1. 天线指向性仿真
– 目标：验证天线增益、波束方向图及指向误差对信号质量的影响。
– 步骤：
1. 天线建模：在CST中构建抛物面天线或相控阵天线模型，定义工作频段（如Ku/Ka波段）。
2. 方向图分析：仿真远场方向图，评估主瓣宽度、旁瓣电平、增益等参数。
3. 指向误差模拟：引入方位角/俯仰角偏差（如±0.1°），分析信号功率损耗（PL）公式：
\[
PL = -20 \log_{10}\left( \cos\left( \frac{\theta}{2} \right) \right)
\]
其中θ为指向误差角。
4. 动态补偿：结合卫星轨道参数（如GEO/LEO轨道）仿真动态指向调整对链路稳定性的影响。
2. 馈源网络设计与性能验证
– 目标：优化馈源网络效率，降低插入损耗和端口耦合。
– 步骤：
1. 网络建模：
– 波导/微带馈电：在CST Microwave Studio中设计多端口馈源结构，设置S参数仿真。
– 功分器/移相器：用于波束形成网络，确保相位一致性（如相位误差<5°）。
2. 联合仿真：
– 使用CST Design Studio进行场路协同仿真，将馈源S参数与天线辐射场结合。
– 评估幅度/相位不平衡对EIRP（有效全向辐射功率）的影响。
3. 热噪声分析：通过温度分布模型计算馈源噪声温度贡献。
3. 空间环境干扰建模与仿真
– 目标：量化大气损耗、多径效应及外部干扰对链路的综合影响。
– 关键因素：
– 大气衰减：Rain衰减（使用ITU-R P.618模型）、氧气/水汽吸收。
– 电离层效应：法拉第旋转（低频段）、时延扩展（可通过CST时域仿真模拟）。
– 外部干扰：邻近卫星信号（C/I比分析）、太阳噪声（日凌期规避策略）。
– 仿真方法：
1. 链路预算集成：在CST链路级仿真中嵌入传播损耗模型：
\[
L_{total} = L_{fs} + L_{atm} + L_{pointing} + L_{polarization}
\]
其中自由空间损耗 \(L_{fs} = 20\log_{10}(4\pi d/\lambda)\)。
2. 动态场景模拟：设置时变干扰源（如移动地面站、低轨星座），观察误码率（BER）恶化。
4. 全链路联合仿真与优化
– 步骤：
1. 系统级集成：将天线、馈源网络、传播链路模型整合至CST System Assembly模块。
2. 性能指标分析：
– EIRP/GT值：验证是否符合卫星功率及灵敏度要求。
– CNR/CINR：考虑干扰与噪声后的载噪比。
3. 自适应调参：利用CST参数扫描功能优化天线指向角度、馈源功率分配。
– 输出：生成动态眼图、误码率曲线、覆盖率热图等可视化结果。
5. 实际应用注意事项
– 计算效率：对大型阵列采用CST的MOM/PO混合算法加速仿真。
– 校准验证：对比实测数据（如地面站接收电平）调整模型衰减系数。
– 频段选择：高频段（如Q/V频段）需更精细处理雨衰与器件非线性效应。
通过以上流程，CST全链路仿真可有效指导卫星通信系统的设计优化与抗干扰能力验证，适用于同步轨道、低轨星座等多种应用场景。
