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[转载]ESA与IDS联合在ADF软件中推出腔体电磁兼容模块

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0楼发表于: 2011-06-17 13:47:55

ESA与IDS联合在ADF软件中推出腔体电磁兼容模块

电磁卫星分析工具



项目目标
电磁卫星分析工具（ESAT）项目目的是开发一个软件工具，来分析在通信模组的载荷在电磁场中的辐射承受度。将考虑，RF单元的泄漏和外部天线产生的电磁场，通过卫星结构上的孔隙穿透进通信模组内部。
该工具集成在一个独特的仿真建模分析环境（ADF-EMS）中，两种数值求解器，分别基于超大腔体理论（OCT）和综合函数展开（SFX）方法。
一个通信载荷中继器的输入输出链路间的动态范围能高达120dB
该项目的焦点是开发并验证用于评估通信模组（CM）内电磁环境的建模分析方法，考虑到来自CM内部的高功率RF单元的泄漏，和产生自载荷天线的散逸场通过卫星体的孔隙穿透进入模组内部。
开发的建模仿真代码已经被集成到新发布的CAE平台ADF-EMS（天线设计平台-电磁卫星）中，这样就为用户提供了可控的GUI和工程化的工作流程。
在该项目的最近阶段，该工具已通过在模型和最终实际案例研究上的测试的验证。

特性
该项目已经完成，开发了工作流程和CAD工具面向业界用户，实现了上述数值模型和其他一些已有的程序。
CAE工具ADF-EMS被选中作为软件平台来加入这些新的功能。
采用OCT用于实际工作场景分析，一个主要的问题是复杂度太高，即，数据量大（腔体、面板、孔隙），还有它们之间的拓扑关系复杂。这个困难已经解决，我们设计了如下的驱动GUI：
• 每个输入数据都有简单而且直觉性的定义；
• 用高层系统视图来综合地识别所有涉及到的部件及它们间的关系（即，腔体互连、哪些发射器在哪些腔体内，等等）。
特别地，采用了分层的建模分析方法：

并且采用了很“自然的”树状结构来表示，并由此进入OCT模型的主GUI。树中的每个节点代表一个物体和它的树层，并且是分层结构的。

一个卫星由此被建模成一些互连的腔体，腔体由导体或吸波面板构成。一些孔隙可以在面板上打开，这样就将太空飞行器连接到外部世界或互连两个内部腔体。每个腔体能包含设备，发射机和/或接收机，也可以考虑吸收设备。

项目计划
项目活动分成3个主要阶段：
阶段1：检查需求，分析感兴趣的场景，评估算法、方法、工作流程等。
阶段2：开发建模分析方法和工具，并进行验证。
阶段3：软件环境和工作流程的开发；评估表述配置环境。

关键项
该项目有双重目标：开发有效的数值方法来评估通信模组内的电磁环境，以及实现工作流程将方法集成到一个CAD平台中。
这些事情面临的关键考虑有：
•    对建模仿真方法在“低频和临近谐振”区域的改进，此时腔体尺寸小于或可以与波长比拟。
•    开发适合高频区域的数值方法，此时腔体的电尺寸很大。应当注意的是，对于任何“标准”的仿真方法，对所感兴趣的电磁现象进行建模仿真都非常有挑战性。全波数值方法，例如矩量法、时域有限差分方法和有限元法，在碰到硬件资源不足以支撑计算能力时，都立刻失效了。相反地，渐进方法通常用于准光学区的散射评估，完全不可能来对内部环境的谐振效应建模仿真。在该项目合同范围内，我们选择了超大腔体理论（OCT）方法。
•    为数值方法开发工作流程，并在一个工业仿真环境中实现。

能带来的主要益处
该工具能提供下列益处：
•    通过将综合函数展开（SFX）方法集成到已有的基于矩量法的商业代码中，增强了分析低频区域问题的数值计算能力；
•    针对高频区域问题的分析，扩展并增强了超大腔体理论（OCT）方法；
•    将数值方法及工作流程集成在一个商用建模仿真环境（ADF）中。
该项目最终的成果是对ADF平台的数值技术进行了升级，适合于分析和验证在太空飞行器的通信模组内部发生的辐射发射（RE）和辐射敏感度（RS）。
由于具备了OCT方法、易于使用的工作流程、以及集成在一个独特的建模仿真环境之中，这些特性是独一无二的能力，在其他商用软件中没有实现。

当前状态（2010年10月28日）
该项目已经全部完成，预期的效果都已经成功实现。
特别要强调的是已经获得了下列成果：
1. 在IDS矩量法代码IDSMMMP中实现了一种新的名叫综合函数展开（SFX）的方法，并被证实可用于典型的RE/RS问题中；
2. 一种基于超大腔体理论（OCT）方法的数值代码已经实现，并集成到了IDS的平台中，即，ADF中；
3. 针对孔隙建模仿真的数值和解析方法被用于与OCT联合使用，已经被开发并集成到ADF中；
4. 设计并实现了一个模型，代表着卫星平台，在其壁上具有一些不同形状和尺寸的孔隙；
5. 开展了全面详尽的实验，目的是验证建模仿真算法和流程，在评估卫星平台内部由于外部辐射天线或内部发射单元（例如高功率单元）产生的场时的正确性。


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