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不顾一切的去想,于是我们有了梦想。脚踏实地的去做,于是梦想成了现实。

 
 
 

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FEKO电磁场仿真软件简介  

2014-01-24 00:07:41|  分类: 学习 |  标签: |举报 |字号 订阅

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1概述

EMSS公司旗下的FEKO软件是一款强大的三维全波电磁仿真软件。
EMSS公司成立于上个世纪的九十年代初期,在创始人Gronum Smith博士领导下,将80年代盛行的数值方法矩量法(MOM)成功引入到FEKO,在此基础上又引入了多层快速多极子(MLFMM)[1],FEKO是世界上第一个把该方法推向市场的商业软件。该方法使得精确分析电大问题成为可能。FEKO支持有限元方法(FEM),并且将MLFMM与FEM混合求解,MLFMM+FEM混合算法可求解含高度非均匀介质电大尺寸问题。特别适合结构之间通过自由空间耦合的问题,MLFMM区域(例如辐射区域)和FEM区域(例如介质区域)之间的空间并不需要划分网格,这使得矩阵规模很小,因此需要的计算资源很少;FEKO采用基于高阶基函数(HOBF)的矩量法,支持采用大尺寸三角形单元来精确计算模型的电流分布,在保证精度的同时减少所需要的内存,缩短计算时间;FEKO还包含丰富的高频计算方法,如物理光学法(PO),大面元物理光学(Large element PO),几何光学法(GO),一致性几何绕射理论(UTD)等,能够利用较少的资源快速求解超电大尺寸问题。基于强大的求解器,FEKO软件在电磁仿真分析领域尤其是电大尺寸问题的分析方面优势突出,成为电磁仿真领域的领军产品。

2求解技术


核心算法
算法特点应用方向

矩量法(MOM)
基于麦氏积分方程,精度高,特别适合计算一般电尺寸及电小问题,例如:线天线、微带天线、微波器件、微带电路、小型天线阵列等

ACA技术
非常适合稠密问题,如包含复杂介质的问题或频率低几何尺寸却很大的问题,此方法计算效率高。

多层快速多极子(MLFMM)
MLFMM方法是基于分组思想,分组逐层计算单元间的相互作用,内存需求正比于为N*log(N),这种方法非常适合电大尺寸结构的辐射与散射问题。

有限元(FEM)
有限元算法非常适合计算复杂介质、精细结构的模型。

多层快速多极子+有限元(MLFMM+FEM)
混合方法处理包含电大载体和复杂介质体的目标体,多极子方法仿真电大尺寸部分,有限元算法仿真精细部分或复杂介质。

高阶矩量法
(High Order MoM)
基于高阶基函数(HOBF),支持采用大尺寸的三角形单元来精确计算模型的电流分布。大尺寸的单元意味着更少的单元数和未知量,在保证精度的情况下减少所需内存,缩短计算时间,适合于电大尺寸的辐射和散射问题。

Windscreen技术
风窗天线仿真专用技术,计算精度好,仿真效率高,适合如汽车等风窗天线相关行业。

平面格林函数
适合平面微带电路、天线。介质体不需要划分网格,计算速度快,可用于大规模微带结构问题仿真以及模拟无限大地平面和海平面。

物理光学(PO)
网格划分与矩量法规则一致,添加了福克电流来提高精度。适合电大尺寸天线、天线布局、雷达隐身等问题的快速计算。

大面元物理光学(LE-PO)
该方法可以采用与波长相当甚至几个波长的尺度剖分目标,大大降低了目标的网格数量。对于超电大问题如舰船,相对传统物理光学,采用此大面片PO方法,可大大提高计算速度,扩展求解问题的规模。

几何光学(GO)
网格仅需要与几何拟合即可,非常适合超电大尺寸问题的辐射与散射分析,例如天线罩、反射面天线、介质透镜天线等问题。

一致性绕射(UTD)
UTD是一种渐近方法,结构的尺寸不再影响内存需求

3主要应用
1、天线分析
2、共形天线设计
3、阵列天线设计、
4、天线罩分析设计
5、多天线布局分析
6、 RCS隐身分析[2]
7、生物电磁-SAR
8、复杂线缆束EMC
9、微波电路和射频器件
l0、系统的EMC(电磁兼容)。

4流程模块

CADFEKO

1、强大的模型建立、导入和模型修复功能,提供各种常见CAD模型的导入接口:Unigraphics;Catia、Pro Engineer、Parasolid、IGES、ACIS等;
2、可以导入复杂的CAE网格模型如:FEMAP、Nastran、Ansys、Patran、STL、Abaqus等;
3、介质材料、金属材料、多层薄层介质、阻抗层、支持频变材料等
4、全面的馈电端口:波导端口 (同轴端口、矩形波导、圆波导)、微带、线端口、棱边馈电端口、FEM模式馈电端口等,准确计算端口参数;
5、计算方法(MoM、高阶MoM、MLFMM、FEM、GO、PO、LE_PO及UTD等)的设定;
6、集成了丰富的优化算法,如单纯形法、遗传算法、粒子群算法以及网格快速搜索法等,可方便实现多参数、多目标优化;
7、计算参数(近场、远场、电流、S参数及SAR分析等)的图形化设定。
EDITFEKO

1、可以对CADFFEKO生成的.PRE文件进行编辑;
2、参数化.pre生成脚本模板,便于利用高级编程工具例如C、C++、MATLAB等直接调用FEKO求解器;
3、适合于高级用户,利用一些高级设置例如:相控阵扫描馈电、天线与天线罩相对位置的变化计算瞄准误差等;
POSTFEKO

1、提供丰富工程参数直接显示,例如:方向性系数、增益、驻波、S参数、效率、耦合度、RCS、极化、场分布、SAR、表面电流和电荷密度等;
2、POSTFEKO支持多个窗口来观察多个几何模型和图形结果
3、支持仿真结果的输入/输出、并可以导入外部测试数据;
4、3D视图中支持标尺网格,便于在几何体上移动来获得几何尺寸信息;
5、支持多种显示方式:支持多个、任意方向的切平面,云图、动画、2D曲线、数据列表、直角坐标、极坐标、Smith圆图、射线等;
6、计算并显示矢位场和标位场;RCS参数计算可以直接得到极化的RCS值:Ludwig III co- and cross-polarisations, 并可以对极化的RCS进行优化;
7、支持LUA脚本,方便批量处理结果文件(.bof),对特殊工程参数(如:相位中心、瞄准误差、RCS方差、电磁辐射安全区域等)更方便结果处理及显示;
8、集成Integrated FFT/IFFT,提供常用时域波形,可进行时域串扰、雷电脉冲冲击以及隐身成像显等;
9、后处理中可以在2D曲线中显示CAD模型。

5技术特点
FEKO针对电大尺寸电磁问题
多层快速多极子,MLFMM算法是精确求解电大尺寸问题最为有效的方法;
有限元法+多层快速多极子方法的混合:FEM+MLFMM混合处理包含电大载体和复杂介质体的目标体,充分发挥多极子与有限元算法的优势;
高阶矩量法:高阶矩量法是求解电大尺寸辐射和散射问题的一种新技术,采用了矩阵的直接求逆,不存在发散和收敛慢的问题,适合于求解强谐振问题(如:进气道、波导裂缝阵列天线)和单站RCS问题;
矩量法+高频混合算法:
矩量法+物理光学法-PO混合;
矩量法+几何光学法-GO混合;
矩量法+一致性绕射法-UTD混合;
高效并行技术

基于MPI/OpenMP并行技术,支持分布式并行、共享内存式并行,软件支持单机多核并行,也支持多机多核并行运算,具备高效、强大的并行计算能力,支持Windows、Linux、Unix等各种平台;
单站RCS快速收敛技术

通过引入继承迭代技术,将前一个角度的结果修正后作为后一个角度的初始值,大幅减少多层快速多极子迭代步数,实现单站RCS快速精确计算
非辐射网络与天线的联合仿真

FEKO软件支持场、路联合仿真,在FEKO中可以直接读取电路的S、Z、Y、Spice等参数文件,把非辐射电路网络和辐射单元联合起来进行总体分析,并且FEKO可以输出天线的S参数,用于电路工具仿真。
GPU加速

FEKO支持GPU加速,对于矩阵求解处理速度可提升数十倍甚至上百倍(与GPU所含处理单元有关),对于大型计算任务效率提升显著。
支持特征模式分析(CMA)加速支持不同任务指定不同的GPU加速
支持单个任务多块GPU加速
GP-GPU集群支持
风窗天线模拟技术

独特的风窗天线处理技术,支持MLFMM计算,可分析整车模型中的风窗天线的辐射、接收问题。
特征模式(CMA)求解

CMA是一种通过数值方法计算导体上(如:手机、飞行器、车辆等)可支持的一系列正交电流模式(类似于波导模式)的方法。它提供了系统的计算方法,能够帮助工程师从物理角度更加直观地理解天线的工作原理、确定特定模式的谐振频率以及最佳的馈电位置。
有限大阵列快速求解技术

采用了基于域格林函数(DGFM)方法的全新快速阵列求解器,可用于大型有限尺寸的天线阵列快速分析。用户可以通过预选从不同的设置中更便捷地定义有限大的天线阵列,例如:线性阵列、平面阵列、圆形/圆柱形阵列,同时还支持自定义阵列等。
增强线缆束建模功能

引入了新的线缆原理图编辑器(Cable schematic View),提供了丰富的线缆类型(单线、双绞线、排线、同轴线以及任意复杂线束),支持复杂线缆束的自动捆绑(Auto bunding)功能,支持编织网结构屏蔽层等。
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