FEKO教案1解析

1、FEKO1一、簡介FEKO 是美國 EMSS 公司推出的一款針對(duì)天線設(shè)計(jì)、 天線布局與電磁兼容性分析的專業(yè)電磁場(chǎng)分析軟件。FEKO 是以矩量法（MOM）為基礎(chǔ)，采用多層快速多極子算（MLFMM）,并與物理光學(xué)（PO）、一致性繞射理論（UTD）等高頻電磁分析方法相結(jié)合，在保證計(jì)算精度的同時(shí)，大大提高了計(jì)算速度，可以分析電大尺寸結(jié)構(gòu)的電磁輻射散射、EMC等確定性問題。FEKO 特點(diǎn)：具有多種算法可供選擇，比如求解電小結(jié)構(gòu)的天線FEKO 可以采用完全的矩量法進(jìn)行分析；對(duì)于具有電小與電大尺寸混合結(jié)構(gòu)，既可以采用多層快速多極子，也可以采用混合算法采用矩量法分析電小結(jié)構(gòu)部分，而用高頻方法分析電大結(jié)構(gòu)部分。

2、UTDGOMOMComplexityofMaterials和E ECPNS-e.2oUJUnit：mJV網(wǎng)址：FEKO 軟件的界面包括 CADFEKO、EDITFEKO、POSTFEKO，軟件模塊包括 PREFEKO、FEKO、OPTFEK 和 OTIMEFEKO。CADFEKO 主要用于創(chuàng)建幾何模型，進(jìn)行網(wǎng)格劃分以及進(jìn)行求解設(shè)本課程中，重點(diǎn)對(duì) CADFEKO建立模型和網(wǎng)格，并在 POSTFEKO中輸出可視化結(jié)果的過程進(jìn)行學(xué)習(xí)。 更多其他模塊的使用方法請(qǐng)參考用戶使用手冊(cè)。二、操作界面CADFEKO的用戶界面包括工具條、建模窗口、工程樹、快捷工具、細(xì)節(jié)窗口和

3、消息窗口。Unit：mJV三、建模仿真過程1、建立工程文件和保存在 CADFEKO 中新建和保存后生成*.cfx 文件（原始模型文件，包括幾何模型、網(wǎng)格、求解設(shè)置、優(yōu)化設(shè)置），*.cfm 文件（保存網(wǎng)格數(shù)據(jù)）和*.pre 文件（PREFEKO 輸入文件）。運(yùn)行 PREFEKO 又會(huì)生成璟FileViewEditModelGeometryMeshFindNetworksSolutionOptimisationOptionmRunWindowHelp/W巒ZIPC0C0N N一涮一-321321蟄月QQJKZQQJKZ：aiiables-cO=1/sijrt(epsO*muD)-epsO=8.85

4、418781761e-12mud=pi*4e_7-pi=3.14159265358979323846zfO=zqt-t(muO/epsO)HamEd.pointz白Workplar心：kGlobalXYDe畑iltGlobalKZjL-Glob：alYZ-MediaFreespaceFeifectelectiicconductoiFerfectmagneticconductorGeometryMeshesNon_iadiatingnetwoiks-PortsEl-Solution/WFrequency-書島Infinitepl：mes2LoadsEEKCitations!+Calculatio

5、nBo工程樹窗口工程樹窗口Staxtingnewproject.細(xì)節(jié)窗口細(xì)節(jié)窗口菜單工具菜單工具消息窗口消息窗口*.fek文件（求解模型信息）。運(yùn)行 FEKO 后，又會(huì)生成*.bof（圖形數(shù)據(jù)）和*.out（ASCII 形式的結(jié)果文件）2、基本參數(shù)設(shè)置設(shè)置單位通過選擇菜單 Model-Modelunit進(jìn)行設(shè)置。系統(tǒng)默認(rèn)的是cm。偏好設(shè)置中，可以在菜單 Option-Colour中選擇例如背景顏色。3、建模早期版本的 FEKO 軟件采用的是卡片編輯生成模型的方法，隨著人們對(duì)可視化建模需求增加，逐漸發(fā)展起了 CADFEKO 模塊。不過至今，CADFEKO中仍然保留著文本編輯建模（EDITEKO）

6、,可以方便的對(duì)后綴名.pre的文件進(jìn)行修改。建立基本模型的方法與 HFSS 類似，基本類型包括線、面和體。建立的操作都是通過菜單 Geometry進(jìn)行或者點(diǎn)擊相應(yīng)的工具按鈕。GwmmtiryMeshFindNetworksMAshFirniNetworksSolutionOp+imiCubuidFlareSphereCylinderCone體、喇叭體、球體、圓柱體或椎體。以立方體為例進(jìn)行介紹。SolutionOptiFTIiE;：ELtionSolidSui_faceCurve：線結(jié)構(gòu)線結(jié)構(gòu)LineFolylirLeAiLslyticalcin_veElliptic：=LfcP：fabolic

7、：=LfcHjierbolic:mr匚BezierciifveFittedsplirLeHelixGeometryMeshFindITetworksSolutioniptimisaSolid卜rsi訓(xùn)Union面結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)EllipseSubt:rJ.UlllF：=LfaboloidSolid卜Sin-face卜Curve：卜體結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)cSubtl:EL匸Lj.xurn如果要建立一個(gè)實(shí)體，在菜單 Geometry -Solid菜單包含創(chuàng)建立方UnionSubt:Inte:SpinSweepFathsweepLoftSm_faceFolygonCm-ve在 DefinitionMethod中可

8、以選擇建立立方體的方法，第一種是提供頂點(diǎn)起始坐標(biāo)，長、寬和高。隨即要在下方的 BaseConer 處輸入?yún)⒖甲鴺?biāo)系 UVN 的坐標(biāo)值，參考坐標(biāo)系可以在 Workplane標(biāo)簽頁進(jìn)行設(shè)置。默認(rèn)參考坐標(biāo)系與原坐標(biāo)系相同。依次輸入頂點(diǎn)坐標(biāo)（0，0，0），長（10），寬（20），高（30），名字為默認(rèn)的 Cuboidl，并點(diǎn)擊 Creat創(chuàng)建。FEKO 采用連續(xù)創(chuàng)建模式,對(duì)話框不會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，可以緊接著建立第二個(gè)立方體。第二種方法是提供面中點(diǎn)坐標(biāo)，長、寬和高。采用這樣的方法可以更方便的建立以該點(diǎn)為中心的立方體?？梢栽?Workplane中改變參考坐標(biāo)系，看看發(fā)生的變化。U不變,將 V修改為（0,-1,0

9、）,這時(shí)立方體的大小沒有發(fā)生改變，寬向-y轉(zhuǎn)軸，點(diǎn)擊一次相應(yīng)發(fā)生旋轉(zhuǎn) 90度的操作。比如選擇繞 v 軸旋轉(zhuǎn) 90度可以得到以下的結(jié)果?；镜囊晥D操作：旋轉(zhuǎn)：鼠標(biāo)左鍵+滑動(dòng)鼠標(biāo)放大：滾輪平移：按滾輪+活動(dòng)鼠標(biāo)方向延伸，因?yàn)?UVN 滿足右手定則，高向-z 方向延伸。3300101 01 0101 0臺(tái) ModifycuboidWorkplaneGeometryOriginY0.0Z0.0U化ctorX1.0Y0.0Z0.0V化ctorX0.0Y-1.0FEKO中也包含非常多的基本模型變換操作，以生成更加復(fù)雜的一些結(jié)構(gòu)。這里介紹一下 Sweep操作。例如建立一個(gè)螺旋彈簧，其橫截面為 5mm 的圓，

10、 高度為 100mm， 5 圈。 首先要在起始位置建立圓形 （橫截面），從菜單選擇建立圓形操作。圓心坐標(biāo)為（0，30，0），為了使其橫截面在 yoz平面里，繞 y軸旋轉(zhuǎn) 90。又或者，改變 U向量為（0，0，-1）。接下來需要規(guī)定橫截面運(yùn)動(dòng)的軌跡，這條軌跡為螺旋線，F(xiàn)EKO有生成螺旋線的命令（Helix）。借助這個(gè)命令，調(diào)整起始點(diǎn)為（0,30,0），生成滿足條件的螺旋線。注意，起始點(diǎn)默認(rèn)為 x軸，此時(shí)需要在Worplane中繞 z軸旋轉(zhuǎn) 90。接下來，右鍵點(diǎn)擊工程樹中的圓，選擇 Apply-PathSweep 操作。Rt1000101ILUdp因WSEE!UEI臺(tái)CreatehelixeEll

11、ipielnldnotbeparallelGeometryDefinitionmethodsU0.0DimensionsEndradius(Rt)Height(H)RotationTurnE(IT)5.0LabelHeliMlCreateWorkplaneLefthandedBaseradius(Rb)30Originofhelisist.C)Basecentrebaseradiusendradius,heig：T彈出的對(duì)話框要求選擇路徑，因此在工程樹中選擇 Helixl，然后Create。注：當(dāng)兩個(gè)物體相互遮擋的時(shí)候，可以在工程樹中右鍵打開快捷菜單，選擇 View/Hide 操作。另外一類最

12、常使用的操作被成為布爾操作，以 substract具體的操作為 ： 首 先 選 擇 toolparts( 工 具 ) ， 然 后 從 快 捷 菜 單 中 選 擇Apply-Substractfrom。當(dāng)提示選擇下一個(gè)物體時(shí)(blankparts),選擇被減去的對(duì)象。EJGeametry在設(shè)置模型材料的時(shí)候，由于 FEKO 沒有默認(rèn)的材料庫，需要首先手動(dòng)建立一種材料。右鍵點(diǎn)擊工程樹 Media 可以建立介質(zhì)，金屬等材料。例如建立 PCB 常用的環(huán)氧玻璃布介質(zhì)，需要在接下來的對(duì)話框中填寫相對(duì)介電常數(shù)、損耗角正切等參數(shù)。raf.fiMeshesNcm-radi宜tinkPortsEJSol口tiML

13、DeleDelRerL：iJTieF2SpyCtrl+KCopyspecialkShow/HideZoomtoselectionSubtracit.romSplitSpinSweepF：i.thsweepFrojmetIrnprintpointsExplodeSimplifyAssemblyCoilapse/ExpallFropeirtiesEdgeEFacesRegionEInfin2Loads!+EEx匚itJJC:ilcu+Dptimi呂注ti(j口ApplyTF：=LTLstorm:n忌AddvoltagesourceLabelVoltageSurn-cel為了生成最終的輻射場(chǎng)結(jié)果，需

14、要雙擊工程樹工程樹Solution-Calculation-currents，彈出的對(duì)話框中保留所有模型上的電流。與 HFSS中一樣，遠(yuǎn)場(chǎng)的求解需要指定遠(yuǎn)場(chǎng)的范圍，即6的取值范圍。在工程樹中用右鍵點(diǎn)擊 Calculation-Requestfarfields，在對(duì)話框中設(shè)置整個(gè)空間。廳RequestfarfieldsFOEititmCoordinates|AdvancedIIC：alciliat日fieldsasspecified電C：alciliafieldsinplanmwaveincidentdirection*懇SolutioncurrentsSaveCHITenforpo5tproc

15、eEEingjAllCHITerLts9OnlytriangleCHITHTL+SJOnlyEegmentCIJITenOKC：=LTLcelExportCHITentoASCIIfile(*.os)Exportento*.outfile接下來，同樣的方法添加 S-parameters求解項(xiàng)。.C：1匚til:atinnVCurrerEJ-SuiircedaL-o+DpttitmI三EdgesWirelCHITentoutputRequest皿：遼fieldsRequestfarfieldsRequestSp：=Lr：=JTieRequestSARRequest匚able：=LiLalysis

16、RequestreceivingarLtEnrLSLHideallShowall注：FEKO 中默認(rèn)采用 MOM 法求解。由于此時(shí)導(dǎo)體上刨分段的電流幅度相位是需要求解的未知量，因此求解空間已經(jīng)局限于導(dǎo)體表面，未知量的個(gè)數(shù)由刨分段的數(shù)量決定，也就不用設(shè)置空氣腔來限定求解變量的規(guī)模。刨分設(shè)置在 FEKO 中是非常重要的一環(huán)，很多情況下，不是模型建立有問題而是網(wǎng)格刨分設(shè)置有問題導(dǎo)致的結(jié)果不正確。刨分規(guī)則：刨分越精細(xì)，求解結(jié)果約精確，但是求解規(guī)模約大，求解時(shí)間越長。關(guān)于刨分的規(guī)則，F(xiàn)EKO 用戶手冊(cè)中給出了如下的參考值。線段長(wiresegmentlength)：般小于十分之一自由空間波長。三角形邊

17、長(triangleedgelength):一般小于六分之一自由空間波長。如果內(nèi)存允許，最好是小于九分之一波長。四面體邊長(tetrahedraedgelength)：小于十五分之一自由空間波長。線半徑(Wiresegmentradius):小于五分之一線段長對(duì)模型進(jìn)行刨分的操作通過菜單 Mesh-CreateMesh開啟， 在文本框中輸入刨分的長度。如果工作頻率/帶寬已經(jīng)設(shè)定，那么可以通過點(diǎn)擊 Suggest按鈕自動(dòng)填充建議值。最后點(diǎn)擊 Create 生成網(wǎng)格數(shù)據(jù)。至此模型建立、端口設(shè)置與求解設(shè)置結(jié)束，我們可以在工程樹中檢查一下有什么沒有添加的。沒有問題就可以開始仿真分析了，從菜單中選擇 R

18、un-FEKO。EJ-jeumetry/LinelHMesheE魁ZJ-DCJITor-radiatingnetworksForts由斗 4 冷Furtl0-Solutiunj-/WFrequency2GHz.2.05GHz.2.95GHz.?Infiniteplanes聲LoadsS-EExcit：mti口口弓FuwerNuEc：1ing口11ageScnfcelSCalCIJIionXjCIJITerLtwAllcijiTentw0SMilt-1：edzt注丄oVoltageScnjrcelHFarfieldsFarFieldlHS_p:ii-:dirietmr弓=S1SP:f:dine提示 Finished表示分析完成=分割線=5、結(jié)果可視化輸出仿真結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已經(jīng)生成，但是 CADFEKO中沒有集成結(jié)果可 視 化 輸 出 功 能 。 完 成 可 視 化 輸 出