本期我們將詳細介紹CST毫米波雷達天線模擬中的天線陣子設計。
CST毫米波雷達模擬(一)中介紹過CST專用的天線庫Antenna Magus,工程師只需要輸入天線的規格要求,軟體就會自動幫您產生3D模型。這裡省略掉Antenna Magus的設定過程,下圖是Antenna Magus產生的天線模型,已經導入CST進行下一步模擬。
模擬計算
對於這種尺度的模型,既可以選擇CST的時域(T-solver)求解器,也可以選擇頻域(F-solver)求解器,都能得到非常精確的結果。
常常會聽到讀者說,CST的時域演算法精確度不夠,結果和頻域對不上,真是這樣嗎?下面是我用CST的T和F求解器模擬的S參數對比,可以看出兩個演算法的一致性非常好。
這裡教大家一些小技巧,當我們做天線模擬時,一定要用不同的解算器來做對比,如果不同演算法都能拿到相同的結果,這才能說明模擬結果是準確的。以下幾個設定要點,是天線模擬時要特別注意的。
首先,boundary的設置,reflection level的值要設定1e-6或更小,邊界尺寸適度加大。
其次,F和T求解器做比較時,其中材料Fit as in Time Domain要勾選上,求解器的精度設定1e-6甚至更高,勾選網格自適應加密。
第三,時域T求解器的boundary設定與F相同,重點是網格設定。在天線陣子周圍畫一個空氣盒子,用來設定local mesh。如果模擬結果和F不一致,就需要對local mesh做進一步的加密,直到兩個解算器拿到完全相同的結果。
最後,時域解算器要勾選Hardware acceleration選項,可以大幅提升時域模擬效率。
設計最佳化
從前面的S參數結果可以看出,天線的諧振點並不在77G,這就需要天線設計工程師對天線的結構尺寸進行調整。
通常情況下,天線需要調整的參數非常多,如果每次調整都重新模擬S參數,那麼效率會非常低。為了更有效率地完成天線最佳化設計,工程師可以利用CST自帶的最佳化器對參數進行自動調優。此外,還可以使用另一個非常好用的功能:敏感度分析sensitivity analysis,詳細設定可參考FAQ088:如何使用敏感度分析sensitivity analysis — 天線F-ROM求解器。
這裡在天線的長度方向上,設定一個參數offset,在解算器Sensitivity Analysis裡勾選offset ,然後再計算。
計算完成後,在S參數結果選擇Sensitivity Tunning可手調滑軌,查看參數對結果的影響。這裡offset是天線長度的變化,當offset為正時,諧振頻率往低頻移動,這表示調整方向是對的。透過參數的敏感度分析,可以快速判斷參數對結果影響的趨勢,並確定工程師優化參數的方向。
原文轉載來自: Zhou Ming – CST毫米波雷达仿真(二)
系列文章:
CST 毫米波雷達模擬(一)
CST毫米波雷達模擬(二)
CST毫米波雷達模擬解決方案介紹(三)
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