产品概述(产品简介 产品背景 参考客户)

功能应用(参考案例)

功能特点(适用于复杂结构体分析 支持多种反射面类型 GRASP9 提供以下表面材料类型： 友好的用户界面)

运行环境和配置

总结

产品概述

产品简介

GRASP9 是目前世界上最为优秀的通用反射面天线分析软件包。这个软件包是分析单反射面天线、双反射面天线、波束波导等的通用工具。 GRASP9 可以计算多反射面、多馈源系统的辐射场，甚至可以分析多种天线之间的相互干扰——这是卫星系统中常常遇到的情况。采用 GRASP9 可以便捷地分析从某个馈源或者从某个天线系统中的一个反射面到另一个天线系统中一个反射面的散射。GRASP对各种表面形状，包括用户定义的形状，都可以进行分析；初级馈源、阵列馈源都可以从丰富的内建模型库中选用，或者直接使用用户提供的数据。

GRASP9 继承自GRASP8 / GRASP8W ，GRASP8 / GRASP8W拥有许多大的制造商、服务商用户，诸如Eutelsat、lnmavsat和Intelsat。GRASP9 是最好的反射面天线分析工具，已经基于工业化需求进行了开发和升级，适用于航天工业，并得到欧空局(ESA)的支持。

产品背景

丹麦 TICRA 公司创始于1971年，三位创始人都是丹麦科技大学（Danish Technical University）电磁协会EMI(Electromagnetic Institute)的成员。 TICRA 公司的 GRASP ， POS ， COBRA ， DORELA ， CHAMP ， SNIFTD 是分析通用反射体天线系统的电磁仿真软件包，应用于包含多个馈源或馈源阵列的多反射面天线系统的分析设计，还能分析不同天线系统间的互耦。该系列软件得到了欧空局的大力支持，已经很好地运用于空间技术领域。在国内由未尔科技负责技术支持和销售。

GRASP 是该公司的主打产品， GRASP 即 General Reflector Antenna Software Package (通用反射面天线软件包)的缩写。由于反射面天线具有电尺寸比较大的特点，当前众多的电磁场计算软件均无力解决反射面天线的计算机分析问题，主要原因是这些软件所采用的分析方法都是电磁场数值计算方法，例如有限元法(FEM)、矩量法(MoM)、时域有限差分法 (FDTD) 等，这些方法对电磁场波动方程进行严格的数值求解，因而当所计算的结构尺度达数十个波长时．所耗费的计算机资源和时间都是惊人的。

GRASP则采用高频近似方法，集几何光学 (Go) 、几何绕射理论 (GTD) 、物理光学 (PO) 、物理绕射理论 (PTD) 于一体，同时加入矩量法 （MOM）分析电小尺寸结构，是反射面天线最为高效和准确的分析软件。

参考客户

GRASP 软件的客户广泛分布于全球各地，部分参考客户如下：

北京航天某事业部

西安航天某所

北京航天某所

时代电子某所

西安中电某所

石家庄中电某所

合肥中电某所

上海航天某所

神舟学院

西安电子科技大学机电学院

西安电子科技大学天线所

Canadian Space Agency

Deutche Zentrum

Luft- und Raumfahrt

ESOC

ESTECEUTELSAT

General Dynamics

Goddard Space Flight Center

Hanscom Air Force Base

Hughes Networks System

Pesquisas Espaciais

INTELSAT

Jet Propulsion Laboratory

Lockheed Martin

MI Technologies

MIRAD

MIT Lincoln Labs

Mitre Corporation

Mission Research

Mitsubishi Electric Corporation

Nat. Astron. Obs. Japan

Naval Surface Warfare Center

NEC Yokohama

NHK

Northrop Grumman

Naval Research

Laboratory

NT-Space

NTT DoCoMo

Raytheon

Rohde & Schwarz

Rymsa

功能应用

GRASP 软件可以用于分析基于各种平台的、几乎所有类型的反射面天线，主要包含以下三类应用：

 星载天线：如赋形天线、多波束天线等；

 地面站：如面板拼接而成的大型地面站、射电望远镜、波束波导等；

 舰载天线：如环焦天线等。

参考案例

赋形双反射面天线（Dual shaped reflector antenna）

本案例采用 GRASP9 分析双反射面天线系统，该天线的主反射面表面被赋形，使得反射波束为矩形波，具体如下图所示。

在 GRASP 中使用射线绘图工具显示射线如何在主辅天线之间反射，可以明显看到，因为系统被设计为产生矩形波束，射线是不平行的；另外还可以观察到，该设计在产生远场之前最初的射线是汇聚的。通常情况下，使用同一设计可以得到相同的远场，但是有些情况下，从主反射面发出的射线会射到副反射面上而产生阻挡问题。从上图可以看出当前的设计有效的避免了这个问题，同时还减少了系统的偏置量，从而产生一个更紧凑的设计。

双栅反射面天线（Dual girded reflector system）

本案例是考虑了极化敏感的反射面系统的分析。该系统包含两个反射面，一个置于另一个之后，在轴向上孔径一致，通过旋转来设置焦点并为每个反射面对应的馈源预留出空间。前面的反射面使用金属条状网格，从而使其只接收对应馈源的信号，而把与之极化方向垂直的后面天线的馈源信号透过去，达到后反射面。

反射面天线表面的形状设计要求实现上图的等值波束图，网格表面的目的是为了减少偏置系统采用线性极化后产生的交叉极化分量。

进行散射分析时，非常重要的一点是考虑所有散射机制，GRASP9 可以轻松实现这一点。激励后反射面对应的馈源时，首先需要计算它对前网格面的反射，计算时要考虑表面材料的电特性，接下来需要计算穿过前面网格的射线，以获得对后反射面的激励电流。这些电流辐射到远场，但他们的传输模式在穿透前面的反射面后需要进行修正，这时需要考虑后反射面在前反射面引起的表面电流。综合考虑以上因素，可以得到下图所示的交叉极化分量。

可以看到，在覆盖区域中的交叉极化分量减少了，但是在覆盖范围外构成了一个相当大的区域，这是因为前反射面馈源交叉极化分量的反射，而出现覆盖范围外的区域是因为后面的馈源使前面反射面的焦点产生偏移。

功能特点

适用于复杂结构体分析

GRASP9 用标准 FORTRAN90 语言开发，使用了面向对象的设计方法。所有的反射面和馈源都被描述为不同的对象，例如抛物面属于 paraboloid-class，高斯波束馈源属于 Gaussian-feed-class。这种结构非常有利于对复杂结构体的分析，例如在太空飞行器上的反射面天线，此时太空飞行器平台可被定义成金属平板对象。

可视化图形界面

为了支持复杂天线结构的创建和显示，GRASP9 提供了一整套可视化图形界面。在前处理模块中，用户可以从任意观察角度对几何模型绘制透视图。另外，GRASP9 包含了一个新特性，能生成几何模型的三维CAD文件，可以导入到其他 CAD 软件中。

GRASP9 具有十分有用的射线绘图功能。射线可以从任意馈源出发，路径可以遍及全部的反射体。通过这样的图形化显示，可以在早期设计过程中发现一些潜在的相互影响。

支持多种反射面类型

GRASP9 所支持的反射面类型非常丰富。通常的反射面类型可以是三角形、矩形和平行四边形的平板，还可以是抛物面、椭球面、双曲面、平面、球面、任意的二次曲面，它们都具有常规的边缘形状。对于拼接式的反射面，拼板排列在极坐标网格上，就像通常地球站的反射面那样，或者依照常规的方式排列。GRASP9 采用一种专门开发的算法来分析拼版缝隙导致的散射。

GRASP9 支持用户自定义表面形状，可以通过给定在一个规则或不规则网格上所有点的 Z 坐标值，或定义曲线旋转等；支持对反射体叠加形变，形变可以描述为上述任何类型，可以分析反射体上的开口，此特性在处理平板反射体的连接时尤其有用。为了模拟多层反射面的热变形或者反射面的制造时的均方根误差，GRASP9 还可以指定多种类型的扭曲表面。

GRASP9 中，用户可以在许多已有的类型中选择反射器的形状，包括：

 抛物面、双曲面、椭圆面

 用 X-Y 表示的通用二元表达式

 在规则网格上的数值定义

 在非规则网格上的数值定义，例如在表面点上测量得到的 xyz 值

 旋转对称面

 Zernike 模式展开

 Spline 模式展开

 由面板组成的反射体

 平面板

独立的反射体边缘定义

反射体的边缘形状被定义为表面和一个定义在 XY 平面的圆柱体的交叉部分，这种方法可以使反射体表面的定义和反射体边缘的定义相互独立。

GRASP9 中，用户可以选择以下边缘形状：

 圆形和椭圆形

 超椭圆（圆角矩形）

 矩形

 数值列表，如相应的 xy 值

 三角形或平行四边形

 锯齿形

在产生一个紧缩场的静区时，锯齿形边缘会相当有用。系统模拟锯齿形的方法是逐渐减小锯齿根到尖端的表面电流，尽管这个方法很简单，但是通过对比数据看效果仍然相当好。

丰富的内置馈源模型

GRASP9 软件中已经内置了许多种馈源模型。用户定义的馈源可以通过文件输入，既可以定义截面方向图，也可以定义球面波展开系数。一般来说，所有的馈源模型均支持连续、精确的近场和远场数据，即使这些模型本来仅是由远场来描述的，这是因为软件内置的球面波展开程序根据远场数据计算出了近场数据，这对馈源的实测远场数据同样有效。

GRASP9 中，用户可以选择以下馈源模型：

 光滑锥体或圆锥喇叭天线

 简单模式的波纹状喇叭

 高斯波束模式的馈源

 列表的馈源模式（测量的或仿真的）

 由球面波展开描述的馈源

 Potter 喇叭

 微带馈源

有些馈源的定义比较简单，但是他们对远场辐射情况的描述已经足够精确了，所有的模式都提供精确的近场球面波特性。

支持多种表面材料特性

通常在分析天线时，都假设反射体是理想的导体，这与实际情况相差甚远。为了获得精确的电磁特性，需要考虑使用的材料。

GRASP9 提供以下表面材料类型：

 有限电导率

 理想金属网格，带状网格或线网格

 Mesh

 绝缘体

 传输系数和反射系数列表

 理想吸收

一个真正的反射面天线可能由以上几种材料合成，例如一个喷漆的反射体可以模拟为一个理想导体和一个薄电介质层。

支持支架对天线性能影响的分析

通常受支架影响，天线增益会降低，旁瓣会增加。GRASP9 可精确分析馈源系统支架（feed system strut）与次反射面天线支架（subreflector strut）对天线性能所产生的影响，包括：馈出波束受到支架的遮蔽（blockage）而改变反射方向、天线反射波束受到支架影响而改变反射方向。

灵活的分析模式

GRASP9 的计算基于已经在实际中获得良好应用的分析方法，如物理光学PO（Physical Optics）、绕射物理理论PTD（Physical Theory of Diffraction ）、几何光学GO（Geometrical Optics ）、一致绕射理论GTD（Uniform Geometrical Theory of Diffraction ）等。

基于射线的分析方法（GO 和 GTD）一次仅能用于一个反射体以限制相关射线跟踪问题的复杂性。PO 和 PTD 可以适用于任意顺序、任何数目的反射体分析，因此 GRASP9 的计算可以更加灵活，在完成一次计算后可以将计算结果当作下一个天线的发射源继续计算。

另外，对于复杂物体分析，还可以使用GRASP其他的附加软件包.

友好的用户界面

GRASP9前台处理界面用于协助用户配置天线参数以便分析，并提供可视化的天线模型。

友好的用户图形界面渲染天线的三维模型图像，以便在进行细致的射频分析之前确认几何关系无误。

三维选项包括 OpenGL 图形显示功能。

导航栏允许用户浏览 GRASP9 工程中所有组件结构，包括对象、命令、关联到工程的文件等。

运行环境和配置

系统配置

GRASP9所支持的操作系统包括：Windows 2000, 2003, NT, XP, Vista ia32, amd64, em64t；Windows 2003 Server 64 bit, XP x64, Vista 64 bit；Linux, all distributions ia32, amd64, em64t。

GRASP9对系统硬件的最低配置要求如下：

CPU：Pentium III 800 MHz

硬盘： 400MB 剩余空间

内存：256MB

显卡：无

推荐采用如下系统硬件配置：

操作系统：Windows XP Windows 7

CPU: Intel Core2Quad CPU

硬盘：剩余 2GB 以上空间

内存: 1 GB

显卡：NVidia Graphics

附加模块（需配合GRASP9使用）

Multi-Reflector GTD

功能介绍

Multi-Reflector GTD 是 GRASP 的一个增强包，包含了 GTD 代码、线图绘制工具、阻挡预测工具和指令，它可以计算指定源依次影响的物体的 GTD 场变化。

此软件包使用标准 FORTRAN 90 语言开发。

在对太空飞行器的天线结构做最终分析时，经常需要考虑其他部分结构的影响，例如卫星星体、太阳能面板、试验舱等。尤其在毫米波波段，反射面天线和需要考虑的其他物体的大小是波长的几千倍，此时使用 PO 方法难以计算。在扫描（Scanned）或赋形（Shaped）的天线系统中，很难确定是否出现了对天线主波束的阻挡。一般来说，这时需要使用精确可靠的 GTD 软件来计算多反射面的反射或散射。

应用案例

在计算天线远场时，通常使用 GTD或 PO 的方法计算副反射面，而用 PO 的方法计算主反射面，但这种方法对远场远区副瓣（farout side lobe region）中一些点的计算是很费时的，这种情况下，使用 Multi-reflector GTD 模块来计算副反射面和主反射面是一种非常有效的方法。

另一个案例是分析卫星上的一个天线，在计算其场分布时，必须通过一系列的散射和衍射计算来分析其周围结构的影响，此时就需要用到 Multi-reflector GTD，同样配合Coupling模块还可以分析天线之间的耦合。

其他的应用还包括分析紧缩场暗室复杂的射线情况，仿真得到馈源到静区中某点的所有路径。

COUPLING

功能介绍

Coupling 是 GRASP 的一套增强软件工具包，专门用于计算两个独立源之间的复耦合度。借助该插件可以用于分析卫星上不同天线间的耦合情况以及单个天线内部馈源和其它散射体之间的耦合情况。

Coupling计算中的发射信号源和接收信号源都可以使用 GRASP 中的对象来定义，比如定义为馈源阵或散射体的电流分布。

由于天线系统间的耦合效应常常影响天线系统的正常工作，降低天线性能，因此，设计阶段需要分析多天线间的耦合以及单天线系统内部的耦合效应，此插件结合GRASP将作为解决此类问题的有效数字仿真手段。

应用案例

小型 TT&C 天线

本案例是用来处理两个用于遥感遥测或者指挥用的广角模式小天线，案例主要研究当一个天线发射时另一个天线的接收功率。当位于一个载体上（比如卫星）的时候，必须考虑不同的结构部分之间一系列的交互影响。

正馈的双反射面天线

本案例是对正馈的双反射面天线进行分析。

在这个案例中馈源的射线先到达副反射面，然后到达主反射面，在副反射面上产生的感应电流会辐射回馈源喇叭，引起馈源回波损耗的衰减。在雷达系统中，如果使用圆极化，且接收机附着于发射机的垂直端口，会发生更严重的情况。此时副反射面的反射场会指向接收机，因此接收机敏感的信号相关度会很高。这时可以通过使用 Coupling 对副反射面和馈源系统的电流元进行分析得到这个相关度。

共轭场匹配

在共轭场匹配的应用中，一个反射面被从某一个方向来的平面波照射。反射面上会形成一定的电流分布，如果在反射面的焦平面上安装了馈源矩阵，此时就可以使用 Coupling 分析每个馈源和反射面电流分布之间的耦合系数，得到的结果取共轭就可以用来确定一个馈源矩阵激励系数，使反射面天线产生需要的波束。这个过程需要了解耦合的幅度和相位。

MOM

功能介绍

MoM 是 GRASP 的一个软件增强包。在实际应用中，天线工程师经常需要对电小尺寸的物体，比如副反射面、支架、金属板和一些常规散射体等做非常准确的分析，此时，需要结合精确的数值方法作为手段进行分析。

集成在 MoM 模块中的MoM solver 是 TICRA 专门设计来给反射面天线的曲线表面提供高精度分析的插件，同时MoM solver 计算效率非常高，甚至可以在普通 PC 上分析很大的散射体。MoM 增强包可以增强 GRASP 的应用范围，使得任意网格定义的几何体可以导入到 GRASP 中用 MoM 分析。因此 MoM增强包可以辅助工程师完成反射面天线系统中的精细设计，在完成大系统设计的同时，完成天线系统的高精度设计。

MoM 增强包的主要特点如下：

自动网眼捕捉：采用由4、9或16个内插点定义的曲面

自适应选择电流展开阶数：采用近直角高阶基函数，最高到12阶

高效的多线程矩阵填充程序，对称矩阵压缩存储

采用为高阶基函数定制的有效前处理程序来直接或迭代处理

MoM增强包扩展了 GRASP 的应用范围，使用起来更为方便：

任意网格定义的几何体可以导入到 GRASP 中，用 MoM 分析。

双栅反射面天线系统常用的绝缘硬质（Dielectric stiffeners）可以很容易地用 MoM 定义和分析

把独立的散射体有逻辑的排列起来，可以有效的简化 MoM 对复杂系统的分析

GRASP 可以作为一个高精度网格工具用于其他分析，GRASP 内建的散射体允许用户通过一些参数的改变定义一个相关的复杂几何体

GRASP 计算出的电流可以通过前处理模块中3D 彩图直接观察

可以定电压源来做激励，计算输入阻抗和S参数

可以定义和分析一些线、线/面天线结构

应用案例

环焦天线

环焦天线的副反射面有个凸起，属于电小尺寸，PO不能准确分析，用MOM模块可以得到更为准确的计算结果。

环焦天线仿真结果

VAST12天线

VAST12天线用于校准测量设备，对其影响最大的是反射面后的支持结构和喇叭，通过两个自定义的网格文件对这两个结构建模，仿真时考虑其影响。

火箭升空时，双栅反射面天线会经受巨大的振动，通常需要在前后两反射面间加入绝缘硬质来保护其结构不变，绝缘硬质属于电小尺寸，适合用MOM分析。

上面的仿真结果中，分别显示了不考虑绝缘硬质和加入绝缘硬质的结果，可以看出二者是有明显区别的，但这幅图不能很好显示绝缘硬质带来的影响。具体在仿真软件中，还可以通过彩色光栅图来显示绝缘硬质带来的影响。

QUAST

QUAST是GRASP9 最新增加的一个附加模块，该附加模块是在之前的框架设计工具基础上发展而来。QUAST 作为专用的准光网络设计工具，能够完成从准光网络设计到加工的全部工作，并且整个计算过程快速而准确。

一个具体的QUAST 工作流程如下：

 定义工作平面的尺寸，所有的器件都放在在该平面内，可以定义多个平面，通过frame connector 来关联。

 在该平面上放置元件，QUAST 除了支持 Frame Design Tool 的平面镜、反射面、分束镜等器件外，还增加了一些诸如简单透镜、PO透镜、Martin-Puplett干涉计等器件类型，更加适合准光网络的研究。

 使用高斯波束分析网络结构，显示波束宽度和束腰位置等信息，并且可以进行优化等相关操作。

 根据高斯波束的分析结果设计器件的物理结构，生成3D视图。

 最后对整个网络结构进行电磁分析，得到辐射方向图和场分布等结果。

MPI

通常的案例，GRASP 能在几分钟内计算得到结果。如果用户使用的是多核PC，那么计算速度更是非常快，因为 GRASP9 可以自动检测电脑硬件并通过内置的并行处理功能来提高运算速度。作为可选功能之一，GRASP9 也可以通过网络连接在分布式多核PC 上运行，以求解一些电尺寸非常大的问题。

目前GRASP9的MPI模块支持Linux clusters 或者联网的 Linux 计算机，但不能加速 Coupling 和 MOM 附加模块。

总结

 GRASP是TICRA 公司的主打产品，是最快、最通用、最准确的通用反射面天线分析工具，广泛应用于空间技术研究和地面站研究制造领域；

 该软件主要用于单反射面天线，双反射面天线或多反射面天线的设计（波束波导系统）；

 基于30多年的市场经验，有能力解决绝大多数、能想象得到的反射面天线问题，目前已经是反射面天线设计的行业标准工具。