FEKO 5.3入门进阶教程.pdf-资料库

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FEKO 5.3 入门进阶更快，更高，更强！——2008纪念安世亚太科技（北京）有限公司

安世亚太 EMBU 资料目录 1 FEKO简介 ..............................................................................................................................- 3 - 1.1 套装模块组成.............................................................................................................- 3 - 1.2 界面.............................................................................................................................- 3 - 1.3 特点.............................................................................................................................- 5 - 1.4 功能.............................................................................................................................- 6 - 1.5 应用领域.....................................................................................................................- 7 - 1.6 中国区FEKO服务 ......................................................................................................- 8 - 2 算法基础................................................................................................................................- 9 - 2.1 计算电磁学算法分类.................................................................................................- 9 - 2.2 积分方程方法(MoM/MLFMM)...............................................................................- 10 - 2.3 其他方法及比较.......................................................................................................- 17 - 3 概念及术语..........................................................................................................................- 21 - - 2 -

FEKO 简介及理论基础 1 FEKO 简介 FEKO 是南非 EMSS 公司研发的一款基于积分方程方法求解麦克斯韦方程组的任意结构通用三维电磁场仿真软件，第一个版本发布与 96 年，迄今（08 年 3 月）最新版本为 5.3，在各个版本升级过程中，融入了很多新的计算方法，对原有算法做到了与时俱进，使得 FEKO 在业内具有良好的口碑，尤其是在电大尺寸问题分析中，名声鹊起，用户众多。 EMSS 在全世界有欧洲和美国两大研发中心，总部位于南非，并具备全球化的分销网络，在中国区的代理商是 CAE 行业名声显赫的安世亚太公司。 1.1 套装模块组成 FEKO 套装软件由以下几个部分组成： - 建模分网前处理模块——CADFEKO - 可选择的高级前处理模块——卡片编辑工具 EDITFEKO - 计算底层执行模块——Prefeko、FEKO、timefeko 等 - 后处理模块——POSTFEKO 其中，CADFEKO、EDITFEKO 和 POSTFEKO 是软件的图形操作界面，一般情况下，用户通过这些 GUI 界面来使用软件。 FEKO 提供多个平台下的执行版本，支持目前流行的各种软硬件平台，如 Intel 和 AMD 的平台，32 位或 64 位平台，串行及各种内存系统的并行平台，软件方面包括 Windows、Linux，及各种类型的 Unix 如 HP-UX，Solaris 等。目前，FEKO 只提供 Windows 和 Linux 平台的图形界面，这两个平台下，用户可方便的使用 GUI 方式使用软件。其实，跟用户直接接触的系统，一般情况下不会是大型的 Unix 系统，而大型 Unix 系统一般用来管理大型用于计算的计算机系统，用户只需要提交作业即可。 1.2 界面从 5.0 开始，FEKO 采用了全新的图形化界面，5.2 版本后，求解设置部分亦可通过图形界面操作完成，5.3 版本后更使得优化亦可在统一的 CADFEKO 环境中完成设置，达到了前所未有的易用性。 FEKO 5.3 的 CADFEKO 界面如图 1-1 所示，EDITFEKO 界面如图 1-2 所示，POSTFEKO 界面如图 1-3 所示。 - 3 -

安世亚太 EMBU 资料图 1-1 建模设置界面 CADFEKO 图 1-2 EDITFEKO 界面 - 4 -

FEKO 简介及理论基础图 1-3 POSTFEKO 界面 1.3 特点 FEKO 基于经典的 MoM，并融合了高效快速的求解算法多层快速多级子（MLFMM），同时结合了特别适合处理非均匀介质的有限元方法（FEM）。另外，FEKO 还支持快速的高频近似算法，以及 MoM 与高频方法、有限元法的混合算法，极大的扩大了单一算法的求解范围，将电大尺寸问题的求解能力大大加强。 1) 全面的矩量法 Feko 中实现了非常完备的矩量法，并第一个将多层快速多级子算法引入商业软件大大提高了计算效率。考虑了集总参数、趋肤效应、损耗、生物体吸收等影响，可以处理金属、自由空间、均匀介质、非均匀介质、多层介质。 2) 在开域辐射或电大尺寸领域算法上无以伦比的优势矩量法和高频近似方法的混合大大扩展了可求解问题的规模，尤其是用于开域的辐射、散射及电大尺寸等问题优势不可动摇。 3) 高精度完备的矩量法的解通常非常接近解析解，而且相比其它方法收敛性更好。计算辐射、散射等问题时，Feko 无需设置截断边界，没有数值色散误差。 4) 混合仿真技术极大地降低了计算量和存贮量 - 5 -

安世亚太 EMBU 资料在电大尺寸问题的计算上，混合仿真技术大大降低了计算量和存储量，保证了求解的效率。 5) 友好的用户界面和完善的 CAD 接口 6) 卓越的并行计算能力 Feko 的并行功能经过多年的发展已经非常成熟，效率也不断提高，目前并行效率因子已经达到 0.8。 7) 与 CableMod 和 PCBMod 的接口 Feko 与用于 PCB 和复杂电缆配线的 EMC/EMI、SI 分析模块（分别为 PCBMod 和 CableMod）之间存在接口，可以处理从芯片、器件、电缆到机箱、系统等的 EMC/EMI 问题。 8) 自适应的宽频扫频技术自动调整频率间隔，采用少得多的采样点分析系统的宽频带响应，大大减小计算量。 9) 多参数优化能力可以以增益、近场等用户指定的目标函数对多个结构参数同时进行优化分析，并提供了多种优化算法。 1.4 功能 1) FEKO 通过 MLFMM、MoM/PO、MoM/UTD 从算法上提供了电大尺寸问题求解的途径。 2) 不同的问题有不同的方法：FEKO 提供多种核心算法，矩量法（MoM）、多层快速多极子方法（MLFMM）、物理光学法（PO）、一致性绕射理论（UTD）、有限元（FEM）、平面多层介质的格林函数，以及它们的混合算法来高效处理各类不同的问题。 3) 利用其独特计算技术，FEKO 可以处理各种复杂材料构成的均匀背景介质、分层介质问题，用于分析微带电路、微带天线等多层结构问题、考虑地面、海面的反射效果。 4) FEKO 的时域电磁场分析功能通过傅氏变化和逆变换来实现时域和频域的转换，并提供了多种常用的电磁脉冲激励模式。对于工程中的宽频响应分析，采用分段步进或者自适应频率选择，来得到频带内响应。 5) FEKO 具有良好的优化设计能力，基于多种优化算法(诸如单纯形法、共扼梯度法、准牛顿法等)，可针对增益、隔离、RCS、辐射方向图、阻抗系数、反射系数、近场值等进行优化分析，达到分析设计一体化。 6) FEKO 独具特色的自适应频率采样（AFS）技术使其具有快速而精确的扫频计算能力。该技术利用有理样条函数来自动选择扫频计算的采样点，采样点的梳密分布与响应曲线直接相关（比如，在谐振频率处会自动增加采样点），在同等精度下，该技术极大地减少了扫频分析的计算时间。 7) FEKO 支持分布式内存和共享式内存并行方式，提供了单机多 CPU 并行、多机网络并行等程序版本以及支持大内存（最大可达到 16GB）运行的 UNIX 版本等，以满足工程实用需要。同时 FEKO 具有优异的并行计算效率。 8) 强大的建模和后处理功能：FEKO 提供 3D 图形建模功能，提供多种单元实体及相应的布尔操作，能够建立相当复杂的模型；同时提供 3D 图形和 2D 图形后处理能力，并且 - 6 -

FEKO 简介及理论基础支持动画显示结果；支持多种高级 CAD 软件（如 UG、Pro/E、CATIA、FEMAP Neutral 、 AUTOCAD、ASCII、NASTRAN 、STL、ANSYS 及所有 ParaSolid 格式）创建的几何模型。可以计算电磁场强度、S 参数、电压、输入阻抗、雷达截面积（RCS）、远场和近场、天线方向图、增益、极化、特殊吸收比（SAR）等，并做结果的云图、矢量、动画、切片显示。 9) 支持多种硬件和软件平台：FEKO 支持所有主流 CPU 平台和操作系统，包括先进的 64 位系统和各种并行系统； 10) 二次开发：FEKO 提供循环和分支控制语句，能够输入自定义的函数或进行计算过程的程序化运行；开放的输入输出文件，可以被 Matlab、Frotran、C 等调用。 1.5 应用领域 FEKO 的应用领域主要有： 1、天线设计。FEKO 作为三维电磁分析的利器，可方便计算各种类型的天线问题。FEKO 提供有线单元，可方便模拟各类线天线问题，可考虑变径线天线，涂覆线天线，螺旋天线等等，而 FEKO 提供了三角形基函数，可以方便分析各种复杂天线和天线阵列，如喇叭，反射面天线等等。FEKO 还提供了分层格林函数的支持，可以方便分析微带天线，当然，微带天线也可用 SEP 的方法来精确模拟。 2、天线布局。FEKO 独有的电大尺寸问题处理能力，为其在天线布局问题中的应用提供了得天独厚的潜力。FEKO 提供的 MLFMM 及混合方法都具备强大的电大尺寸求解能力，可以方便考虑天线所依附的载体和周围环境的影响。通过将天线与载体等一起建模分析，可得到用户所关心的区域电磁场分布和天线的各个参数。 3、目标特性。军方各种目标的 RCS 分析是一个很重要的工作，FEKO 的超强电大求解能力，令其在该领域发挥了非常出色的作用。同时，FEKO 提供的考虑涂覆材料的功能，在隐身特性分析中尤其重要。 4、平面电路。FEKO 提供的分层格林函数，可方便模拟平面电路板结构，从而可快速分析微带电路，如微带滤波器，微带变换器等结构。 5、电磁兼容。FEKO 的电大求解能力使得分析系统级电大问题的 EMC 成为可能，与 Simlab 公司的产品配合，可解决几乎所有的电磁兼容性问 - 7 -

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