电磁场分析软件FEKO.docx

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电磁兼容分析软件FEKO
（FEKOSuite5.3）

来文娟
（04085065）

电磁场分析软件FEKO（5.3）
1.软件背景介绍
FEKO是复杂形状三维结构的电磁场分析软件，是复杂专业电磁场仿真领域中最强大的软件，应用范围非常广泛，由南非的EMSS公司开发。FEKO基于著名的矩量法（MoM）对Maxwell方程组求解，可以解决任意复杂结构的电磁问题，是世界上第一个把多层快速多极子（MLFMM：Multi-LevelFastMultipoleMethod）算法推向市场的商业代码，在保持精度的前
提下大大提高了计算效率，使得精确仿真电大问题成为可能（典型的如简单介质模型的RCS、天线罩、介质透镜）。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，非常适合于分析开域辐射、雷达散射截面（RCS）领
域的各类电磁场问题。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。

2.主要功能
1.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；
2.丰富的求解器选择：
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.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；
4.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；
5.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；
6.强大的前后处理功能：
CADFEKO提供直接面向求解器的3D图形建模和网格划分功能，支持多种CAD格式的网格文件导入：包括FEMAPNeutral(*.neu)，AUTOCAD(*.dxf)，特定的ASCII，NASTRAN(*.nas)，STL(*.stl)，ANSYS(*.cdb)，ParaSolid等等；POSTFEKO提供图形化后处理能力。
7.二次开发：
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。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；
8.并行计算：
FEKO提供并行版本，支持分布式内存（MPP）和共享式内存（SMP）并行方式，其MLFMM求解器具有非常好的并行效率。在并行计算中，加速比和效率是并行程序进行评价的重要指标，其中，加速比定义为：单个节点上的运行时间和n个节点上运行时间的比，效率定义为加速比和计算节点个数之比。MLFMM求解器的并行计算效率测试见图1

图1FEKO-MLFMM求解器并行计算效率

3.典型应用
天线设计：
基于其独特的高频算法，FEKO广泛应用于包括线天线、面天线、喇叭天线、反射面天线、相控阵天线、微带天线等各种天线结构的设计中，计算和优化各种关心的天线性能参数。
天线布局：
飞机、舰船、车辆等载体上的天线在工作状态下其输入阻抗、方向图等会受到载体的影响，载体的电尺寸通常都比较大，FEKO独特的MM/PO/UTD混合方法对这样的电大尺寸问题非常适用，能有效地优化载体上天线及天线系统的布局方案，类似的影响还包括地面、水面、天线附近的大型目标等。
雷达散射截面（RCS）计算：
对于大型目标、地面目标等的RCS雷达散射截面（目标识别）计算也通常是电大尺寸问题，同样，FEKO的混合高频算法对这类问题也有很好的计算效果。
EMC/EMI分析：
EMC/EMI分析的涵盖范围非常广泛，FEKO适用于系统级的高频EMC/EMI计算，前面提到的天线布局分析实际上就可以完成天线系统的EMC计算。FEKO的很多特有技术对EMC分析非常有效，比如：有多种方法可以模拟介质体和磁性结构、能有效处理真实地面、用多层介质函数可以分析印刷电路板、特别善于处理电大尺寸问题的高频混合算法、自适应频率采样（AFS）技术特别适合于宽带EMC分析等等。
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