【成功案例】A*STAR IHPC研究所利用Feko优化电大平台天线布局

高性能计算研究所（IHPC）成立于1998年，是新加坡知名科学、技术和研究机构 A*STAR 下属的一个研究所。IHPC 致力于通过建模、仿真和可视化方面的先进方法、技术和新工具为发现提供动力。RF工程团队开发的先进的计算电磁学和多物理场算法和工具，利用电磁兼容性(EMC)的丰富专业知识，广泛应用于小规模和大规模问题，如高速电子、城市和空间 EMC。

IHPC 与国内外公司及政府机构合作了大量有影响力的项目，例如与跨国公司合作减轻电磁干扰，以及与财团成员合作开发航空航天应用的高效 EMC 工具。该研究所使用内部工具和商业软件为客户提供解决方案和定制设计。

IHPC 由日益复杂的电磁(EM)系统和环境驱动，以开发经济高效的创新方法，用于建模、诊断并最终解决 EMC 问题。

典型的挑战包括但不限于：

• 电大尺寸和多尺度EM问题，例如大平台上的天线布局；

• 多物理场问题，如复合材料的电-热-机械分析。

作为测量的补充，仿真在产品开发中发挥着越来越重要的作用。在研究所，从预研到设计优化和最终验证，每个方面都采用仿真。在解决上述电大辐射问题时，除了开发内部仿真工具外，该研究所还使用像 Feko 这样的软件。

例如在涉及电大平台的项目中，需要有效的建模工具来识别最佳天线位置并最小化各种天线之间的干扰。基本上有两个挑战：

• 专有天线的几何模型很难从供应商处获得，因此必须开发替代模型^[1-4]，以在平台上的天线布局模拟中表示它；

• 平台上的天线问题既是电大尺寸又是多尺度问题，仅用全波法已无法实际解决。全波和高频渐近方法的混合方法是仿真这种情况的理想选择。

该团队成功开发了替代模型，根据天线数据表中常见的幅相辐射模式信息来表示贴片阵列和开槽波导天线(见图1)。替代模型代表原始天线的辐射和散射性能。在开发过程中，Altair Feko的精确全波仿真用于揭示天线上的电流分布，这对于识别对辐射起主要作用的电流至关重要。通过利用Feko强大的优化功能确定替代模型的设计参数。

图1 (a)用Feko创建的共形贴片天线阵列和(c)开槽波导天线及其各自的替代模型(b)和(d)

一旦获得准确的替代模型，它就被安装在平台的不同位置，计算和比较安装前后的辐射方向图。对于电大尺寸平台，Feko的混合求解器至关重要。例如，天线与天线周围环境(包括在内)可以用MoM/MLFMM求解，而剩余的平台几何模型应用物理光学法(PO), 大面元物理光学法(LE-PO)或射线几何光学法(RL-GO)同时求解。这种真正的混合方法意味着从根本上捕获天线区域和平台之间的电流直接耦合，从而确保准确性和高效性的完美解决方案。

构建的替代模型安装在飞行器上(图2)，以验证其表示原始贴片天线阵列的能力。图3显示了贴片天线阵列的辐射方向图及其计算的替代模型。良好的相似性证明了替代模型的能力。

图2 在15.5波长的飞行器上部署替代模型

图 3 在飞行器上安装了贴片天线阵列及其替代模型的辐射方向图

图4显示了使用替代天线方法安装在机身平台上的另一示例。Altair Feko 仿真结果通过IHPC开发的内部软件进行验证。

图4：在飞机上方的贴片天线的辐射图，

其中Feko的混合MoM和LEPO求解器被用来解决结构问题 IHPC自有软件与Feko所获得结果之间有很大的一致性

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