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CST 软件:球体 RCS 计算 - 金属球的单站 RCS

作者:思茂信息
  • 2025-02-25
    广东
  • 本文字数:1544 字

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CST软件:球体RCS计算 - 金属球的单站RCS

用金属球算 RCS 雷达散射截面可谓 RCS 的入门案例,本期用 T 和 I 两个求解器算单站 RCS 进行比较。

Step 1. RCS 模板,T-solver,

频率 0-5GHz,然后建模,半径 10.16cm,可以算出来电尺寸在 5GHz 大概为三个波长,所以时域求解器 ok,模板也推荐 IE 求解器,所以我们两个都做比较一下。

然后检查 plane wave 平面波已经被模板自动定义好。

参数 alpha,theta 和 phi 也都自动定义好。Alpha 是控制平面波的电场极化方向,0 就是 x 方向,90 就是 y 方向,这里我们用 90,就是电场沿 y 轴方向。Theta 和 Phi 是平面波的入射方向,和远场的方向图坐标定义一致。



平面波从 Z+方向射入,也就是 theta=0 和 phi=0 的方向。然后定义远场的一个 rcs 探针,位置在 Z=55cm 处,在仿真计算域之外,入射平面波的背后,来看正面反射的 RCS。

根据极化方向,可定义 YZ 平面为磁对称,XZ 电对称。

然后时域就可以跑了,下图为结果,我们选择看探针的 Y 方向,因为其他方向没有反射。可见纵轴横轴都还没归一化。如果让 2*pi*r/lamda=10,算出 lamda 大概是 6.4cm,对应频率为 4.7GHz,也就是说我们看的 0-5GHz 是为了只看瑞利散射和米氏散射区域,所以 4.7GHz 以下看不到平稳 RCS 值很正常。

Step 2.接下来提高精度,还是 T-solver。

加密网格。由于我们关心的是 3-5GHz 的准确性,这里自适应网格就靠这段频率的 RCS 值了。先加个后处理,计算这段频率 RCS 值的积分。

然后自适应网格处选这个值,收敛标准为 0.01.

然后仿真,可见探针的 RCS 在 4 次加密之后变得更稳定了。

Step 3.  下面换成 I-solver。

后处理都删掉,求解器算 70 个频点,然后用 Monostatic RCS sweep,就是单站 RCS 扫描入射角,当然我们就看一个角度和 T-solver 比较就好。

在 properties 里面定义极化方向和 RCS 观察角度,单站的观察角和入射角一样。上面 Incident field settings 添加极化方向,这里用电场沿着 Phi 方向也就是 X 轴方向。下面的 Observation angle sweeps 添加观察角度,T 指 Theta,P 指 Phi,都是 0 表示就看 Z 方向的一个点,和 T-solver 探针一样。

上个远场坐标系方便理解。这里的设置会自动替代或者说控制平面波的三个参数,alpha, theta 和 phi。所以时域中要看多个单站的 RCS 需要参数扫描。

然后就用默认设置仿真就行,仿真结束会看到一系列的远场,每个都是单点 RCS 数据,所以数据量不大,仿真也快。这些名称里的 theta 和 phi 就是我们的观察角。

这里就需要远场后处理来提取每个频点的 RCS 数据,选则 broadband, 1D Cartesian, singledirection, Theta=0, Phi=0; plot type 选 RCS (squaremeters), polarization 选 Phi。

Evaluate 之后就得到 RCS 的结果了,看着和 T-solver 结果一样,但是想放在一起比较还需要一点技巧。



Step 4,  数据类型转换。

要想把两个结果放在一起,如果类型一样,复制粘贴到一个文件夹就行,可惜 RCS 这里不太一样。之前 T-solver 探针的 RCS 结果是 1DC,一维复数,这里 I-solver 扫频的 RCS 结果是每个频点提取的,是 1D,一维实数。后处理可以把实数复化:

然后就可以放一起比较幅度:

可见 T 和 I 两个求解器对于点小尺寸的 RCS 都可以算得很准,时间也很快,普通笔记本 1 分钟而已。当然也可以用同样的后处理把复数实化,反正 phase 是零。

然后也可以放一起比较幅度:

最后要注意的是,两个实数的结果幅度(dB)放在一起没问题,但是两个复数的结果放在一起,除了幅度(dB),就有其他的格式展示了,比如 linear 和 real/imaginary,同学可能会发现其他格式的两个结果就不一样了。

 

这是因为,RCS 值虽然和功率或电场强度无关,但是计算 RCS 的过程中会用到功率,所以探针是通过散射入射功率比来算 RCS,线性值和 dB 值的转换关系为 10log,而实数(dB)复化是用一般公式 20log。所以 dB 值一样的时候,线性值不一定一样,要小心哈。


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