电磁仿真在汽车工业中具有重要作用。然而，近年来，电磁仿真的挑战越来越严峻。汽车雷达行业的典型应用之一是使用电磁仿真器准确预测安装在汽车前部的雷达天线的辐射图。此外，还可以研究汽车外壳前部的近场分布（通常在存在障碍物的情况下）。在这些场景中，感兴趣的频率通常非常高（通常超过10GHz）。因此，按波长测量的汽车电尺寸极大。WIPL-D软件是一种基于矩量法(MoM)的求解器，可以成功仿真这些频率下的模型。

矩量法的效率

WIPL-D使用四边形网格元素，而不是三角形网格。这减少了电磁问题的规模，规模通过确定模型电流分布所需的未知系数（“未知量”）来衡量。此外，WIPL-D Pro 3D电磁求解器在四边形上使用高阶基函数(HOBF)，而不是一阶多项式。这允许使用较大的四边形（本案例使用尺寸为2个波长，适用于多项式阶数为7；最大支持20个波长，超高阶矩量法可达18阶），与低阶电磁仿真器相比，可以减少3到10倍的未知系数数量。

大电尺寸的电磁仿真

WIPL-D Pro软件套件允许使用专门的减缩技术，显著减少未知系数（从而减少仿真时间和内存资源），同时保持输出结果的可接受精度。这样，电尺寸非常大的问题可以近似解决，且只有很小的精度损失。远离天线的模型部分的未知量可以减少，因为这些元素对辐射图贡献不大。这种减少功能被称为天线放置减缩。此外，通过使用称为阴影减缩的功能，可以减少天线未直接照射到的模型部分的未知量。

此外，WIPL-D CAD工具是WIPL-D软件套件的一部分。WIPL-D CAD工具允许轻松导入CAD文件、快速网格化各种结构、轻松建模并将设备与复杂CAD几何形状结合定位。与CPU计算相比，WIPL-D的GPU仿真模块扩展了设计和仿真电磁模型所能使用的频率范围，并在可接受的仿真时间内运行。域分解求解器(DDS)对于超出所有减缩技术和GPU求解器能力范围的电尺寸非常大的模型，WIPL-D用户可以使用域分解求解器(DDS)。

DDS是为仿真那些无法使用WIPL-D矩量法(MoM)求解器仿真的结构而创建的工具，或者仿真这些结构需要非常长的仿真时间。DDS的基本思想是将原始模型分解为若干组。每组由若干相邻的板和线组成，每组代表一个子项目。在第0次迭代中，各子项目独立仿真，不考虑它们之间的耦合。所有子项目的解被用作宏基函数，其权重系数通过最小化原始项目的均方残差值确定。在第1次迭代中的残差可以用作第2次迭代的激励，依此类推。整个迭代过程在总残差值低于预定阈值时结束。

研究的四个场景

撰写这篇应用说明的动机是展示WIPL-D的DDS在仿真电尺寸非常大的结构方面的能力（如图1所示）。将展示WIPL-D减缩功能和DDS的使用。研究了四个汽车雷达场景：

•场景1：汽车雷达天线安装在汽车前保险杠上（图1，图2）。

•场景2：相较于场景1，增加了一个空心金属柱（图3，图7）。

•场景3：汽车雷达天线安装在经过修改的保险杠上（图4）。

•场景4：相较于场景3，增加了一个空心金属柱（图5，图6）。

图1:电大尺寸结构-汽车雷达天线在汽车前保险杠

为了更好地理解仿真场景，展示了4张显示汽车前部的图（图2-5）。这些图代表汽车前部的鸟瞰图（图3和图5为添加了空心金属柱的图，图4和图5为修改后的保险杠）。所有图像都是从WIPL-D ProCAD导出的，空心金属柱仅用于演示。在运行仿真前，它们是在网格化过程完成后添加的，并非WIPL-D Pro CAD项目的一部分。所有安装在汽车前部的防碰撞雷达均在77GHz进行研究，不考虑地面的影响。将展示近场分布和辐射图的结果。

WIPL-D模型

放大的防碰撞雷达天线和汽车外壳前部的真实模型如图1所示，它表示场景1的CAD模型。前保险杠上安装的防碰撞雷达的仿真模型是在以下步骤后创建的：•使用WIPL-D Pro CAD工具；•将模型转换为WIPL-D Pro本地格式，并应用天线放置减缩和阴影减缩；•最后，将模型转换为DDS使用的格式。图2:场景1图3:场景2图4:场景3图5:场景4防碰撞雷达由安装在汽车外壳前部的4x4补丁阵列组成（如图1所示）。车辆整体对雷达天线运行特性的影响通过仅引入汽车外壳前部得到了很好地近似。仿真模型是对称的，因此应用了对称平面，减少了未知量的数量，并缩短了仿真时间。

为了说明问题的规模，展示了第四个场景（最复杂的场景）中应用了天线放置减缩和阴影减缩的结构网格（如图6所示）。此外，图7显示了第二个场景的DDS组。

仿真与结果

电磁仿真是在平台Intel® Xeon® CPU E5-2660v4 2.20GHz，配备2个处理器和256GB内存的计算机上完成的。应用了减缩技术进行仿真。根据其他WIPL-D汽车应用说明中的结果，假设应用的减缩技术不会干扰辐射图结果。执行四个仿真场景所需的仿真时间显示在表1中。经过收敛性研究后，得出第1次迭代能够提供良好的精度。为了支持这一结论，图8显示了第四个场景中经过三次迭代后获得的拟合结果。第1次和第2次迭代产生了相似的结果（如图8所示），因此第1次迭代被认为足够准确。在每个场景中，辐射图在一个主要平面中计算。拟合后的辐射图展示在图9中。近场分布展示在图10和图11中。

结论

研究了四个安装防碰撞雷达天线的场景，观察了辐射图结果和近场分布。在77GHz的仿真频率和普通保险杠尺寸下，所有场景都被视为电尺寸非常大。然而，所有仿真均在一台普通的台式机上相对快速地完成。此外，所有仿真结果使我们得出了一些关于WIPL-D功能/工具的使用以及所得结果的结论。WIPL-D的功能和工具使用得到了成功应用。CAD模型的处理、WIPL-D Pro本地格式模型的处理以及最终的DDS模型的处理和运行过程都非常简单。在这些场景中，第一迭代足以获得满意的结果（如图8所示）。

此外，保险杠的修改对输出结果没有显著影响（如图9所示）。另一方面，图9显示了场景2和场景4计算的辐射图之间存在细微差异。这一差异是由于保险杠修改的存在。通过仅观察图11，无法准确理解保险杠修改的影响。通过观察图10中的结果，可以更深入地理解保险杠修改对近场的影响。最后，图9清楚地显示了空心金属柱的影响。