XGTD 应用案例

 

设施，车辆，各种航空器或船舰的体积相对于天线和信号波长可能大数十倍以上，这一类的物体在分析中通称为电大尺寸平台，由于体型庞大，用有限元(FEM)等方法做仿真会需要非常大量的硬件资源以及极长的时间，因而无法在合理的时间以及资源成本范围内得到结果，更遑论透过仿真去做设计修正，所以我们需要一个更有效率的数学物理方法和工具来克服这个问题。

 

• 长约50米翼展约40米的波音757客机，是典型的电大尺寸平台，在信号频率较高的时候，有限元等方法进行全机仿真会非常困难。

运用射线跟踪算法的XGTD可以高效的克服飞行器，船舰，汽车等电大尺寸平台在进行高频电磁仿真时由于网格等因素需要巨大的计算资源和时间的问题 ，再加上支持 GPU 加速计算 XGTD 可以在合理经济的计算资源和时间范围内获得仿真结果。

功能上XGTD经常用于评估电大尺寸平台之于天线辐射场型的影响， 预测在电大尺寸平台上的天线耦合现象，计算雷达截面积 (RCS) 也可以将仿真场景建立成接近实际作量测或实验的电波暗室以得到更逼真的结果 ，或是用来设计和改善电波暗室 。

实务上，XGTD的用户可以先从在软件中建立或导入飞机等动力机械的CAD模型开始，几何模型建立后设置材料并作有必要的调整。 XGTD可以处理形状复杂使用大量的表面建立的模型，不会硬性的限制几何模型表面(surface)的数量，用户有很大的自由度来决定模型的精细度。

• 导入包括太阳能板在内的人造卫星CAD模型

导入或建立模型之后，用户可以对构成模型表面的材料做必要调整，设置信号波形，决定频率，相位差等参数，接着建立或导入要使用的天线，厘清场景中要如何配置信号源以及观测物理量，将信号源和观测点以TX/RX的形态搭

配波形和天线设置在场景中以完成场景设计。

场景设计完成之后，用户可以进一步考虑场景的特性和对输出的需求，在Study area页面设置要使用的传播模型，反射次数等寻径条件，以及需要得到的仿真输出，也可以进一步的设置远场输出以获得 RCS和三维的增益场型图。

 

实务应用 :

• 各种大型动力机械，船舶，航空器的共址分析

从十米内的小艇到数百米长的大型货轮，各种不同功能的船舰是典型的电大尺寸平台，船舶经常会搭载多种不同用途的雷达以及许多通讯天线，因此会需要就天线配置，耦合，阴影效应等问题做分析，用常见的有限元等方法作电磁分析分析需要巨大的硬件资源与极长的计算时间，同时还需要大幅简化模型，

对精确度有消极影响。

XGTD采用射线跟踪，UTD，PO等数学物理法，可以在合理的硬件资源和时间范围内对形状复杂且体型庞大的物体进行仿真分析并得到精确的结果。

 

• 波音客机机身通讯模块的共址分析，透过视觉化传播路径来了解耦合现象

 

 

• 航空器的阴影效应分析

 

各种载具由于体积庞大产生阴影效应(shadowing effect)，影响设置于在上面的天 线，使性能和理想情况有差异，XGTD能结合阴影效应以及多径效应的影响，精确求出天线实际辐射场型，并运用于Wireless Insite等下一阶段的仿真分析，上图的航空器(全球之鹰无人机)以及宇航器(人造卫星)都是很好的应用案例，用户可以透过XGTD迅速的求得受到平台本身的体型影响的实际辐射场型，而运用FEM等方法进行这种全机仿真经常会由于消耗的硬件资源过大而导致不可行。

 

• 雷达截面(RCS)计算

航空器，船舰，车辆体型通常较大，用传统方法计算 RCS会由于硬件资源等因素效益不佳 XGTD结合PO和MEC两种方法，可以在兼顾效能及精确度的前提下计算单站(monostatic)或双站 (bistatic)的雷达散射截面 (RCS)，例图为地狱火飞弹的几何模型以及RCS。

 

• 虚拟电波暗室(anechoic chamber)

许多实际的正式量测会在电波暗室进行，考虑到待测物的大小和信号特性以及其他要求，可能会需要很大的场地，这些场地不但昂贵而且安排一次实验测试都需要高额的费用和大量的时间，也不无可能由于待测物体型庞大，没有可用的电波暗室进行量测的情况，XGTD 可以建立逼真的虚拟电波暗室，连同暗室中的各种设施一起纳入考量，并将待测物置于其中进行仿真，用户可以在和现实世界极为接近的虚拟环境先进行量测和实验，得到满意结果后，再做实测，可以大幅节省时间金钱，暗室场景可以重复使用于不同实验对象，也可以用来设计或校准暗室环境，上图为一架在电波暗室场景中进行仿真的运输机。

 

• 各种应用案例: 

• 在虚拟电波暗室中进行RCS与共址分析等仿真的F-15鹰式战斗机模型。

 

• 透过仿真分析基站塔的耦合现象， 并将传播路径视觉化。

 

• 运用 XGTD仿真 求出人造卫星的雷达截面积 (RCS)。

 

• 运用 XGTD仿真 太空梭周围的信号接收状况，分析舱外作业通信品质。

 

工具链整合仿真

XGTD 除独立运作之外，也可以和其他软件组合使用，形成更完整，功能更强的工具链， 比方说从 XFdtd导入用户设计好的天线，配置在载具上后求得受承载平台影响的场型，也可以进一步将这个承载平台以及天线模型运用在 Wireless Insite 等软件做进一步的分析仿真。

 

使用XFdtd设计用于人造卫星的螺旋天线，并导出天线辐射场型。		将XFdtd设计的螺旋天线导入XGTD，配置在人造卫星上进行仿真，求得受到载具影响的实际天线场型。
运用XGTD仿真，求得受到载具(全球之鹰无人机)影响的天线辐射场型。		将无人机模型以及天线模型导入Wireless Insite,透过仿真了解其于实际场景的工作特性。