无标志段。开始段是向人们提供一个可读 文件的序言。全局参数段存放前置处理器的描述信 维普资讯 毖 与研发 2 0 0 7 1 0 息及为处理该文件的后置处理器所需要的信息 。目 录条 目段为文件提供一个索引 。 并含有每个实体的 属性信息 。参数数据段存储每个实体的具体信息 。 结束段是文件的最后一行 。 包含 了前述各段 的标识 字母( S 、 G、 D、 P ) 及每段最后一行的序列号。 2 2 F e k o中数据模型的实现 F e k o中能够读入的模型数据类型吲有 ： * p r e 。 neo ，*d a t a s c ， n e s ， * d x f ， s t l ， * p a t 。其 中 * d a t 文 件为 A S C码数据文件， 格式简单 ， 便于转换 。该文 件格式如下： n k n d B S n p n t x ( 1 ) Y ( 1 ) Z ( 1 )( S t r i n g _ n a m e ) x ( 2 ) y ( 2 ) z ( 2 )( S t r i n g _ n a m e ) x ( n k ) y ( n k ) z ( n k )( S t r i n g _ n a me ) d 1 ( 1 ) d 2 ( 1 ) d 3 ( 1 ) 0( L a b e 1 ) d 1 ( 2 ) d 2 ( 2 ) d 3 ( 2 ) 0( L a b e 1 ) d 1 ( n d ) d 2 ( n d ) d 3 ( n d ) 0( L a b e 1 ) s l ( 1 ) s 2 ( 1 ) 0 0( L a b e 1 ) s 1 ( 2 ) s 2 ( 2 ) 0 0( L a b e 1 ) s l ( B S ) s 2 ( n s ) 0 0( L a b e 1 ) n n p ( 1 ) p l ( 1 ) p 2 ( 1 ) p 3 ( 1 ) ( L a b e 1 ) n n p ( 2 ) p 1 ( 2 ) p 2 ( 2 ) p 3 ( 2 ) ( L a b e 1 ) n n p ( n p ) p 1 ( n p ) p 2 ( n p )p 3 ( n p ) ( L a b e 1 ) t l ( 1 ) t 2 ( 1 )t 3 ( 1 ) t 4 ( 1 )( L a b e 1 ) t 1 ( 2 ) t 2 ( 2 )t 3 ( 2 )t 4 ( 2 )( L a b e 1 ) t l ( n t )t 2 ( n t ) t 3 ( n t ) t 4 ( n t )( L a b e 1 ) 各部 分含 义如下 ： n 节点数 三角形 面片数 片段数 多边形数 r t t 四面体个数( 如果没有指定默认为 0 ) ( )节点 i 的 x 坐标， 单位为米。 y ( i )节点 i 的 Y 坐标， 单位为米 z ( i )节点 i 的 Z 坐标 。 单位为米 d l ( )三角形 j 的第 1 个顶点索引 d 2 ( )三角形 j 的第 2 个顶点索引 d 3 ( )三角形 j 的第 3 个顶点索引 1 ( 片段 k的开始点 s 2 ( k )片段 k的结束点 n n p ( m)多边形 i n的顶点数 P 1 ( m)多边形 i n的第 1 个顶点索引 p 2 ( m)多边形 i n的第 2个顶点索引 p 3 ( m)多边形 m的第 3个顶点索引 多边形 m的其他顶点索引 t l ( n )四面体 n的第 1 个顶点 t 2 ( n )四面体 n的第 2个顶点 t 3 ( n )四面体 n的第 3个顶点 t 4 ( n )四面体 n的第 4个顶点 把一个反射面天线模 型分别转换成这两种格 式。 就可以实现通过不同软件分析同一个对象而达 到比较这两种软件所使用方法的优缺点的比较。 3 软件分析结果及结论 在此以一个 口径为 4 m。 焦径 比为 0 - 3的旋转抛 物 面天线为例 ， 馈源采用对称振子天线 ， 工作频率 为 6 0 0 MH Z 。天线结构及馈源设置如图 2所示 ： 图 2天 线 结构 图 图 2中( a ) 包含反射面天线和馈源的四方体空 气盒是在 HF S S中计算 电磁场远场特性时需要的辐 射边界 ， 反射面上采用 自动网格划分。( b ) 中圆圈部 分是设定的求解区域。 将这两个软件的结果与理论值 进行分析比较， 其方 向图比较如图 3所示 ： ( 下转 第 4 7页) 屯 型 i EL E C lT RONI C T ES T 维普资讯 模式都能大大降低开发任务的难度 。 参考文献 ： 图 2调 试 窗 口图 1 胡 波等 c + +B u i l d e r 6绵 程实例教程 北京 北京希望 电子 出版社 ， 2 0 0 2 ， 8 ， 第一版 2 中国 I T培训工程编委会编 C + +B u i l d e r 6总结实例 ， 珠 海 珠海出版