一种基于FEKO软件对阵列天线优化设计的方法与流程

一种基于feko软件对阵列天线优化设计的方法
技术领域
1.本发明涉及通信技术，尤其涉及一种基于feko软件对阵列天线优化设计的方法。


背景技术：

2.天线阵列是许多相同的单个天线按一定规律排列组成的天线系统。天线单元的形状、尺寸，单元之间的排列方式、天线单元之间的间距、是否有反射背板等因素，都会影响天线系统的性能，比如增益、方向图失真度等。某些天线阵列的设计，还要求阵列的雷达散射截面符合一定的要求。
3.传统的天线阵列设计步骤主要包含两个步骤：天线单元设计和方向图综合。在天线单元设计的过程中一般需要手动调整参数。在单元组阵时，单元的参数有时还需要再调整。这种设计方法一般会耗费大量的人力，设计周期也比较长。
4.feko软件是基于矩量法的求解电磁场问题的通用软件。采用feko数值仿真法，在计算机上完成数值仿真计算过程，通过这种数值仿真，可以快速得到极其复杂的电磁模型的性能指标。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于feko软件对阵列天线优化设计的方法。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于feko软件对阵列天线优化设计的方法，包括以下步骤：
7.1)根据天线阵列的设计要求确定天线阵列设计中天线单元的形状选择，确定天线单元的尺寸范围，天线单元的排列方式选择范围，并将天线单元的尺寸和天线单元的位置参数化；
8.2)根据feko对.pre模型文件的格式要求，编写天线阵列的.pre模型文件；所述天线阵列的.pre模型文件中包括天线阵列的相关参数初始值设置：天线单元的尺寸和位置参数、激励端口、材料属性、频率、激励源、输入功率；
9.3)根据天线阵列的.pre模型文件将天线阵列的模型参数和性能指标输入至粒子群优化程序，输入包括：参数的数量；.pre文件中参数的变量名；参数的取值范围；天线阵列的增益设计要求指标；天线阵列的方向图失真度设计要求指标；天线阵列的雷达散射截面设计要求指标；
10.将步骤1)中得到的天线单元的形状选择，确定天线单元的尺寸范围，天线单元的排列方式选择范围作为约束输入粒子群优化程序；
11.4)粒子群优化程序根据feko仿真得到的性能指标与目标性能指标进行比对后，对输入的天线阵列参数进行优化，并输出优化后的天线阵列参数；
12.5)利用步骤3)中的粒子群优化程序根据feko计算输出的优化后的天线阵列特性参数，迭代修改.pre文件里的模型的参数，并使用迭代后最新的.pre文件模型参数调用
runfeko求解器完成对天线阵列模型的网格剖分以及仿真模拟，并得到天线阵列的指标，包括阵列增益，方向图不圆度，雷达散射截面；
13.6)反复调用步骤4)至步骤5)，直至以下任一条件被满足：根据feko仿真得到的性能指标符合设计指标或粒子群优化程序已经运行了指定的次数；
14.7)将粒子群优化程序输出的天线阵列设计指标的天线阵列参数值作为天线设计的依据进行天线阵列设计。
15.本发明产生的有益效果是：
16.本发明利用feko软件对阵列天线进行仿真模拟，对比传统的天线阵列设计方法，能够显著降低天线设计方法的复杂度，提高设计效率。
附图说明
17.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
18.图1是本发明实施例的方法流程图。
具体实施方式
19.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
20.如图1所示，一种基于feko软件对阵列天线优化设计的方法，包括以下步骤：
21.1)根据天线阵列的设计要求确定天线阵列设计中天线单元的形状选择，确定天线单元的尺寸范围，天线单元的排列方式选择范围，并将天线单元的尺寸和天线单元的位置参数化；
22.确定天线单元的基本形状和大致尺寸范围，以及可选的排列方式作为后续优化的约束范围；
23.2)根据feko对.pre模型文件的格式要求，编写天线阵列的.pre模型文件；所述天线阵列的.pre模型文件中包括天线阵列的相关参数初始值设置：天线单元的尺寸和位置参数、激励端口、材料属性、频率、激励源、输入功率；各个参数用相应的变量命名；
24.3)根据天线阵列的.pre模型文件将天线阵列的模型参数和性能指标输入至粒子群优化程序，输入包括：参数的数量；.pre文件中参数的变量名；参数的取值范围；天线阵列的增益设计要求指标；天线阵列的方向图失真度设计要求指标；天线阵列的雷达散射截面设计要求指标；
25.将步骤1)中得到的天线单元的形状选择，确定天线单元的尺寸范围，天线单元的排列方式选择范围作为约束输入粒子群优化程序；
26.4)粒子群优化程序根据feko仿真得到的性能指标与目标性能指标进行比对后，对输入的天线阵列参数进行优化，并输出优化后的天线阵列参数；
27.5)利用步骤3)中的粒子群优化程序根据feko计算输出的优化后的天线阵列特性参数，迭代修改.pre文件里的模型的参数，并使用迭代后最新的.pre文件模型参数调用runfeko求解器完成对天线阵列模型的网格剖分以及仿真模拟，并得到天线阵列的指标，包括阵列增益，方向图不圆度，雷达散射截面；
28.其中python调用runfeko方法如下：
29.runresult＝subprocess.check_output([“c:\program files\feko\runfeko.exe”,“array.pre”,'-np','10'])
[0030]
这里
”‑
np”表示runfeko以并行方式运行，启动10个进程同时计算，加快求解速度。
[0031]
python修改.pre文件的参数的方法如下：
[0032][0033][0034]
python获取runfeko运行结果中的增益、方向图失真度和雷达散射截面的方法如下：
[0035][0036][0037]
6)反复调用步骤4)至步骤5)，直至以下任一条件被满足：根据feko仿真得到的性能指标符合设计指标或粒子群优化程序已经运行了指定的次数；
[0038]
7)将粒子群优化程序输出的天线阵列设计指标的天线阵列参数值作为天线设计的依据进行天线阵列设计。
[0039]
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。


技术特征：
1.一种基于feko软件对阵列天线优化设计的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据天线阵列的设计要求确定天线阵列设计中天线单元的形状选择，确定天线单元的尺寸范围，天线单元的排列方式选择范围，并将天线单元的尺寸和天线单元的位置参数化；2)根据feko对.pre模型文件的格式要求，编写天线阵列的.pre模型文件；3)根据天线阵列的.pre模型文件将天线阵列的模型参数和性能指标输入至粒子群优化程序，输入包括：参数的数量；.pre文件中参数的变量名；参数的取值范围；天线阵列的增益设计要求指标；天线阵列的方向图失真度设计要求指标；天线阵列的雷达散射截面设计要求指标；将步骤1)中得到的天线单元的形状选择，确定天线单元的尺寸范围，天线单元的排列方式选择范围作为约束输入粒子群优化程序；4)粒子群优化程序根据feko仿真得到的性能指标与目标性能指标进行比对后，对输入的天线阵列参数进行优化，并输出优化后的天线阵列参数；5)利用步骤3)中的粒子群优化程序根据feko计算输出的优化后的天线阵列特性参数，迭代修改.pre文件里的模型的参数，并使用迭代后最新的.pre文件模型参数调用runfeko求解器完成对天线阵列模型的网格剖分以及仿真模拟，并得到天线阵列的指标，包括阵列增益，方向图不圆度，雷达散射截面；6)反复调用步骤4)至步骤5)，直至以下任一条件被满足：根据feko仿真得到的性能指标符合设计指标或粒子群优化程序已经运行了指定的次数；7)将粒子群优化程序输出的天线阵列设计指标的天线阵列参数值作为天线设计的依据进行天线阵列设计。2.根据权利要求1所述的基于feko软件对阵列天线优化设计的方法，其特征在于，所述步骤2)中所述天线阵列的.pre模型文件中包括天线阵列的相关参数初始值设置：天线单元的尺寸和位置参数、激励端口、材料属性、频率、激励源、输入功率。

技术总结
本发明公开了一种基于FEKO软件对阵列天线优化设计的方法，包括：根据天线阵列的设计要求确定天线阵列设计中天线单元的形状选择，确定天线单元的尺寸范围，天线单元的排列方式选择范围；编写天线阵列的.pre模型文件；将天线阵列的模型参数和性能指标输入至粒子群优化程序；粒子群优化程序根据FEKO仿真得到的性能指标与目标性能指标进行比对后，对输入的天线阵列参数进行优化，并输出优化后的天线阵列参数；迭代修改.pre文件里的模型的参数，得到天线阵列的指标；将粒子群优化程序输出的天线阵列设计指标的天线阵列参数值作为天线设计的依据进行天线阵列设计。本发明利用FEKO软件对阵列天线进行仿真模拟，能够显著降低天线设计的复杂度，提高设计效率。提高设计效率。提高设计效率。


技术研发人员：陈鑫 赵晓楠 余寅 郭政业 雷宜安
受保护的技术使用者：中国舰船研究设计中心
技术研发日：2022.11.02
技术公布日：2023/2/3