ANSYS高频电磁场分析软件——FEKO

FEKO是针对天线设计、天线布局与电磁兼容性分析而开发的专业电磁场分析软件，它基于矩量法（MoM：Method of Moment），拥有高效的多层快速多极子法，并将矩量法与高频分析方法（物理光学PO：Physical Optics，一致性绕射理论UTD：Uniform Theory of Diffraction）完美结合，从而非常适合于分析天线设计中的各类电磁场分析问题：对于电小结构的天线，FEKO中可以采用完全的矩量法进行分析；对于具有电小与电大尺寸混合结构的天线，FEKO中既可以采用多层快速多极子法，又可以采用混合方法：用矩量法分析电小结构部分，而用高频方法分析电大结构部分。而且，FEKO支持天线工程中的各种激励方式，输出天线的各种电性能参数。

    FEKO仿真方法基础和分析能力

    1、FEKO软件的仿真方法基础

    FEKO软件的仿真方法基于满足全波分析要求的矩量法（MOM）和多层快速多极子方法（MLFMA），混合了能够实现电大尺寸仿真分析的物理光学方法（PO）和一致渐进绕射理论（UTD），同时采用仿真分层介质环境的格林函数，可以考虑近地和近海情况下，地面、海面环境对航空载体辐射装置的影响。

    2、FEKO软件的分析能力

    （1）能够分析三维任意结构：通过ANSYS广泛的接口，可以输入CATIA、UG、PRO/E等CAD软

件建好的复杂模型，也可通过ANSYS自身强大的建模功能实现复杂航空器建模。

    （2）具有电大尺寸分析能力：对于电子对抗的多数频段，大型反射面天线和航空器载体本身相对于电波波长都是数十个，甚至成千上万个波长的电大尺寸问题。目前市场上一般商用软件对分析目标进行离散后将导致O(N2)，甚至O(N3)的内存需求，其中N大致是航空设备目标相对于电波波长的数目的100倍。可以设想，当N为1000时，就已经超过1G的内存需求，在目前的商用计算机上难以实现电磁仿真。即使能够实现仿真，其庞大的计算量和漫长的计算时间也让大多数用户望而生畏。FEKO软件采用多层快速多极子方法（MLFMA），将仿真软件在精确仿真时对内存和计算量的要求降到了O(NlgN)，而采用基于高频渐近的物理光学方法（PO）后，对内存的需求降为O(N)，大大提高了软件的实际应用能力。FEKO软件还采用不需要网格划分的一致性几何绕射理论方法（UTD），通过对目标几何特征点、线、面的几何形状和电磁射线绕射特性描述，彻底突破仿真软件对内存的限制，可以仿真任意电大尺寸目标的电磁性能。

    （3）支持多种激励方式，能够分析多种类型的天线和天线阵列：根据航空器上多种电子设备的不同要求，航空器上具有多种形式天线。基于传统通信频带，航空器上有满足全向通信，频率划分于民用通信的HF频段线天线，为了便于安装和满足航空器飞行需要，采用双极、单极等形式，FEKO软件可以方便的实现单极和双极激励；如果电子预警航空设备采用宽带对数周期天线，FEKO软件可以通过多点激励和非辐射导线连线，实现多点非同相激励；飞行器上采用满足飞行需要的共型微带天线时，FEKO软件可以实现微带探针激励和微带带隙激励；对于制导用高频天线，FEKO可以仿真其溃源喇叭激励，并将喇叭激励转化相应的方向图激励，并实现与反射面和飞行器机身的耦合，实现优化的跟踪波束；对于各型天线阵列，由于软件的电大尺寸仿真能力和不需要对周围空气介质建模的良好特性，FEKO采用多点不同相激励，方便的实现线阵、面阵、波导阵等各型天线阵的仿真。

    （4）能够分析各种电性能参数：辐射方向图、方向性系数、天线效率、天线增益、输入阻抗、驻波系数、极化特性、天线带宽等。在仿真结束后，这些参数都可以方便的以图、表等形式在直角坐标系、极坐标系和SMITH圆图中表达输出，为设计者进行分析优化提供量化依据。

    （5）能够对天线布局进行分析：基于对各型天线的良好仿真和对电大尺寸载体的仿真能力，FEKO软件可以方便的对安装在飞行器不同位置的各型天线参数进行仿真，实现不同设计方案的优化比较。

    （6）能够考虑载体与环境对天线辐射性能的影响：飞行器除了高空飞行外，往往还需要考虑近地或近海面飞行时的部分特性，FEKO软件提供了地、海面反射系数和分层介质格林函数可以方便地模拟这一工作情况，实现软件仿真能力的拓展。
    （7）能够分析天线对周围物体的影响：除了天线和载体本身性能分析外，FEKO软件还可以考虑人体等各种介质在天线辐射下的能量吸收情况，通过SAR指标进行表达。

我下了，正准备学呢。

FEKO是一款用于3D结构电磁场分析的仿真工具。FEKO仿真基于著名的矩量法（MoM）对Maxwell方程组的求解。FEKO实现了非常全面的MoM代码，可以解决任何结构类型的问题；FEKO还针对许多特定问题，例如平面多层介质结构、金属表面的涂覆等等，开发了量身定制的代码，在保证精度的同时获得最佳的效率。
为了求解电大问题，FEKO引入了多层快速多极子方法（MLFMM）。FEKO是世界上第一个把这种方法推向市场的商业代码。这种方法使得精确仿真电大问题成为可能。在此之前，求解此类问题只能选择高频近似方法。FEKO中有两种高频近似技术可用，一个是物理光学（PO），另一个是一致性绕射理论（UTD）。在MoM和MLFMM需求的资源不够时，这两种方法提供求解的可能性。FEKO中通过混合MoM/PO和MoM/UTD来为电大尺寸问题的精度提供保证。
FEKO还开发了MoM/FEM混合方法用于高效求解非均匀介质目标的辐射和散射问题。

特色功能
电大问题的求解：FEKO通过MLFMM、MoM/PO、MoM/UTD从算法上提供了电大问题求解的途径；
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；
优化功能：FEKO提供了离散点计算方法、单纯形方法、共轭梯度法、准牛顿法等多种优化方法；
快速宽频响应计算：FEKO通过自适应频率点采样和插值，提供宽频率响应的快速计算能力；
时域求解：FEKO基于频域分析，同时通过FFT提供时域响应分析能力；
并行计算：FEKO提供并行版本，支持分布式内存和共享式内存并行方式；
支持多种CAD格式的网格文件导入：包括FEMAP Neutral (*.neu)，AUTOCAD (*.dxf)，特定的ASCII，NASTRAN (*.nas)，STL(*.stl)，ANSYS (*.cdb)，ParaSolid等等；
强大的建模和后处理功能：FEKO提供3D图形建模功能，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，并且支持动画显示结果；
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；
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。
客户价值
提供各种层次的电大分析算法，用户可以很方便地在计算效率和精度中进行折衷考虑；
提供多种主流计算电磁学分析算法，用户可以灵活采用不同的方法或方法组合分析不同的问题，获得最佳的精度和效率组合；
用户可以采用不同分析方法或方法组合分析同一问题，获得有关求解结果可信度的初步证据；
文本化的求解设置便于保存，也便于FEKO用户利用网络进行交流；
典型应用：
天线设计：线天线、喇叭和口径天线、反射面天线、微带天线、相控阵天线、螺旋天线、等等；
天线布局：实际上，天线总是装在一个结构上的，这会改变天线的“自由空间”辐射性能；
EMC分析：由于MoM中仅仅需要离散电流流过的表面，FEKO非常适合各种类型的EMC仿真；
平面微带天线：FEKO采用全波方法分析微带天线，可以精确获得耦合、近场、远场、辐射方向图、电流分布、阻抗等参数；
电缆系统：FEKO与CableMod结合起来，可以非常高效地处理系统中的负责电缆束的耦合以及电缆与天线的耦合问题；
SAR计算：不同介质参数区域内的场值可以计算出来。然后这些场值被用于计算规范吸收比（SAR）；
散射分析：利用MoM或MLFMM可以分析电小或电大尺寸目标的散射特性。
北京安特磊博科技有限公司
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