复杂材料棱柱体单站RCS

一、模型描述

1.1模型描述：

 

图1a：复杂材料棱柱体-全模型示意图

 

 

图1b：参考文献

三棱柱模型尺寸：

高度：H=1个波长

边长：L=1个波长

顶角角度：Angle=40 度

材料分界位置位于三角形的重心

材料属性：

PEC     

Diel_1   

复数介电常数：4 – j 0.3

复数磁导率：1.2 – j 0.6

Diel_2  

复数介电常数：1.4 – j 0.7

1.2计算方法描述：

工作频率8.0 GHz时，分别采用MoM+SEP、MoM+VEP和FEM方法；

1.3 计算项目：

计算该目标体的单站RCS;

垂直极化（VV）

 

图1c：极化方式-垂直极化VV（右图）

二、主要流程：

启动CadFEKO，新建一个工程：composed_PEC_Mag_Diel_Prism_monoRCS_mom.cfx，在以下的各个操作过程中，可以即时保存做过的任何修正。

2.1：定义变量：

在CadFEKO中左侧的树型浏览器中双击“Variables”节点，依次定义如下变量：

工作频率：freq=8.0e9

工作波长：lam0 = c0/freq

顶角角度：angle=40

材料1复数介电常数-实部：epsr1_r=4

材料1复数介电常数-虚部：epsr1_i=0.3

材料1复数相对磁导率-实部：ur1_r=1.2

材料1复数介电常数-虚部：ur1_i=0.6

材料1介质损耗正切：tan1_d=epsr1_i/epsr1_r

材料1磁损耗正切：tan1_u=ur1_i/ur1_r

材料2复数介电常数-实部：epsr2_r=1.4

材料2复数介电常数-虚部：epsr2_i=0.7

材料2介质损耗正切：tan2_d=epsr2_i/epsr2_r

 v

图2：变量定义

2.2：定义材料

在树型浏览器中，双击“Media”节点，弹出“Create dielectric medium”对话框：

在“Dielectric modelling”标签中:

Relative permittivity: epsr1_r

Dielectric loss tangent: tan1_d

在“Magnetic modeling”标签中：

Definition method: Frequency independent

Relative permeability: ur1_r

Magnetic loss tangent: tan1_u

Label：diel_1

点击“Add”;

 

图3：定义介质材料diel_1

在“Dielectric modelling”标签中:

Relative permittivity: epsr2_r

Dielectric loss tangent: tan2_d

在“Magnetic modeling”标签中：

Definition method: Non magnetic

Label：diel_2

点击“Create”;

 

图4：定义介质材料diel_2

2.3：定义几个关键点（Named points）

在左侧树型浏览器中，选中“Definitions”节点，点击鼠标右键，选择“Add point”，弹出“Add Point”对话框：

Name: p1

X: lam * sin(angle*pi/180/2)

Y: 0

Z: 0

点击“Create”；

Name: p2

X:0

Y: lam * cos(angle*pi/180/2)

 

Z: 0

Name: p3

把光标定在Point区域，按住键盘的Ctrl+shift键不放，点击已经定义的p1点，然后把X的值改成负值：

X: -p1.x

Y: p1.y

Z: p1.z

点击“Create”

 

 

 

图5：定义三个关键点p1,p2,p3

2.4：模型建立：

模型建立：点击菜单“Construct”，选择“Line”，弹出“Create line”对话框：

在“Geometry”标签：

把光标定在“Start point”区域，按住键盘的“Ctrl+Shift”键不放，鼠标点击p1关键点，光标自动下移到“End point”区域，鼠标点击p2关键点；

Label：Line1

点击“Add”

 

图6：定义关键点p1与p2直线

把光标定在“Start point”区域，按住键盘的“Ctrl+Shift”键不放，在3D视图中，鼠标点击圆心位置（会自动拾取到原心坐标值），光标自动下移到“End point”区域，鼠标点击p2关键点；

Label：Line2

点击“Add”

 

图7：定义关键点原点与p2直线

把光标定在“Start point”区域，按住键盘的“Ctrl+Shift”键不放，在3D视图中，鼠标点击Line1线段的中点坐标值，光标自动下移到“End point”区域，鼠标点击p3关键点；

Label：Line3

点击“Create”

 

图8：定义Line1的中点与p3直线

在左侧树型浏览器中，展开“Geometry”节点，选中新生成模型中的“Line2”和“Line3”，点击鼠标右键，选择“Apply->Union”，新生成的模型名称为“Union1”。

在左侧树型浏览器中，选中“Definitions”节点，点击鼠标右键，选择“Add point”，弹出“Add Point”对话框：

Name: p4

把光标定在“Point”区域，同时按住键盘的“Ctrl+Shift”键盘不放，鼠标点击Line2与Line3的交点坐标值；

点击“Create”；

 

图9：关键点P4

在左侧树型浏览器中，展开“Geometry”节点中，同时选中所有的模型：Line1，Line2和Line3，点击鼠标右键，选择“delete”，删除所有已定义的线模型；

进入“Construct”菜单，点击“Polygon”，弹出“Create polygon”对话框：

把光标定在“Corner1”区域；同时按住键盘的“Ctrl+shift”键不放，依次点击P1,p4,p2；

Label：Polygon1；

点击“Add”；

 

图10：创建多边形面Polygon1

把光标定在“Corner1”区域，同时按住键盘的“Ctrl+shift”键不放，依次点击P1,p3,p4；

Label：Polygon2；

点击“Add”；

 

 

图11：创建多边形面Polygon2

把光标定在“Corner1”区域，同时按住键盘的“Ctrl+shift”键不放，依次点击P3,p2,p4；

Label：Polygon3；

点击“Create”；

 

图12：创建多边形面Polygon3

在左侧树型浏览器中，展开“Geometry”节点，同时选择已创建的所有模型“Polygon1”，“Polygon2”，“Polygon3”，点击鼠标右键，选择“Apply->Union”，把新生成的模型更名为“base_face”；

选中模型“base_face”，点击鼠标右键，选择“Apply->Sweep”，弹出“Sweep geometry”对话框：

From: (U:0.0; V:0.0; N:0.0)

To: (U:0.0; V:0.0; N: lam)

点击“Create”；把新生成的模型更名为prism；

 

图13：把面base_face法向拉伸成体

选中模型“prism”，点击鼠标右键，选择“Transform->Translate”，弹出“Translate”对话框：

From: (U: 0; V: p4.y; N:0)

To: (U: 0; V: 0; N: -lam/2)

点击“OK”。

 

图14：把模型prism平移

选中模型“prism”，点击鼠标右键，选择“Transform->Rotate”，弹出“Rotate”对话框：

Origin: (U: 0; V: 0.0; N:0.0)

Axis direction : (U: 0; V: 0; N: 1)

Angle [degrees]：90

点击“OK”。

 

图15：把模型prism绕Z轴旋转90度

2.5：为模型赋材料属性：

在3D视图中，点选图16所示的体，点击鼠标右键，选择“Properties”，弹出“Region properties”对话框：

Region medium:

Medium: diel_1

点击“OK”按钮

 

图16：为左图中的黄色体部分赋材料diel_1

在3D视图中，点选图17所示的体，点击鼠标右键，选择“Properties”，弹出“Region properties”对话框：

Region medium:

Medium: diel_2

点击“OK”按钮

 

图17：为左图中的黄色体部分赋材料diel_2

2.6：电参数设置：

在左侧树型浏览器中，由“Construct”切换到“Configuration”：

工作频率设置：展开“Global”，双击“Frequency”，弹出“Solution frequency”对话框：

选择：Single frequency;

Frequency (Hz): freq

点击OK

激励设置：

在“Global”中，选中“Sources”点击鼠标右键选择“Plane Wave”，弹出“Add plane Wave excitation”对话框：

选择：Loop over multiple direction

Start: (Theta: 90, Phi: 0.0)

End：(Theta: 90, Phi: 360.0)

Increment: (Theta: 0.0; Phi: 1)

Polarisation angle(degrees): 0.0

Polarisation: Linear

Label: PlaneWave_VV

点击 “Create”按钮

 

图18：定义入射平面波

求解设置：在“Configuration specific”中，选中“Requests”点击鼠标右键选择“Far fields”，弹出“Request far fields”对话框：

修正选择：Calculate fields in plane wave incident direction

Label：ff_scattering

点击“Create”。

 

图19：远场方向图求解设置

2.7：网格划分：

点击菜单“Mesh->Create mesh”弹出“Create mesh”对话框，设置如下：

网格剖分方法Mesh size : Custom

三角形单元尺寸：Triangles edge length: lam/10

点击：Mesh 按钮生成网格。

 

图20：定义网格划分

2.8：提交计算：

进入菜单“Solve/Run”，点击“FEKO Solver”，提交计算。可以选择并行模式（有指导老师演示如何设置并行）。

2.9：后处理显示结果：

计算完成之后，点击“Solve/Run”菜单中的“PostFEKO”，启动后处理模块PostFEKO显示结果。

显示3D结果：

在“Home”菜单中，点击“Far field->ff_scattering”，在右侧控制面板中，勾选：dB；

 

 

图21:3D 单站RCS显示

显示2D结果：

在“Home”菜单，点击“Cartesian”，进入直角坐标系，点击“Far field->ff_scattering”，会在直角坐标系中直接显示theta=0度极化平面上的2D单站RCS，在右侧控制面板中：

可以看到并修改为：

勾选：dB

 

图22：垂直极化单站RCS

进入“Home”菜单，点击“Save project”，保存计算结果文件为：“composed_PEC_Mag_Diel_Prism_monoRCS_mom.pfs”。不要关闭Postfeko。

3.0：其他方法1（MoM+VEP法）：

在CadFEKO中，点击起始菜单的“Save as”按钮，另存为“composed_PEC_Mag_Diel_Prism_monoRCS_mom_VEP.cfx”.

3.0.1求解方法设置：

在3D视图中，点选图23所示的体，点击鼠标右键，选择“Properties”，弹出“Region properties”对话框：

进入“Solution”标签:

Solution method: MoM/MLFMM with volume equivalence principle(VEP)

点击“OK”按钮

 

图23：为左图中的黄色体部分设置求解方法-VEP

在3D视图中，点选图17所示的体，点击鼠标右键，选择“Properties”，弹出“Region properties”对话框：

进入“Solution”标签:

Solution method: MoM/MLFMM with volume equivalence principle (VEP)

点击“OK”按钮

 

 

图24：为左图中的黄色体部分设置求解方法-VEP

3.0.2网格生成：

点击菜单“Mesh->Create mesh”弹出“Create mesh”对话框，设置如下：

网格剖分方法Mesh size : Custom

三角形单元尺寸Triangles edge length: lam/10

四面体网格单元尺寸Tetrahedral edge length：lam/10

点击：Mesh 按钮生成网格。

 

 

图25：生成网格

3.0.3提交计算：

点击菜单“Solve/Run”，提交计算。

3.0.4后处理结果显示：

切换到已经打开的后处理界面，进入“Add model”图标按钮，读入“composed_PEC_Mag_Diel_Prism_monoRCS_mom_VEP.bof”；

在“Home”菜单中，点击“Far field”中新导入工程结果文件中的“ff_scattering”，在右侧面板中，修改设置如下：

同时选择所有的“Traces”

勾选：dB

 

图26 2D结果显示：MoM+Sep vs. MoM+VEP

保存并关闭postfeko。