在使用镜面反射系统（抛物面镜）的高频技术中进行计算时，总会出现始终寻找天线（FCA）相位中心的任务，因为 只有当天线（称为馈电，馈电，馈电喇叭）处于聚焦状态并且具有呈球面形式的波的相位超前并且该球面的中心处于反射镜的焦点时，镜子才能正确操作。 无论有任何偏差，无论是相前球面的形状还是PCA相对于反射镜焦点的位移，反射镜系统的效率都会降低，因为其辐射方向会扭曲。
尽管FCA搜索的主题甚至在日常生活中都非常重要，因为除了传统的卫星电视天线之外，用于WiFi，WiMAX和蜂窝通信（UMTS / 3G，LTE / 4G）的抛物面天线也很广泛-但是，该主题在文献和用户中很少涉及将相位图与通常的辐射图混淆。
在有关计算机仿真程序的视频中，有时可以找到有关如何寻找FCA的实用说明，但通常甚至没有对我们要寻找的东西和得到的东西的最少解释。
因此，为了弥补这一空白，我们将写一篇简短的文章，并附上一些实际的例子。
相位辐射图是天线发射的电磁场的相位与角坐标的依赖关系。
（A.P. Pudovkin，Yu.N. Panasyuk，A.A. Ivankov-
天线理论的基础 ）
由于场E和H的向量在天线的远端区域中同相，因此相位束与天线发射的电磁场的电磁分量同等相关。
相位模式由希腊字母Psi表示：
r =
Ψ（θ，φ） ，r =常数。
如果在r = const时Ψ（θ，φ）= const，则这意味着天线以球形形式形成波的相位前。
坐标系原点所在的球体的中心称为天线（FCA）的相位中心。
天线的相位中心是可以放置单个球面波发射器的点，相对于所创建场的相位，该点等效于所讨论的天线系统。
（Drabkin A.L.，Zuzenko V.L.
天线馈线设备 ）
FCA并没有全部天线。 对于具有相位中心和多瓣振幅波束且它们之间有明显零点的天线，相邻瓣中的场相位相差π（180°）。
说明了同一天线的幅度和相位辐射图之间的关系
在实际天线中，通常将相位中心视为在辐射方向图主瓣的有限角度内。 相位中心的位置取决于所用信号的频率，天线的辐射/接收方向，其极化和其他因素。 一些天线在常规意义上不具有相位中心。
在最简单的情况下，例如，对于抛物面天线，相位中心与抛物面的焦点重合，可以从几何考虑因素确定。 在更复杂的情况下，例如喇叭天线，相位中心的位置不明显，需要进行适当的测量。
相位中心的现场测量非常耗时（尤其是在宽频带中）。
在电磁场的CAD模拟器中，计算FCA是一项非常简单的任务，但仍需要进行一些手动操作，因为 它是通过蛮力执行的，并且需要对我们将要蛮力执行的功能进行较小的初始设置。
为了进行实际计算，我们使用了Inverto制造商Black Ultra系列的Ku波段真实抛物线辐射器-LNB。
此Feeder具有此表格（在部分中）
一个豌豆大小的球-这将是FCA，但我们仍然不知道这一点，我们的任务是找到它的位置。
在示例中，我们将使用以下输入：
-计算频率11538.5 MHz（波长25.982毫米）
-线性水平极化（在Y轴上）
-天线本身沿X轴指向，即 主辐射方向θ= 90，φ= 0
Ansys HFSS中传统远场参数的计算给出了这种3D和2D辐射图
电场强度的瞬时值（伏/米）（电场），取决于相位
整体电场强度（波浪> 1转）
无论是在满量程测量中还是在CAD模拟中，远场（Far-Field）的所有此类参数都是在无限球体-Infinite Sphere上计算的。 将测试天线或其计算机模型放置在此类球体的中心，并且测量探针沿此类球体的周长移动，并测量EM波的幅度，极化（组件之一的幅度）和相位。 探头可以固定固定并旋转被测天线。
主要的是：
-距离始终相同（即恰好是测量范围）
-球的半径足够大，以致仅在电场E和磁场H的矢量同相的空间区域进行测量，即 由于天线金属导体中的电荷载流子或带电的介电分子，没有一种成分占主导地位，并且没有相移（无反应性）。
在
Ansys HFSS中，要执行远场测量，必须创建至少一个无限大的球体：辐射->插入远场设置->无限大球体
φ和θ始终可以在0到360之间指定，但是为了节省计算时间，有时将研究角度限制在某个范围内是合理的。 如果指定1度的步幅，则整个球体将占据360 * 360 = 129,600个设计点，而以0.1度的步幅将近1300万。要创建3D / 2D辐射方向图报告，通常2-3度的步幅就足够了（在一个步骤中有14400个设计点3度）。 步骤1度或以下，仅用于切片分析是有意义的
在“坐标系”选项卡中，每个球体必定有其自己的坐标中心。 默认情况下，始终存在全局项目坐标中心[0，0，0]。 如果需要，可以添加任意数量的其他相对坐标。 可以相对于全局坐标中心或相对于用户定义的值来分配模型几何的元素和用户定义的球体“无限球”。 我们将在下面使用它。
在上方电场的动画中可以看到波的发散相前。 电磁波形成同心圆，类似于废弃石头上水的圆。 相中心是投掷此类石头的点。 可以看出他的位置在烟嘴的某处，但是他的确切位置并不明显。
PCA搜索方法基于以下事实：我们查看无限远球表面上的电场矢量（其相位）的方向。
为了演示，我们将在半径为4 lambda的球体上创建2个带有E场矢量的动画（这不是无限球体，但是对于更好的图片比例，这样的半径就足够了）。
在第一个动画中，球的中心正好位于FCA中
在第二个动画中，中心位于投影点0、0、0（向前看，比PCA落后25.06毫米）
在第一个球体的表面（它是曲线，而不是平面）上，可以看到向量同步移动。 它们的幅度（大小）不同，因为天线底部在中心处具有最大值（高达14.4 dBi），该最大值在±20°的角度逐渐衰减2倍（-3 dB）。
我们对颜色/长度不感兴趣，但对向量的方向感兴趣。 使它们全部同步移动（同相）。
在第一个动画中，所有矢量都同步移动，就像球在左右旋转一样。
在第二个动画中，矢量不是同步的，有些已经改变了运动方向，有些还没有改变。 该球体的表面不断经受表面张力/变形。
第一个领域位于FCA中，第二个领域不在FCA中。
使用此方法搜索PCA的任务是以较小的步长移动（蛮力）无限球，直到该球中我们感兴趣的区域（我们仅对主辐射波瓣感兴趣）中的相位扩展变得最小（理想情况下为零）。
但是，在继续进行暴力破解之前，我们先来看一下如何在HFSS中显示HF相。
在远场“结果->创建远场报告”的报告中，我们可以显示传统的矩形图（矩形图）或二维圆图（辐射图），其中在一个轴（例如X）上我们导出角坐标的依赖关系（例如θ），并且沿着Y轴，这些角度θ处的相位值。
我们需要的报告是rE-“辐射E场”。
对于无限球体上的每个角度[φ，θ]，计算电场的复数（矢量）。
在构建通常的振幅图（辐射方向图，辐射功率在方向上的分布）时，我们对该场的振幅（mag）感兴趣，可以通过mag（rE）或立即使用更方便的变量Gain（功率相对于激励端口的功率和相对于功率的给定）获得。各向同性的发射器）。
在构造相位DN时，我们对复数的虚部（矢量相位）的极性表示法（以度为单位）感兴趣。 为此，请使用数学函数ang_deg（angle_in_degrees）或cang_deg（accumulated_ angle_in_degrees）
对于LNA Inverto Black Ultra天线，具有水平激发极化（rEY）的XZ平面（φ= 0）中的相位方向图具有以下形式
角度Theta = 90是向前辐射，Theta = 0向上，Theta = 180向下。
Ang_deg值从-180到+180不等，181°的角度是-179°的角度，因此该图形在穿过±180°的点时具有锯齿的形状。
如果相位变化的方向恒定，
则会累积
cang_deg值。 如果相位最多旋转了3次（越过180°6次），则累加值达到1070°。
正如本文开头所写，天线的相位和幅度模式通常相互连接。 在相邻的振幅波瓣（光束）中，相位相差180°。
我们将相位（红色/浅绿色）和幅度（紫色）DN的图相互叠加
如书中所写，幅度DN上的驼峰明显遵循相位断裂。
我们仅对主辐射波瓣内特定空间的相位前锋感兴趣（其余波瓣仍闪过抛物面镜）。
因此，我们仅将图形限制在90±45°（45-135°）的范围内。
在图中添加标记MIN（m1）和MAX（m2），它们显示了所研究扇区中最大的相位扩展。
此外，我们添加了数学函数pk2pk（），该函数自动在整个图表上寻找最小值和最大值并显示出差异。
在上图中，差异m2-m1 = pk2pk = 3.839°
找到FCA的任务是一步步移动无限球，直到函数pk2pk（cang_deg（rE））的值最小。
要移动无限球体，您需要创建另一个附加坐标系：
Modeler->坐标系->创建->相对CS->偏移因为我们显然知道对于对称的号角，PCA将位于X轴上（Z = Y = 0），所以对于Z和Y我们将设置为0，并且仅沿X轴移动，为此我们将变量Pos赋值为初始值0毫米）
要使暴力过程自动化，请创建优化任务。
Optimetrics-> Add-> Parametric ，并将Pos可变螺距设置为1 mm，范围从0到100 mm
在选项卡“
计算->设置计算 ”中，我们选择报告类型“远场”和函数pk2pk（cang_deg（rEY））。 在“范围功能”按钮中，指定-45至+45度的范围（或其他有趣的范围）
运行
ParametricSetup1-> Analyze 。
计算速度足够快，因为 所有远场计算均为后处理，不需要重新求解模型。
计算完成后，单击
ParametricSetup1-> View analysis results 。
我们在X = 25mm的距离处看到一个清晰的最小值
为了获得更高的精度，我们以0.01 mm的步长在25.0-25.1 mm的范围内编辑参数分析
我们在X = 25.06 mm处获得清晰的最小值
为了直观地评估FCA在模型中的位置，可以绘制球体（非模型）或点。
在这里X = 25.06 mm，放置2个球体（半径为2和4λ）
动画是一样的
这是点X = 25.06时飞机和豌豆的较大特写
人们普遍认为，在HFSS（以及其他程序，例如CST）中，将3D绘图应用于天线几何时，该绘图会自动放置在PCA中。
不幸的是事实并非如此。 3D图形始终叠加在为此图形设置“无限球体”时使用的坐标系的中心。 如果使用默认的全局坐标系[0，0，0]，则3D图将放置在0,0,0（即使天线本身很远）。
要组合图形，在3D绘图设置中，需要选择“无限球体”（创建另一个），并在我们手动找到的PCA处为其设置“相对CS”。
应当注意的是，这样的覆盖仅对正在研究的扇区（例如，波束的主波束）才是正确的，在FC的旁瓣和后瓣中，它可以在其他位置或非球形。
另请注意，“无限球体”设置与“辐射边界”边界条件无关。 Rad层可以定义为矩形，圆锥，圆柱，球，旋转椭球，并根据需要移动其位置，形状和旋转。 无限球的位置和形状不会改变。 它始终是半径（足够大）且以给定坐标系为中心的球体（球）。
用于研究的模型文件LNB_InvertoBlackUltra.aedt可在以下
网址获得：
https ：//goo.gl/RzuWxW（Google云端硬盘）。 需要使用Ansys Electronics Desktop v19或更高版本才能打开文件（不少于2018.1）