25 喇叭馈电大尺寸反射镜
关键词 波导管 喇叭 反射器 PO 孔点源 球模式源 等效源 去藕 远场 用波导管端口激励的圆柱喇叭被用于激励一个频率为12.5Ghz的抛物面反射器。反射器与喇叭天线分离很远而且电尺寸很大（直径为36个波长）。模型如下图25-1。这个模型为了阐述某些feko中为了减少大尺寸模型需要的资源而提供的技术。
图25-1圆喇叭和抛物线反射器
弄清楚如何解决和近似这个问题来减少所需资源是很重要的。某些技术可以用来减少资源的需求如下：
? 对于大尺度模型运用快速多层多极子（MLFMM）代替矩量法。运用快速多层多极
子能够减少相当多的内存。（快速多层多极子的求解可以参照章节25.4的求解结论。）
? 物理光学法（PO）可以用于替代计算部分模型。用PO方法代替MOM计算将进
一步减小资源的需求。
? 分解问题并且运用等效源。可行的等效源如下：
—孔点源：运用等效原理，在区域边界上，用等效的电磁场源代替这个区域。 —球模式源：远场认为是外加源。 25.1 MOM喇叭和PO反射器
先前的例子建立了喇叭和盘。喇叭使用MOM方法模拟而盘反射器用PO方法模拟。
? freq = 12.5e9 (工作频率) ? lam = c0/freq (自由空间波长) ? lam_w = 0.0293 (波导波长) ? h_a = 0.51*lam (波导半径)
? h_b0 = 0.65*lam (椎口孔底半径) ? h_b = lam (椎口孔上方半径) ? h_l = 3.05*lam (椎口孔长度)
? phase_centre = -2.6821e-3 (喇叭相位中心) ? R = 18*lam (反射器半径) ? F = 25*lam (反射器焦点长度)
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? w_l = 2*lam w (波导管长度)
建立喇叭步骤如下：
? 沿z轴建立cylinder，基本中心为（0，0，-w_l-h_l），半径为h_a，高度为w_l，标记
为the cylinder waveguide。
? 建立cone，基本中心为（0,0,-h_l)，基本半径为h_b0，高度h_l，上表面半径为h_b，
标记为the cone flare。
? 合并Union两部分，然后simplify合并后的结果，重新命名为the new part to horn. ? 设置喇叭区域为free space ? 删除喇叭末端的面
? 旋转Rotate喇叭90，可以使喇叭中心沿着x轴，然后把喇叭沿着x轴移动Translate距离phase_centre。 ? 在waveguide的末端，设置local mesh大小为lam/12，在同一面上建立一个波导端口。 ? 在波导端口上加载波导激励（激励基本模式-用默认设置） ? ? ? ?
喇叭建立后，下一步建立抛物线反射器。
建立paraboloid 在点 (0,0,F) 半径 radius R ，深度 depth -F. 标记 Label 为the parabeloid reflector。
更改反射器表面属性face properties 用PO 方法求解。 设定反射器local mesh大小为lam/6.
用在主菜单中Solution settings中solutions option选the High frequency表中激活MOM和PO的去藕the MoM和PO选项。
0? 设置磁对称面（z?0）和电对称面（y?0） 计算要求
建立垂直远场增量为0.25（?900???900,??00） 剖分信息
? Edge length: lam/8.
? Segment length: 不适合。用默认值。
? Wire segment radius: 不适合。用默认值。
储存文档并运行求解器。注意这是一个大尺寸的模拟需要一定的时间完成。被建立的模型在剩余的例子当中被称为原始（―original‖）模型。 25.2 孔激励和PO反射器
现在这一模型通过单独模拟喇叭而进一步精简。计算一系列喇叭附近的远场点然后把它当作反射器的源点。
建立模型
此模型是利用上一个模型存为另一个新名字然后再做出一些改动。首先我们从原始模型中删除碟然后建立一个只包含喇叭的模型。计算近场的点存为一个文件。再次打开原始模型，存为另一个名字。这次将喇叭删掉然后给碟加一个激励。
建立只包含喇叭的模型具体步骤如下： 打开原始模型存为一个新名字
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0? 移除这个模型的所有剖分 ? 移除模型中的反射器
建立一个球面近场原点在(w_l,0,0),半径为1.3*w_l，10???175，50???3550，
00?和?的增量为50。确认在近场要求对话框中的高级表导出为ASCII文件—也就是存储近
电场为一个*.efe文件，存储近磁场为一个*.hfe文件。
剖分已经被建立无需更改。存储文件然后运行求解器。一旦模拟结束，包含反射器的模型就可以建立了。
建立包含反射器和等效孔点源的模型具体步骤如下：
? 打开原始模型存为一个新名字 ? 移除模型所有剖分 ? 移除波导管激励和端口
? 建立一个新孔激励。运用局部坐标系统，设置坐标系的位置为(w_l,0,0)。在
Sourcegroup box中键入*.efe和*.efe的名字。坐标系坐标系是球面坐标系半
径为1.3*w_l，?和?的点数分别为18个和36个。
计算要求
在原始模型中，在没有建立远场计算要求之前没有任何计算要求，移除它们储存并运行求解器。
25.3球面激励和PO反射器
与利用孔激励模型相似，球面模型激励也能够先仅用喇叭计算出来然后作为对反射器的激励。和孔激励相比它运用近场值而球激励模式用远场值。 建立模型
此模型是利用上一个模型存为另一个新名字然后再做出一些改动。首先我们从原始模型中删除碟然后建立一个只包含喇叭的模型。计算远场的点和球面模式系数存为一个文件。再次打开原始模型，存为另一个名字。这次将喇叭删掉然后给碟加一个激励。
建立只包含喇叭的模型具体步骤如下：
? 打开原始模型存为一个新名字 ? 移除这个模型的所有剖分 ? 移除模型中的反射器
00建立一个全二维远场0???180，0???360，?和?的增量为5。确认在远
000场要求表中的高级表，计算球面扩展模式系数为20工作方式。也要输出球面扩展系数到ASCII文件，包含球面模式系数的TICRA.sph文件。
剖分已经被建立无需更改。存储文件然后运行求解器。一旦模拟结束，包含反射器的模型就可以建立了。
剖分已经建立无需改变。存储文件然后运行求解器。一旦模拟完成，包含反射器的模型就可以建立了。
建立包含反射器和等效孔点源的模型具体步骤如下：
? 打开原始模型存为一个新名字 ? 移除模型所有剖分 ? 移除波导管激励和端口
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? 移除模型中喇叭部分
? 在原文件中建立一个新球面模型。在模拟前选择建立*.sph
计算要求
在原始模型中，在没有建立远场计算要求之前没有任何计算要求，移除它们储存并运行求解器。 25.4比较结果
在表25-1中列出了计算所需的资源（内存和CPU时间）。很清楚利用近似可以使资源要求降低。我们还可以看出解决这个问题利用MLFMM方法至少要求5Gb内存和多于2个小时的计算时间。对反射器利用PO近似方法可以是内存减小到190MB求解时间减小到33分钟。
利用分解问题甚至可以进一步减小所需资源的要求。运用孔点源球面源大概需要求解喇叭本身大小的内存145MB。所有对于孔点源求解时间是大约18分钟，而球面模式源需要大约13分钟。
表25-1 对于大尺寸模型运用不同技术资源的对比。
在图25-2和25-3中分别表示了在结果中的不同。我们可以看出这是一个结果的很好的比较，但是随着求解时间的减小，精度也随之减小。在结论中的不同的原因是MLFMM求解的时候将喇叭与反射器的耦合考虑了进去。孔点源的求解精度能够随着近场点数的增加而增加。（但这也需要增加求解的时间）。
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图25-2：180度角运用不同的技术计算反射器天线的增益
图25-3：主要波瓣运用不同的技术计算反射器天线的增益
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