FEKO introduction

对于具有广大市场需求的高频电磁场领域，除了计算常规的电小尺寸的问题外，在雷达目标识别、天线辐射、多天线及载体耦合等领域还需要能够解决电大尺寸辐射、散射、传播问题的电磁场分析工具。基于有限元方法(FEA)的EmagHF、Emax、以及其它基于差分法等的高频电磁分析工具在处理这类开放域的问题时需要对传播空间划分网格，需要在距离分析对象周围相当距离的位置设置具有一定层数、一定厚度的吸收边界条件，由于这些参数的设置对用户有较高的工程经验要求，并难于在当前计算机硬件条件下实现大规模问题的分析。因此，ANSYS公司推出了Emax的补充工具，具有矩量法（MM）计算核心，能够混合物理光学方法（PO）和一致性几何绕射理论（UTD）等高频方法的针对电大尺寸问题的计算模块FEKO。 
FEKO是德语Feldberechnung bei Korpern mit beliebiger Oberflache(任意复杂电磁场计算)首字母的缩写。正如产品名称所说，本产品用于复杂形状三维物体的电磁场分析。
由于FEKO基于严格的积分方程方法，用户无需对传播空间进行网格划分；由于积分方程基于格林函数构建，用户无需设置吸收边界条件；只要硬件条件许可，矩量法（MM）可以求解任意复杂结构的电磁问题。对于超电大尺寸的问题，使用FEKO的混合方法来进行仿真模拟：对于关键性的部位使用矩量法（MM），对其他重要的区域（一般都是大的平面或者曲面）使用PO或者UTD。另外，对PO方法，FEKO使用了棱边修正项和模拟凸表面爬行波的福克电流来提高模拟精度。这样，FEKO真正实现了MM方法和PO/UTD的混合，可以根据不同的电磁问题，对混合方法进行不同范围的组合，可以根据用户的需要进行快速精确的电磁计算，得到满意的精度和速度。
FEKO中如下技术的运用使矩量法能处理大范围的各种复杂实际工程问题:
- 用于多层介质的平面格林函数
- 用于处理介质体的面积分方程（面等效原理SEP）和体积分方程（体等效原理VEP）
- 介质涂敷线段、薄介质基片、球格林函数等
- 用于模拟真实地面的集总反射系数近似/Sommerfeld积分
- 快速多极子（FMM）和多层快速多极子（MLFMM）解算方法
使用FEKO的高频方法，根据计算机硬件条件和待求解问题精度要求的不同，可以求解成百上千个波长的电磁问题。同时，由于电磁波工程实用频率总是在不断攀升的，待分析的电磁问题的电尺寸也越来越大，FEKO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FEKO的高频方法，根据计算机硬件条件和待求解问题精度要求的不同，可以求解成百上千个波长的电磁问题。同时，由于电磁波工程实用频率总是在不断攀升的，待分析的电磁问题的电尺寸也越来越大，FEKO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。
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，可以考虑地面、海面的反射效果，可以考虑微带电路、微带天线等多层结构问题，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。
在ANSYS统一的前后处理器（ANSYS PrepPost）中，可以方便地建立诸如飞机、舰船、导弹、坦克、汽车等复杂分析对象的高频电磁计算模型（几何模型和MM/PO/UTD网格模型）。也可以直接输入各种高级CAD软件（如UG、Pro/E、CATIA等）创建的几何模型，然后再自动剖分网格，避免电磁分析人员在构建几何模型方面花费过多时间。
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（诸如高斯脉冲、三角脉冲、双指数脉冲、斜坡函数等）。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。
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。
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、准牛顿法等等），可针对增益、隔离、RCS、辐射方向图、阻抗系数、反射系数、近场场值等指标进行优化分析，达到分析设计一体化的目的。

 

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