基于CST軟件的專用仿真平臺(tái)的開(kāi)發(fā)

按照界面的提示輸入需要的設(shè)計(jì)指標(biāo)后，SPSAD模塊將依次自動(dòng)完成矩形陣面初步設(shè)計(jì)、特制外形修正設(shè)計(jì)、饋電縫隙計(jì)算、耦合縫隙優(yōu)化、移相網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、饋電網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、完整天線計(jì)算等步驟，同時(shí)提供交互控制方式，允許用戶導(dǎo)入或是輸入各種指標(biāo)對(duì)天線陣的結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制，最后在CST微波工作室中全自動(dòng)生成設(shè)計(jì)好的縫隙陣天線的機(jī)械加工圖。缺省設(shè)置下獲得的天線陣的3D結(jié)構(gòu)視圖如圖3所示。

圖3SPSAD平臺(tái)自動(dòng)設(shè)計(jì)生成的平板縫隙天線

圖4SPSAD平臺(tái)生成的天線的計(jì)算結(jié)果

SPSAD設(shè)計(jì)平臺(tái)還將自動(dòng)調(diào)用CST微波工作室對(duì)整過(guò)天線進(jìn)行仿真計(jì)算，以便與設(shè)計(jì)指標(biāo)相對(duì)比，對(duì)天線的設(shè)計(jì)進(jìn)行最后的驗(yàn)證，并可以輸出結(jié)果到指定的地方。圖3所示天線的仿真結(jié)果如圖4所示。

SPSAD設(shè)計(jì)平臺(tái)是一款集多年理論研究和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)為一體的，具有相當(dāng)實(shí)用價(jià)值的工程設(shè)計(jì)平臺(tái)，它大大提高了工作效率，縮短了設(shè)計(jì)周期，降低了設(shè)計(jì)誤差，規(guī)范了設(shè)計(jì)流程，最終提高了設(shè)計(jì)的一致性和質(zhì)量。該仿真平臺(tái)具有一定的通用性，如設(shè)計(jì)m行×n列的任意縫隙陣。

C.基于多層快速多極子的FastRCS精確仿真模塊

FastRCST模塊是同濟(jì)大學(xué)現(xiàn)代集成電磁仿真研發(fā)中心（MIEMS）與東南大學(xué)毫米波國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室共同開(kāi)發(fā)的精確RCS仿真模塊。東南大學(xué)擁有多層快速多極子內(nèi)核的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，我中心擁有其他知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

FastRCS是嵌入CSTMICROWAVESTUDIO(MWS)中的快速RCS仿真模塊，能夠?qū)θ我馊S金屬結(jié)構(gòu)的單站及雙站RCS進(jìn)行全自動(dòng)快速仿真并顯示仿真結(jié)果。其核心求解器采用多層快速多極子算法(MLFMA),能在普通PC機(jī)或工作站上求解電大尺寸完純導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的散射問(wèn)題,電尺寸可達(dá)上百個(gè)甚至數(shù)百個(gè)波長(zhǎng)。

FastRCS采用核外存儲(chǔ)技術(shù)，僅遠(yuǎn)場(chǎng)作用使用內(nèi)存，近場(chǎng)矩陣通過(guò)外存儲(chǔ)技術(shù)放在硬盤上,在不影響矩陣向量積計(jì)算效率的前提下，大幅度節(jié)省了內(nèi)存。采用DILU預(yù)條件技術(shù)大大節(jié)省了內(nèi)存，而且不需要參數(shù)的調(diào)試和優(yōu)化。吸收了目前較新和穩(wěn)定的迭代求解算法，用戶可在實(shí)踐中選擇針對(duì)性強(qiáng)，迭代效率較高的迭代求解算法。在頻率掃描時(shí)，近場(chǎng)矩陣元素的計(jì)算采用Hermite插值技術(shù)，提高了矩陣元素的插值精度，在MLFMA框架下充分?jǐn)U大了掃頻寬度。

CST微波工作室®自身也含有一個(gè)MLFMM求解器，相比而言，F(xiàn)astRCS模塊在求解單站RCS時(shí)具有相對(duì)的優(yōu)勢(shì)。它不但求解速度快，而且內(nèi)存使用效率高。

FastRCS模塊提供可視化的界面輸出，仿真結(jié)束后直接將計(jì)算結(jié)果輸出到CST的主視圖中，用戶可以在主視圖中更直觀地觀察到RCS的計(jì)算結(jié)果。FastRCS模塊的啟動(dòng)界面友好，輸入方便，界面啟動(dòng)后如圖5所示，在頻率為9GHz時(shí)計(jì)算NASA文章給出的DoubleOgive的網(wǎng)格視圖如圖6所示，其仿真結(jié)果如圖7所示。

圖5CSTFastRCS模塊界面

圖6DoubleOgive的網(wǎng)格視圖

圖7DoubleOgive計(jì)算結(jié)果f=9GHz

圖中CSTBuiltin標(biāo)注是CST自身的多層快速多極子仿真所得結(jié)果，CSTFastRCS標(biāo)注是FastRCS模塊的仿真結(jié)果，NASA標(biāo)注是NASA文章中給出的數(shù)據(jù)，從結(jié)果來(lái)看三者吻合得很好。FastRCS模塊的內(nèi)存使用效率高、計(jì)算時(shí)間短。

FastRCS模塊可以完成任意三維建模、網(wǎng)格生成、求解及后處理的完整RCS（單站和雙站）仿真。該模塊的成功開(kāi)發(fā)提供了一個(gè)將大學(xué)豐富的理論成果轉(zhuǎn)化成商業(yè)化軟件的思路。同時(shí)也是探索一條開(kāi)發(fā)我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)商業(yè)化電磁仿真軟件的途徑，有利于推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研一體化的發(fā)展。