萌新笔记——CST（一）
正文
基于CST-FEKO的电大尺寸复杂阵列天线+电大尺寸载体的一体化仿真的途径大致如下：1）使用CST进行天线单元的设计与仿真；2）利用CST的阵列天线仿真模块，建模阵列天线并进行仿真；3）以阵列天线波束指向角为参量，进行波束扫描仿真，并保存过程文件；4）在CST中导出所有扫描角状态下的近场数据；5）按照FEKO近场数据格式，对CST近场数据进行修改；6）FEKO调用修改后的近场数据，进行近场+电大尺寸载体的电性能仿真。
STEP1
天线单元设计与仿真，可以直接在CST进行设计和优化，亦可以在HFSS开展设计与优化，并将优化后的模型导入CST。
按照天线单元原本的材料属性，完成材料设置、工作频率、边界条件、监视器等，便可以进行天线单元的仿真。
天线单元的方向图性能以及匹配性能满足要求，即可开展阵列建模工作。
STEP2
1）在Hone-Simulation Project中选择ArrayTask:
2）在shape中选择阵列排布的形式，CST提供Diamond（菱形）、Hexagon（六边形）、Circle（圆形）、Ellipse（椭圆形）等多种排布形式的选择，在Element in X（或Y）中设定X（或Y）方向单元数量，在Spacing in X（或Y）设定单元在X（或Y）方向间距。此外，CST支持导入.TSV格式文件进行天线阵列自定义排布：
3）在Array视图中，CST支持将任意天线单元设置为Active（有模型，有激励）、Passive（有模型、无激励）、Empty（无模型、无激励）：
4）在Array视图中，设置相控阵天线激励模式，CST支持Uniform（一致分布）、Binomial（二项式分布）、Cosine（余弦分布）、Chebyshev（切比雪夫分布）、Taylor（泰勒分布）以及User Difined（自定义分布）。这属于天线分析与综合方面的内容，想要进步了解的可以参考阵列天线相关内容：
通常使用Taylor分布进行综合设计，Relative Sidelobe level （旁瓣电平）设置为-30dB（按实际要求），在Amplitude View 可以查看设置后各个单元激励的幅度。在Array视图中单击Creation Full Simulation Project，自动完成全尺寸大规模相控阵快速建模；
5）在全尺寸仿真模型中，通过设置PAA_FA_SCANOHI（方位面扫描角）和PAA_FA_SCANTHETA（俯仰面扫描角）两个参变量，可以改变相控阵的扫描角度，CST自动改变每个天线单元的相位。在Simulation视图中，单击Field Monitor，选择E-Field和H-Field分别添加电场和磁场监视器，并通过X_min、X_max、Z_Pos等设置确定场监视器的观察范围：（补充仿真结果，图片完善）
STEP3
设置参数扫描，以PAA_FA_SCANTHETA为变量进行扫描。即可以仿真不同泊位的方向图。
扫参结束后，可以对比查看每一个波位一维仿真结果（如方向图曲线、S参数等）。使用结果浏览框，可以选定任意扫参下的方向图一维计算结果进行查看。
对于2D/3D近场数据，则只保存最后一个状态的仿真结果。
后续需要提取每一个波位的近场数据，用以与目标载体一体化仿真，因此，可以在计算设置中，勾选“store resault data in cache”，即可保存每一个波位的所有仿真数据。
在“SP—>阵列名称—>结果—>Cache”，可以查看每一个扫参的过程文件，可以打开相应文件，将对应波位下的近场数据（电场/磁场）结果导出。
该方法可以提取每一个波位的近场数据，但是内存占用会非常大，需要对仿真后数据进行及时清理。
另外需要说明：文件退出再次进入后，会发现只有单元模型，此时阵列模型可以通过单元文件中Schematic，双击左侧模型树里的Tasks—>Array，打开相应的阵列文件。
STEP4
近场仿真结果导出：Post-Processing—>Export—>Plot Data，按照采样点间隔的要求，导出口径上电场/磁场的仿真结果。
导出的近场数据如图所示，基本格式为：采样点坐标+采样点三分量实部/虚部数据。其与FEKO所需要的近场数据形式基本一致。所不同的就是FEKO近场数据包含了数据说明的头文件以及具体数据的格式略有差异，稍加改动即可。
STEP5
按照FEKO近场文件的格式要求，使用简单的代码，对CST导出的近场数据（电场、磁场）进行格式调整。
clc;clear all;
%% 数据读取
path='E:\0_桌面文档\shiyan\patch\SP\hfe.txt'; %近场数据位置
fid=fopen(path,'r');
% 平移量
tx = -47;
ty = -31.8;
tz = 0;
% 平移变换矩阵
T = [1 0 0 tx; 0 1 0 ty; 0 0 1 tz; 0 0 0 1];
for t=1:2 %跳过开头文件说明
Emag=fgetl(fid);
end
formatspace='%f %f %f %f %f %f %f %f %f ';
a=fscanf(fid,formatspace); %数据读取
a=reshape(a,[9,length(a)/9]); %调整维度
b=[a(1:3,:);ones(1,length(a))]; %将口径平移至相应位置
b=T*b;
a(1:3,:)=0.001*b(1:3,:);
%% 调整格式
fileID=fopen('nearfield.hfe','w'); %新建近场文件，存放调整完格式的数据
fprintf(fileID,'%9.8E %9.8E %9.8E %9.8E %9.8E %9.8E %9.8E %9.8E %9.8E\n ',a); %按格式要求，将数据写入近场文件
fclose all; %关闭所有文件
按照工作频率、采样点数目等信息，将近场数据的抬头说明部分补全。
STEP6
将格式修改后的近场源数据，通过如下步骤导入FEKO，即可开展等效源的性能仿真。
基于导出的近场数据，使用FEKO计算的远场方向图与CST中天线全波仿真结果进行对比，可以发现：基本趋势以及主波束增益大小基本一致，但是由于近场口径不是一个封闭的曲面，因此总有漏波，两个之间在细节方面（尤其是大角度方向图）还是有所差异。
将电大载体导入FEKO，即可开展“近场等效源+电大载体”的一体化仿真，本案列受限于个人计算机的“算力”，仅以简单球作为载体，作为示意，仿真结果如下。
总结
本文基于CST-FEKO联合仿真策略，介绍了复杂结构阵列天线+电大尺寸目标的一体化仿真方法，同时作为CST学习的萌新笔记，据此介绍CST学习资源和学习策略。
文章来源电磁CAEer
