基于CST軟件的專用仿真平臺的開發(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)絡優(yōu)化、饋電網(wǎng)絡優(yōu)化、完整天線計算等步驟，同時提供交互控制方式，允許用戶導入或是輸入各種指標對天線陣的結構進行控制，最后在CST微波工作室中全自動生成設計好的縫隙陣天線的機械加工圖。缺省設置下獲得的天線陣的3D結構視圖如圖3所示。

圖3SPSAD平臺自動設計生成的平板縫隙天線

圖4SPSAD平臺生成的天線的計算結果

SPSAD設計平臺還將自動調用CST微波工作室對整過天線進行仿真計算，以便與設計指標相對比，對天線的設計進行最后的驗證，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際經(jīng)驗為一體的，具有相當實用價值的工程設計平臺，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(guī)范了設計流程，最終提高了設計的一致性和質量。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模塊是同濟大學現(xiàn)代集成電磁仿真研發(fā)中心（MIEMS）與東南大學毫米波國家重點實驗室共同開發(fā)的精確RCS仿真模塊。東南大學擁有多層快速多極子內(nèi)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進行全自動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題,電尺寸可達上百個甚至數(shù)百個波長。

FastRCS采用核外存儲技術，僅遠場作用使用內(nèi)存，近場矩陣通過外存儲技術放在硬盤上,在不影響矩陣向量積計算效率的前提下，大幅度節(jié)省了內(nèi)存。采用DILU預條件技術大大節(jié)省了內(nèi)存，而且不需要參數(shù)的調試和優(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，近場矩陣元素的計算采用Hermite插值技術，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MLFMM求解器，相比而言，F(xiàn)astRCS模塊在求解單站RCS時具有相對的優(yōu)勢。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，仿真結束后直接將計算結果輸出到CST的主視圖中，用戶可以在主視圖中更直觀地觀察到RCS的計算結果。FastRCS模塊的啟動界面友好，輸入方便，界面啟動后如圖5所示，在頻率為9GHz時計算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(shù)據(jù)，從結果來看三者吻合得很好。FastRCS模塊的內(nèi)存使用效率高、計算時間短。

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。該模塊的成功開發(fā)提供了一個將大學豐富的理論成果轉化成商業(yè)化軟件的思路。同時也是探索一條開發(fā)我國自主知識產(chǎn)權商業(yè)化電磁仿真軟件的途徑，有利于推動產(chǎn)學研一體化的發(fā)展。