在雷达散射截面(RCS)仿真领域,达索系统CST Studio Suite提供强大的工具支持,尤其是其I求解器和A求解器成为高效仿真的核心。I求解器通过快速多层多极子方法(MLFMM)处理电大问题,如天线罩和大型设备的RCS;而A求解器采用弹跳射线法(SBR),更适合电极大问题,如船舶和飞机的RCS仿真。借助CST的先进技术,用户可以更精准地完成复杂模型的仿真,提升设计与优化效率。
RCS仿真多使用I和A求解器,属于冷门求解器,该方法用户多使用FEKO,官方教程并没有任何介绍。
I求解器使用快速多层多极子方法,适合求解电大问题,如口径天线、天线罩、大型设备的天线布局和RCS,如汽车等;A求解器使用弹跳射线法,适合求解电极大问题,如船舶飞机RCS、室内Wifi分布等。
对于大中模型,I求解器需划分表面网格,除非是简化过模型,否则和F求解器一样,划分网格必报错(近期版本在兼容性方面已得到显著优化) ,往往只能采用CST内手动建模。对导入大中模型的天线布局建议使用T求解器,将网格密度设为1;而对极大模型,A求解器不须划分网格,外部导入模型可求解(和正交网格的T求解器一样),无须手动建模,适合进行RCS仿真,但天线布局仿真虽然可快速计算,但准确度低,推荐使用I和T。
I/F求解器:网格划分易报错,需手动建模
T/A求解器:不划分网格,可直接导入模型
单站RCS:入射波的发射与反射波的接收时在同一雷达站下,散射物体表现出的散射能力;
双站RCS:入射波的发射与反射波的接收分别在两个雷达站下,散射物体表现出的散射能力。
在仿真中,单站须设置平面或空间的扫描入射波,观察源方向反射的分布图;而双站为固定方向入射,观察平面或空间不同位置的反射结果。
在CST中,双站RCS直接设置平面波激励,添加远场监视器即可直接得到双站分布图;而单站需要求解器设置入射波扫描,远场监视器即可得到双站分布图结果,FEKO/HFSS的设置原理类似。
积分方程求解器对于大型电气模型特别感兴趣。计算区域的离散化减少到物体边界,从而产生一个比体积法具有更少未知数的线性方程组。为提高计算效率,对于大型电气模型,方程组通过多级快速多极法 (MLFMM)求解,对于直接求解器,系统矩阵是密集的,积分方程求解器可用于平面波激励、离散面端口、离散边缘端口、波导端口、远场源激励和 RSD 电流源以及它们的同步激励。求解器还可用于执行特征模式分析,支持电动边界和开放边界。电场、磁场和远场监测器以及表面电流监测器可以在积分方程求解器中设置。
●大型电气仿真
●快速单站 RCS 扫描(定义)
●散射参数矩阵(S 参数)
●电场、磁场和表面电流(监视器)
●远场和 RCS 计算(监视器)
●挡风玻璃天线仿真(局部多层概述)
●特征模式分析 (特征模式分析概述)
●近场源和远场源之间的天线耦合计算
渐近计算是基于射线追踪(发射和反弹射线,SBR)技术的频域分析。射线可以是独立的,也可以捆绑在所谓的射线管中。该求解器通常用于电尺寸较大的物体散射或天线放置计算,而其他 EM 求解方法很难处理这些物体。网格生成非常健壮,并且对 CAD 模型的质量非常不敏感。
请注意:求解器目前仅支持真空背景材料和开放边界条件。
●大型PEC、表面阻抗、完美吸收或薄介电类型结构的单站和双站散射计算
●使用近场源和远场源的大型电气结构的天线放置计算
●范围剖面和正弦图计算
●为成像应用提供非常高效的频率扫描能力
●远场和 RCS 的计算、RCS 地图和热点的可视化
●使用优化器或参数扫描进行结构设计
●使用 2D 平面上的场监视器和场探头(E-Field / H-Field)进行近场散射分析
●近场源和远场源之间的天线耦合计算
●视野分析、通道仿真
雷达散射截面 (RCS)用于衡量特定雷达目标的散射特性。
它由以下表达式计算:
并取决于入射波(极化、传播角、工作频率)和目标本身(几何形状、材料特性)。在此,辐照度表示每单位面积的输入功率。有两种类型的雷达散射截面:单站 RCS 和双站 RCS,它们在激发和探针方向的相对对准方面有所不同。对于单站 RCS,散射辐射的探测方向始终与入射激励平面波的传播方向一致,因此单站 RCS 的计算需要扫描激发平面波,每个记录的数据点都能够量化目标从相应方向激发平面波时发生反向散射的概率。对于双站 RCS,保持激发平面波方向不变,并探测所有其他方向散射的概率(不仅是反向散射),要计算双站 RCS,必须定义远场/RCS监视器以及固定平面波激励。
注意:双站RCS图中有一个数据点也代表单站 RCS:面向入射平面波方向的点。
RCS(m2):显示以平方米为单位缩放的雷达散射截面,项目长度单位平方也可用;
RCS(sw):显示以方形波长缩放的雷达散射截面。
I求解器:PEC球体的双站RCS直接使用平面波,加上远场求解器,可以得到整个方向上RCS,与天线方向图类似。
口径天线单站RCS
导入口径天线项目,切换到I求解器,删除波导端口和对称条件,添加默认平面波,设置单站扫描,求解:
船舶的RCS
船舶的ISAR
模型与RCS相同,求解器设置为ISAR,观察其ISAR平面图。
同天线布局一样,RCS也可以执行混合仿真,设置步骤与前者类似,通常I作为源,A作为平台,调整圆球位置,建立混合仿真任务。
可修改各项参数
但是,天线布局中即使天线尺寸相比设备再小,作为激励源也是决定合成方向图的主要因素,而RCS为全环境照射,细小特征对总方向图影响不大,多数情况不必混合求解。
通过CST Studio Suite的I求解器和A求解器,用户能够高效处理各类 RCS仿真任务,从大型天线布局到船舶飞机的RCS分析,实现精准建模与快速计算,简化复杂模型流程,提升电磁仿真效率。慧舟软件致力于为企业提供电磁天线仿真解决方案,赋能客户高效解决复杂电磁问题,提供专业技术支持与定制化服务,助力企业实现技术突破与业务增长,让仿真更具洞察力与竞争力!
-END-