基于MATLAB-FEKO-API技术的复杂结构+相控阵天线的快速建模

摘要

    在FEKO中，常常会涉及到相控阵天线与复杂模型结构的一体化的仿真问题，该类问题最大的特点就是建模过程中包含有大量重复性操作以及复杂结构的构建，如果采取手动操作的方式，建模过程必然让人崩溃，同时作为CAE软件的FEKO对于复杂结构的建模显然是无法与专业的CAD软件来的高效。因此针对这一类问题，本文以相控阵天线建模为例，提出了一种基于matlab-feko-API技术的自动建模方案,该方案能更加快速，可靠的完成好友大量重复性结构以及复杂结构的电磁问题的建模。 

操作过程

    联合使用matlab和CADfeko(or三维建模软件)进行复杂结构+重复性结构问题的仿真建模，可以兼顾CADFEKO的直观性和简易性以及Matlab的高效性，可以极大的提高模型建模效率，降低人为处理大量重复性结构建模所带来的低效，易错的问题。这个问题目前在两类问题上有着最为明显的应用：复杂结构+相控阵天线仿真问题，曲面超表面天线罩建模问题。

 以相控阵天线+复杂结构问题为例：其中复杂结构可以通过在solidwork，ProE等建模软件上完成建模并导入CADFEKO中，而相控阵天线的建模需要借助于脚本完成。相控阵天线的建模涉及的大量重复性操作主要为三个部分：1）周期性贴片和馈线的建模；2）馈源的设置；3）实现波束扫描的多求解项设置。具体的技术路线图如图所示：

     FEKO2017以后版本，Script editor功能显著增强，建模操作的库函数显著丰富，同时增加了脚本录制功能，可实时将CADfeko中各种操作映射到脚本编辑器中，极大降低了二次开发的难度。

     本文将基于Matlab-feko-API二次开发方法，在FEKO平台上，实现相控阵天线自动建模，波束自动扫描功能。微带相控阵天线自动建模模块主体结构分为两个部分：1）主程序为阵元尺寸，位置以及幅相分布的计算与配置，并通过调用建模函数，进行阵列天线的建模；2）子程序为MATLAB-feko-API函数库，为连接MATLAB与FEKO script接口。

操作步骤：

step1：参数设置，进入主程序，对相控阵天线的结构参数，波束扫描范围以及源数据位置进行设置。通过simulation_flag计算标识符的设置选择计算和波束还是差波束。设置完成，运行主程序，生成建模脚本.lua文件。

step2：打开FEKO主界面，打开script editor脚本编辑器，将.lua文件拖拽入脚本编辑器。

step3：点击运行，即可完成贴片单元和馈线的自动建模同时依据用户设置的扫描角范围，通过自动设置不同不同求解项configuration实现波束扫描。

step4：在CADfeko中手动建模基板，设置材料属性并将贴片，馈线与基板合并（union），相控阵天线的相位扫描依赖于excle表中不同扫描角下的相位录入，下图第一行表述波束扫描角，每一列数据分别代表该扫角下不同单元的馈电相位，馈电相位从第一象限开始的设置。

step5:将舱体，天线罩等复杂模型通过中间格式导入相控阵天线模型中，即可实现相控阵天线+复杂模型的电磁计算，同时能自动计算不同波束扫描角下的电磁计算，可以极大的减少手动操作的过程，提高效率。

总结

       本文以相控阵天线-复杂模型建模仿真为例，介绍了一种基matlab-feko-API技术的快速建模方法，该方法可以快速实现相控阵天线的自动建模，该方法的核心在于基于MATLAB和feko script建模接口函数库API，该函数库后续用户可根据需要自行进行扩展，FEKO2017以后版本增加了脚本实时录制功能，这极大的降低了用户编写API的难度，主程序用户可根据具体应用场景进行编写。本文涉的的代码有需的关注后私信。（PS:主程序中引用文件夹位置需要根据用户实际情况进行修改，以免报错）

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电磁CAEer-刘兵