【正文】 析，天線作為飛機(jī)上最直接的射頻能量發(fā)射和接收裝置，是電磁干擾和受擾的最直接載體；機(jī)身、機(jī)艙及若干關(guān)鍵電纜為有害電磁能量提供了干擾途徑。綜合而言，現(xiàn)代雷達(dá)需要在時(shí)域、空域、譜域進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)，達(dá)到探測(cè)與隱身的目的。隨著新軍事技術(shù)變革的發(fā)展，武器裝備已經(jīng)完成了從機(jī)械化向信息化的跨越，目前正在向智能化的方向推進(jìn)。同樣的結(jié)構(gòu)，在不同的頻率上，輸入不同的信號(hào)，具有不同EMI特性；另外，同樣幅度的干擾信號(hào)，用于不同的結(jié)構(gòu)上，對(duì)不同的器件，會(huì)產(chǎn)生不同的EMC結(jié)果；同時(shí)，對(duì)于我們目前的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，還要進(jìn)行電路的時(shí)域和頻域仿真，研究輻射干擾的幅度和傳導(dǎo)干擾的幅度，用于進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì)，驗(yàn)證EMC設(shè)計(jì)措施的有效性，因此，對(duì)于EMI/EMC設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，電路和電磁場(chǎng)仿真都是必須的。如果說(shuō)之前由于計(jì)算機(jī)硬件資源的限制，大部分應(yīng)用還停留在第一個(gè)層次的仿真，那么隨著超級(jí)計(jì)算機(jī)和集群機(jī)的普及，隨著快速算法日益成熟，第二、第三個(gè)層次的仿真越來(lái)越受到重視。由于這種形變通常非常微小且不規(guī)則，和在結(jié)構(gòu)和電磁仿真工具之間傳遞模型產(chǎn)生的誤差幾乎在同一量級(jí)，采用傳統(tǒng)的仿真方法無(wú)法精確的對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行預(yù)估。將多物理相互制約因素納入數(shù)字化樣機(jī)研發(fā)的考慮范疇，使得數(shù)字化樣機(jī)更加逼真。天線共址時(shí)的電磁干擾評(píng)估、帶復(fù)雜材料涂覆的飛機(jī)的RCS計(jì)算、功率和熱管理、或關(guān)鍵任務(wù)系統(tǒng)中的嵌入式驗(yàn)證軟件、以及如影隨形的電磁、熱和流體間相互作用等，ANSYS公司的研發(fā)愿景同航空航天和國(guó)防工業(yè)的需求始終保持著高度的一致。智能蒙皮技術(shù)是指，在飛機(jī)設(shè)計(jì)和制造期間就將天線、傳感器、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、信號(hào)和信息處理機(jī)、射頻電纜、電力電纜、電控制電纜和溫控設(shè)備嵌入飛機(jī)蒙皮內(nèi)。集成的模擬、數(shù)字、聲、磁、電磁、光電和機(jī)械電路系統(tǒng)將在未來(lái)的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。關(guān)鍵技術(shù)包括：光技術(shù)、全頻譜高分辨率傳感器技術(shù)、片級(jí)集成技術(shù)、智能蒙皮技術(shù)等。馬丁公司研制的X47海軍型無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)，在攜帶900千克載荷執(zhí)行攻擊任務(wù)時(shí)，作戰(zhàn)半徑可達(dá)2400千米以上，飛行高度12200米，自部署距離為64358045千米。該機(jī)實(shí)用升限20500米，活動(dòng)半徑5560千米，是目前世界上無(wú)人機(jī)中最大的一種，內(nèi)裝一臺(tái)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。在綜合集成方面，無(wú)人機(jī)本身就是飛行器、各類傳感器、武器、發(fā)射與回收裝置、通信系統(tǒng)、指控系統(tǒng)的融合體。無(wú)人機(jī)電磁仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)解決方案[鍵入文檔副標(biāo)題]2016/1/25目錄無(wú)人機(jī)電磁仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)解決方案 41. 無(wú)人機(jī)的現(xiàn)狀與未來(lái)發(fā)展 4 工程仿真的重要角色 6 電磁、結(jié)構(gòu)、流體的多物理場(chǎng)仿真 6. 機(jī)載雷達(dá)同無(wú)人機(jī)的一體化設(shè)計(jì)仿真 10 整機(jī)電磁兼容設(shè)計(jì) 12 整機(jī)天線布局設(shè)計(jì) 12 整機(jī)天線布局仿真需求 12 ANSYS針對(duì)整機(jī)天線布局的功能特點(diǎn) 12 整機(jī)天線布局仿真實(shí)例 13 系統(tǒng)級(jí)射頻干擾仿真平臺(tái)EMIT 15 多系統(tǒng)共址的射頻干擾冗余度計(jì)算 16 機(jī)載射頻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 綜合射頻系統(tǒng)仿真 20 雷達(dá)系統(tǒng)仿真 21 通信系統(tǒng)仿真 22. 無(wú)人機(jī)的隱身設(shè)計(jì) 23 復(fù)雜飛行器的外形隱身設(shè)計(jì)與RCS仿真 24 介質(zhì)涂覆材料的隱身設(shè)計(jì)及仿真 24 復(fù)合材料的隱身特性仿真 25 天線（陣）的RCS仿真 26 天線罩的RCS仿真 27 FSS與天線罩的RCS計(jì)算 27 縮減RCS設(shè)計(jì)與超寬帶RCS 28 雷電防護(hù) 29 雷電防護(hù)技術(shù)背景 29 雷電防護(hù)仿真需求 29 雷電防護(hù)仿真實(shí)例 30 多物理場(chǎng)耦合分析仿真實(shí)例 347. ANSYS 電磁仿真軟件簡(jiǎn)介 38 ANSYS HFSS 高頻三維電磁場(chǎng)分析軟件 38 ANSYS Q3D Extractor 三維模型寄生參數(shù)抽取軟件 39 Ansoft Designer 電路 ? 系統(tǒng) ? 電磁場(chǎng) 綜合設(shè)計(jì)環(huán)境 39 EMIT系統(tǒng)級(jí)射頻干擾仿真平臺(tái) 40 ANSYS SIwave應(yīng)用于 PCB 板、BGA 封裝的SI、PI、EMI 分析軟件 41 ANSYS Maxwell 二維/ 三維電磁場(chǎng)分析軟件 42 ANSYS Simplorer 用于機(jī)電系統(tǒng)的電路和系統(tǒng)仿真工具 42 ANSYS RMxprt 旋轉(zhuǎn)電機(jī)設(shè)計(jì)專家 43 ANSYS PExprt變壓器，電感輔助設(shè)計(jì)工具 44 ANSYS Optimetrics 44 DesignXplorer 多目標(biāo)優(yōu)化工具 45 HPC Option 高性能計(jì)算選項(xiàng) 46 ECAD Translators ( AnsoftLinks ) 46 MCAD Translators ( AnsoftLinks ) 47無(wú)人機(jī)電磁仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)解決方案1. 無(wú)人機(jī)的現(xiàn)狀與未來(lái)發(fā)展無(wú)人機(jī)（UAV）先后經(jīng)歷了無(wú)人靶機(jī)、預(yù)編程序控制無(wú)人偵察機(jī)、指令遙控?zé)o人偵察機(jī)和復(fù)合控制多用途無(wú)人機(jī)等發(fā)展階段，目前已經(jīng)發(fā)展到了無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)系統(tǒng)（UAS）。除在目前的已知應(yīng)用領(lǐng)域，無(wú)人機(jī)的任務(wù)設(shè)置還將深入進(jìn)攻、生化探測(cè)、反地雷、戰(zhàn)區(qū)導(dǎo)彈防御、電子戰(zhàn)和信息戰(zhàn)等各個(gè)領(lǐng)域。主要設(shè)備有：對(duì)地搜索雷達(dá)、光電探測(cè)系統(tǒng)、紅外探測(cè)系統(tǒng)、威脅報(bào)警系統(tǒng)和雷達(dá)干擾箔條投放系統(tǒng)。機(jī)上裝有探測(cè)／地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)指示雷達(dá)，探測(cè)距離可達(dá)96千米。其中全頻譜高分辨率傳感器技術(shù)是指未來(lái)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)必須具備很強(qiáng)的目標(biāo)探測(cè)能力，這就對(duì)雷達(dá)、集成紅外（IR）焦平面陣列、紫外（UV）焦平面陣列、低溫慣導(dǎo)、激光雷達(dá)和微波探測(cè)儀等的傳感器在分辨率、精度、覆蓋范圍和實(shí)時(shí)性等方面提出了更高的要求。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)概念中，飛機(jī)蒙皮是一種滿足氣動(dòng)外形、強(qiáng)度和剛度要求的構(gòu)造結(jié)構(gòu)，當(dāng)需要在飛行器上安裝天線和傳感器時(shí)，就在飛機(jī)蒙皮上鑿孔，這種安裝方法會(huì)帶來(lái)不必要的結(jié)構(gòu)、氣動(dòng)力、溫度和費(fèi)用損失問(wèn)題。此時(shí)，某些結(jié)構(gòu)表面對(duì)各種射頻信號(hào)來(lái)說(shuō)應(yīng)該是透明的，或者具有可控屬性以方便信號(hào)發(fā)射和接收。這也是該行業(yè)的客戶對(duì)ANSYS的仿真技術(shù)信任長(zhǎng)達(dá)40多年的根本原因。完備、全面、精確地仿真真實(shí)的物理世界。ANSYS提供的多物理場(chǎng)仿真解決方案從這類特殊的多物理場(chǎng)耦合的問(wèn)題入手，對(duì)唯一的數(shù)學(xué)模型采用不同物理域的仿真技術(shù)進(jìn)行仿真，形變后的網(wǎng)格可在不同仿真器之間自動(dòng)交互，全面解決了計(jì)算精度和效率的問(wèn)題，進(jìn)而延伸成為涉及多個(gè)物理場(chǎng)仿真的工程問(wèn)題的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)解決方案。在無(wú)人機(jī)的設(shè)計(jì)中，這三個(gè)層次的任務(wù)都存在。圖16. 板載模塊模型圖17. 單片級(jí)仿真 對(duì)于系統(tǒng)級(jí)的仿真，同樣需要電磁場(chǎng)、電路仿真協(xié)同，如圖14所示，陣列天線、饋電網(wǎng)絡(luò)與有源器件協(xié)同仿真，可以充分考慮各種因素對(duì)天線方向特性的影響，極大縮短項(xiàng)目設(shè)計(jì)周期，提高研發(fā)效率。雷達(dá)在當(dāng)前和下一個(gè)階段的主要發(fā)展方向是功能性增強(qiáng)，這個(gè)功能包括探測(cè)與隱身兩方面內(nèi)容：1）探測(cè)功能增強(qiáng)是指探測(cè)距離增加、識(shí)別概率增高、低空探測(cè)能力提高。由于無(wú)人機(jī)執(zhí)行任務(wù)的特殊性，特別是智能蒙皮技術(shù)的發(fā)展，機(jī)載雷達(dá)往往需要與機(jī)體進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，這就是說(shuō)，必須在雷達(dá)樣機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)考慮其他電子系統(tǒng)以及平臺(tái)對(duì)機(jī)載雷達(dá)的影響。因此合理有效地完成天線布局設(shè)計(jì)是整個(gè)平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功與否的最重要的環(huán)節(jié)之一。AnsoftLinks模塊可導(dǎo)入外部CAD數(shù)據(jù)模型，省卻大型復(fù)雜模型的建模工作量。4) 在天線系統(tǒng)預(yù)布局時(shí)即可通過(guò)對(duì)虛擬原型仿真得到整個(gè)運(yùn)載平臺(tái)和天線系統(tǒng)的綜合電磁特性，得到天線工作時(shí)飛機(jī)周圍及機(jī)艙內(nèi)的電磁場(chǎng)環(huán)境分布，實(shí)現(xiàn)快速、精確的天線布局設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)。通過(guò)顏色直觀地顯示天線之間的互耦強(qiáng)度，藍(lán)色區(qū)域表示互耦小于－60dB，橘紅色區(qū)域的互耦在－16dB左右。ANSYS公司的EMIT軟件提供豐富的Tx/Rx（發(fā)射機(jī)/接收機(jī)）模型參數(shù)、天線參數(shù)、射頻器件模型參數(shù)等，可利用豐富的模型庫(kù)組成復(fù)雜且完善的多個(gè)收發(fā)系統(tǒng)。借助于EMIT豐富的通道、器件模型庫(kù)可以方便快速地建立多系統(tǒng)共存原理圖。圖28. 1對(duì)1收發(fā)系統(tǒng)射頻干擾仿真EMIT還可以仿真當(dāng)多個(gè)發(fā)射系統(tǒng)同時(shí)工作時(shí)，在多個(gè)收發(fā)通道之間產(chǎn)生的有源互調(diào)交調(diào)產(chǎn)物，主要來(lái)源于兩個(gè)方面?？梢愿淖兪瞻l(fā)系統(tǒng)中各器件的非線性參數(shù)或者收發(fā)耦合量，就可以在矩陣圖中實(shí)時(shí)觀察到對(duì)接收靈敏度的改變。為了克服獨(dú)立射頻系統(tǒng)的缺點(diǎn)，目前的機(jī)載射頻系統(tǒng)往往使用綜合射頻系統(tǒng)，采用公共射頻口徑，寬頻帶的接收機(jī)，在盡可能接近天線的地方采用A/D轉(zhuǎn)換完成信號(hào)的數(shù)字化，從而統(tǒng)一考慮雷達(dá)，通信，電子對(duì)抗和導(dǎo)航四個(gè)方面。ANSYS軟件可以實(shí)現(xiàn)電路和電磁場(chǎng)和協(xié)同仿真，通過(guò)控制射頻電路的輻射和相位，從而動(dòng)態(tài)的改變天線陣列的波束情況，實(shí)現(xiàn)多波束多頻帶掃描，并且可以分析射頻電路的不一致性導(dǎo)致的天線波束的變化。LFM雷達(dá)仿真框圖和天線接收到的波形經(jīng)過(guò)信號(hào)處理后得到兩個(gè)目標(biāo)回波 射頻通道帶寬的增加導(dǎo)致更多噪聲 上述例子描述了一個(gè)典型的線性調(diào)頻（LFM）雷達(dá)所接收到的真實(shí)回波信號(hào)，包含混疊在一起的兩個(gè)目標(biāo)回波以及背景雜波，可以看到射頻通道的帶寬的增加會(huì)導(dǎo)致底噪顯著抬升。ANSYS提供了多種通信系統(tǒng)的接收機(jī)的模型，能夠方便的改變MPSK調(diào)制通信系統(tǒng) 進(jìn)入放大器的頻譜 放大器輸出的頻譜 誤碼率和輸入功率的關(guān)系 從ANSYS軟件的仿真結(jié)果可以看到放大器的非線性會(huì)導(dǎo)致顯著的相鄰信道功率泄漏，從而影響誤碼率的指標(biāo)，從而可以幫助設(shè)計(jì)人員改進(jìn)前端射頻功率控制算法和電路，以提高通信系統(tǒng)性能。仿真技術(shù)是目標(biāo)特性研究的主要手段，目前國(guó)內(nèi)外在仿真的計(jì)算方法、建模技術(shù)、以及工程實(shí)際應(yīng)用方面出現(xiàn)了若干研究熱點(diǎn)，如特殊結(jié)構(gòu)、特殊材料的目標(biāo)特性研究、天線陣和天線罩RCS的研究、RCS的時(shí)域瞬態(tài)研究等。HFSS軟件具有方便的薄層模擬功能，能方便的仿真此類涂覆材料問(wèn)題，可有效解決涂覆吸波材料的問(wèn)題。HFSS軟件具有強(qiáng)大的基于函數(shù)的建模功能，基于主從邊界的單元法適合模擬此類材料問(wèn)題。所以天線和天線陣列以及天線罩在整機(jī)隱身設(shè)計(jì)中地位居首。天線陣由于還要考慮單元間的互耦，因此模式項(xiàng)散射更為嚴(yán)重。因此， HFSS可以在保證精度的情況下，高效的求解多層介質(zhì)薄層結(jié)構(gòu)，極大地降低了天線罩仿真的運(yùn)算量。如下圖為耶路撒冷十字型FSS結(jié)