应用FEKO,一个描述PO方法不同的详细例子

1、FEKO中PO卡不同设置，对计算精度的影响。PO是FEKO中最好的东西，也是FEKO的重大特点，它有机的把MOM和PO结合在一起。在应用的过程中，设计者有时候会怀疑PO的精度，下面我做的数值试验就是研究这个PO的可信度。测试结果会给以后的应用提供经验。为了验证PO方法的不同设置在结果中的作用，我设计了一个模型来验证。模型是一个半波阵子置于立方体前，此立方体边长为一个波长。如下图：半波阵子离立方体前面3/4久。所有运用PO算法的均设置了劈形绕射。分别计算了下列各种情况：纯MOM方法计算PO方法中的全射线追踪分析，没有设置面之间互相的是否看见。PO方法中的全射线追踪分析，设置所有面之间互相看不见。

2、PO方法中的只从外面照亮模型，所有面的法向向外。设置面是否互相看见（设置面是否互相看见与否，计算结果相同）。分析及结论：比较矩量法、PO全射线追踪（没设置面关系）以及法向方向照亮（没设置面关系）结果。结论一PO方法的两种计算结果和矩量法都有差别。结论二PO全射线追踪和法向方向照亮结果不一致。问题出在哪儿？（结果是一致的，试验过程有问题。PO方法计算的结果都如蓝线所示，黑线结果错误）结论三背瓣的计算结果相差较大，说明绕射过去的射线不准确。76+-_-+一一一-_一一-+-_一一一一+十一一-一一一一一一+一一-1-2-3-4-50204060801001201401601802002202402

3、60280300320340360PhiDegatTheta=90.00DegWinFEKOProject:PO_test比较PO全射线追踪（没设置面关系）、PO全射线追踪（设置面关系）和PO外法向方向照亮（没设置面关系）的结果。结论一全射线追踪不设置面的关系和设置面的关系结果居然不一样？（原因同上）结论二全射线设置面关系和外法向方向照亮结果一样。说明外法向照亮实际上就是在这个闭合面上设置各自互相看不见。vBdedutingaM-i!阵-1-比较矩量法和PO法向入射得到的表面电流：可以得到如下结论：结论一矩量法结果在每个边界电流都出现了不同程度的增强，过渡平滑。结论二PO法只在正对着天线的面上

4、电流和矩量法相近，其他区域的电流过渡不平滑。结论三边界绕射结果不准确，在左右两边没有达到有效劈绕射，误差较大。观察运用PO时输出文件中有这样几种warningIncidentanglePHII=303.690068Deg.WARNING793:Incidentplanewaveilluminatesawedgefromtheinside（出现9次）WARNING2339:Nofurtheroutputofwarnings793前一个warning的意思是：在phii=303.69068度时，出现了入射平面波照亮的一个劈形边界是从内部进去的，也就是说有射线从导体模型内部照到劈形绕射出去了，这显然

5、是错误的。后一个warning的意思是:和793警告号一样的警告不在输出文件中列出了。说明这样的错误出现了很多次。经过在FEKO中画图，可以发现PHII=303.690068Deg这个角度是阵子中心和正对着的劈连线在xy面上投影的phi角。如下图：检查程序，发现KL卡定义的劈的开始点和结束点的顺序很重要，开始点指向结束点的方向和面的法向满足右手螺旋规则，否则尖劈绕射就会不工作。在FEKO4.0版本中，KA卡的手册中特别说明，点的顺序是任意的；但是KL卡并没有这么说明，但也没有说明卡中两点的顺序是必要的和怎么定义两点的顺序。在FEKO4.3和5.0中，都没有说明点的顺序是任意的，不过也没有说明点

6、的顺序需要遵守的规则，这是很容易出错的地方。改正了这个问题以后，output文件就不在出现上面的warning。再次比较计算结果。建议在用PO卡的KA卡、KL卡和FO卡时，遵循建模时点的排列顺序选择这几个卡片中所需的点。比较矩量法和PO全射线追踪结果。前面已经说明，设置VS卡与否，不影响PO的计算结果，只是影响计算的时间。FarFieldDirectivityvsAngleVBdedutingaM020406080100120140160180200220240260280300320340360PhiDegatTheta=90.00DegWinFEKOProject:PO_test5437结

7、论一背瓣明显比较吻合结论二大致的结果相同，只在细节上还存在差别。结论三通过观察模型的表面电流，劈的绕射纳入了计算。还有一些结论直接总结如下：一次绕射后的劈作为再次辐射的源进行第二次绕射。设置全部的绕射边界最后结果更加精确。细分三角片的剖分让PO结果更加贴近MOM结果，但只是改善很少一点增大正方体的电尺寸，比较全射线追踪和法向方向照射几种方式，计算时间上的区别：需要说明的是它们的计算结果完全相同。全射线追踪设置VS卡计算时间如下：SUMMARYOFREQUIREDTIMESINSECONDSCPU-timeruntimeReadingandconstructingthegeometry2.844

8、2.844Checkingthegeometry7.8447.843InitialisationoftheGreensfunction0.0000.000Calcul.ofcouplingforPO/Fock16.87516.875Calcul.ofmatrixA3.6723.672Calcul.ofvectorY(rightside)0.1090.110Solutionofthelinearsetofeqns.0.0470.047Determinationofsurfacecurrents1.0151.015Calcul.ofimpedances/powers/losses0.0000.00

9、0Calcul.ofelectricnearfield0.0000.000Calcul.ofmagneticnearfield0.0000.000Calcul.offarfield11.26611.266other0.0000.000totaltimes:43.67243.672(totaltimesinhours:0.0120.012)法线方向入射，不设置VS卡的计算时间：SUMMARYOFREQUIREDTIMESINSECONDSCPU-timeruntimeReadingandconstructingthegeometry2.8602.859Checkingthegeometry7.8

10、757.875InitialisationoftheGreensfunction0.0000.000Calcul.ofcouplingforPO/Fock11.76611.765Calcul.ofmatrixA3.6403.641Calcul.ofvectorY(rightside)0.1250.1250.0630.0621.0161.0160.0000.0000.0000.0000.0000.00011.32811.3280.0150.01638.68838.6870.0110.011)totaltimes:(totaltimesinhours:Solutionofthelinearseto

11、feqns.Calcul.ofimpedances/powers/lossesCalcul.ofelectricnearfieldCalcul.ofmagneticnearfieldCalcul.offarfieldotherDeterminationofsurfacecurrents法线方向入射，设置VS卡的计算时间：SUMMARYOFREQUIREDTIMESINSECONDSCPU-timeruntimeReadingandconstructingthegeometry2.8442.844Checkingthegeometry7.8437.844InitialisationoftheGr

12、eensfunction0.0000.000Calcul.ofcouplingforPO/Fock11.79711.797Calcul.ofmatrixA3.6563.657Calcul.ofvectorY(rightside)0.1090.109Solutionofthelinearsetofeqns.0.0630.062Determinationofsurfacecurrents1.0001.000Calcul.ofimpedances/powers/losses0.0000.000Calcul.ofelectricnearfield0.0000.000Calcul.ofmagneticn

13、earfield0.0000.000Calcul.offarfield11.26611.266other0.0160.015totaltimes:38.59438.594(totaltimesinhours:0.0110.011)全射线追踪不设置VS卡计算时间如下：SUMMARYOFREQUIREDTIMESINSECONDSCPU-timeruntimeReadingandconstructingthegeometry2.8442.844Checkingthegeometry7.8907.891InitialisationoftheGreensfunction0.0000.000Calcul

14、.ofcouplingforPO/Fock16.90616.906Calcul.ofmatrixA3.6723.672Calcul.ofvectorY(rightside)0.1090.110Solutionofthelinearsetofeqns.0.0630.062Determinationofsurfacecurrents0.9840.985Calcul.ofimpedances/powers/losses0.0000.000Calcul.ofelectricnearfield0.0000.000Calcul.ofmagneticnearfield0.0000.000Calcul.off

15、arfield11.25011.250other0.0160.015totaltimes:43.73443.735(totaltimesinhours:0.0120.012)从计算时间可以看出第三种设置方法最优，其次是第二种，再次是第一种，最后是第四种。把天线离立方体距离拉远，MOM和PO计算结果如下:ivityvsAnglePhiDegatTheta=90.00DegWinFEKOProject:PO_testDate:2005-12-31结论:天线远离散射体，结果吻合较好。其他没有得到非常明显的试验结果不再列出。总结如下:定义尖劈绕射时，要注意卡片中设置的点次序一条射线中可以存在多次次绕射

16、（也可以有多次反射）。全射线追踪和法向方向照射的区别在于计算时间（可用VS卡尽量缩小）。FO卡的运用：考虑这样的模型比较矩量法、全射线追踪daniel方程（设置圆环边界）和全射线追踪louis方程（设置圆环边界）FarFieldDirectivity-FOfullLuuisMIOMIFO.undagVBdedutingaM020406080100120140160180200220240260280300320340360PhiDegatTheta=90.00DegWinFEKOProject:FO_test结论一两个方程和MOM吻合较好，在最大值处电平差约0.5dB结论二Daniel方程和L

17、ouis方程结果几乎一样，后者稍稍更接近MOM解。比较不设置CL卡边界、设置CL卡边界和矩量法结果比较:vfrTcircleflBrder1_11fi111I1iijijL11liF.Ar丄_hiTlFJTlJ-iiliJi1fjHn1rrnlinJr-!+!-J-!+!-it-一+-i!I|lulling.L1-!+!-6FarFieldDirectivityvsAngle0102030405060708090100110120130140150160170180190200210220230240250260270280290300310320330340350360PhiDegatThe

18、ta=90.00DegWinFEKOProject:FO_test结论一设置了CL卡边界的结果稍更接近MOM解。结论二设置CL卡与否，对结果影响很小。FEKO4.3以后取消了圆柱边界的设置选项。天线远离散射体，把天线拉到5.25久处。比较MOM和PO的结果如下:FarFieldVBdedutingaMvsAngle020406080100120140160180200220240260280300320340360PhiDegatTheta=90.00DegWinFEKOProject:FO_test结论一:远离圆柱体，远场增益方向图吻合很好结论二:误差在0.1dB之内其他结论:如果在圆柱面上直接用PO方法，不用FO电流修正，误差和MOM结果相差增大，特别是背瓣。剖分越精细，结果更加接