基于CST軟件的專(zhuān)用仿真平臺的開(kāi)發(fā)

按照界面的提示輸入需要的設計指標后，SPSAD模塊將依次自動(dòng)完成矩形陣面初步設計、特制外形修正設計、饋電縫隙計算、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(xiàn)計算等步驟，同時(shí)提供交互控制方式，允許用戶(hù)導入或是輸入各種指標對天線(xiàn)陣的結構進(jìn)行控制，最后在CST微波工作室中全自動(dòng)生成設計好的縫隙陣天線(xiàn)的機械加工圖。缺省設置下獲得的天線(xiàn)陣的3D結構視圖如圖3所示。

圖3SPSAD平臺自動(dòng)設計生成的平板縫隙天線(xiàn)

圖4SPSAD平臺生成的天線(xiàn)的計算結果

SPSAD設計平臺還將自動(dòng)調用CST微波工作室對整過(guò)天線(xiàn)進(jìn)行仿真計算，以便與設計指標相對比，對天線(xiàn)的設計進(jìn)行最后的驗證，并可以輸出結果到指定的地方。圖3所示天線(xiàn)的仿真結果如圖4所示。

SPSAD設計平臺是一款集多年理論研究和實(shí)際經(jīng)驗為一體的，具有相當實(shí)用價(jià)值的工程設計平臺，它大大提高了工作效率，縮短了設計周期，降低了設計誤差，規范了設計流程，最終提高了設計的一致性和質(zhì)量。該仿真平臺具有一定的通用性，如設計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模塊是同濟大學(xué)現代集成電磁仿真研發(fā)中心（MIEMS）與東南大學(xué)毫米波國家重點(diǎn)實(shí)驗室共同開(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核的知識產(chǎn)權，我中心擁有其他知識產(chǎn)權。

FastRCS是嵌入CSTMICROWAVESTUDIO(MWS)中的快速RCS仿真模塊，能夠對任意三維金屬結構的單站及雙站RCS進(jìn)行全自動(dòng)快速仿真并顯示仿真結果。其核心求解器采用多層快速多極子算法(MLFMA),能在普通PC機或工作站上求解電大尺寸完純導體結構的散射問(wèn)題,電尺寸可達上百個(gè)甚至數百個(gè)波長(cháng)。

FastRCS采用核外存儲技術(shù)，僅遠場(chǎng)作用使用內存，近場(chǎng)矩陣通過(guò)外存儲技術(shù)放在硬盤(pán)上,在不影響矩陣向量積計算效率的前提下，大幅度節省了內存。采用DILU預條件技術(shù)大大節省了內存，而且不需要參數的調試和優(yōu)化。吸收了目前較新和穩定的迭代求解算法，用戶(hù)可在實(shí)踐中選擇針對性強，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框架下充分擴大了掃頻寬度。

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

FastRCS模塊提供可視化的界面輸出，仿真結束后直接將計算結果輸出到CST的主視圖中，用戶(hù)可以在主視圖中更直觀(guān)地觀(guān)察到RCS的計算結果。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)計算NASA文章給出的DoubleOgive的網(wǎng)格視圖如圖6所示，其仿真結果如圖7所示。

圖5CSTFastRCS模塊界面

圖6DoubleOgive的網(wǎng)格視圖

圖7DoubleOgive計算結果f=9GHz

圖中CSTBuiltin標注是CST自身的多層快速多極子仿真所得結果，CSTFastRCS標注是FastRCS模塊的仿真結果，NASA標注是NASA文章中給出的數據，從結果來(lái)看三者吻合得很好。FastRCS模塊的內存使用效率高、計算時(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)我國自主知識產(chǎn)權商業(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。