FEKO教案1.docx

1、FEKO教案1FEKO 1一、简介FEKO是美国EMSS公司推出的一款针对天线设计、天线布局与电磁兼容性分析的专业电磁场分析软件。FEKO是以矩量法（MOM）为基础，采用多层快速多极子算法（MLFMM），并与物理光学法（PO）、一致性绕射理论（UTD）等高频电磁分析方法相结合，在保证计算精度的同时，大大提高了计算速度，可以分析电大尺寸结构的电磁辐射、散射、EMC等确定性问题。FEKO特点：具有多种算法可供选择，比如求解电小结构的天线，FEKO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，既可以采用多层快速多极子，也可以采用混合算法采用矩量法分析电小结构部分，而用高频方法分析电大

2、结构部分。网址：http:/www.feko.infoFEKO软件的界面包括CADFEKO、EDITFEKO、POSTFEKO，软件模块包括PREFEKO、FEKO、OPTFEK和OTIMEFEKO。CADFEKO主要用于创建几何模型，进行网格划分以及进行求解设置。本课程中，重点对CADFEKO建立模型和网格，并在POSTFEKO中输出可视化结果的过程进行学习。更多其他模块的使用方法请参考用户使用手册。二、操作界面CADFEKO的用户界面包括工具条、建模窗口、工程树、快捷工具、细节窗口和消息窗口。菜单工具工具按钮工程树窗口绘图窗口三、建模仿真过程1、建立工程文件和保存在CADFEKO中新建和保

3、存后生成*.cfx文件（原始模型文件，包括几何模型、网格、求解设置、优化设置），*.cfm文件（保存网格数据）和*.pre文件（PREFEKO输入文件）。运行PREFEKO又会生成*.fek文件（求解模型信息）。运行FEKO后，又会生成*.bof（图形数据）和*.out（ASCII形式的结果文件）2、基本参数设置设置单位通过选择菜单Model-Model unit进行设置。系统默认的是cm。偏好设置中，可以在菜单Option-Colour中选择例如背景颜色。3、建模早期版本的FEKO软件采用的是卡片编辑生成模型的方法，随着人们对可视化建模需求增加，逐渐发展起了CADFEKO模块。不过至今，CA

4、DFEKO中仍然保留着文本编辑建模（EDITEKO），可以方便的对后缀名.pre的文件进行修改。建立基本模型的方法与HFSS类似，基本类型包括线、面和体。建立的操作都是通过菜单Geometry进行或者点击相应的工具按钮。线结构面结构体结构如果要建立一个实体，在菜单Geometry-Solid菜单包含创建立方体、喇叭体、球体、圆柱体或椎体。以立方体为例进行介绍。 在Definition Method中可以选择建立立方体的方法，第一种是提供顶点起始坐标，长、宽和高。随即要在下方的Base Coner处输入参考坐标系UVN的坐标值，参考坐标系可以在Workplane标签页进行设置。默认参考坐标系与原

5、坐标系相同。依次输入顶点坐标（0，0，0），长（10），宽（20），高（30），名字为默认的Cuboid1，并点击Creat创建。FEKO采用连续创建模式，对话框不会自动关闭，可以紧接着建立第二个立方体。第二种方法是提供面中点坐标，长、宽和高。采用这样的方法可以更方便的建立以该点为中心的立方体。可以在Workplane中改变参考坐标系，看看发生的变化。U不变，将V修改为（0，-1，0），这时立方体的大小没有发生改变，宽向-y方向延伸，因为UVN满足右手定则，高向-z方向延伸。在该标签页下，还可以完成旋转操作。在Rotate workplane中选择旋转轴，点击一次相应发生旋转90度的操作。比如

6、选择绕v轴旋转90度可以得到以下的结果。 基本的视图操作：旋转：鼠标左键+滑动鼠标放大：滚轮平移：按滚轮+活动鼠标 FEKO中也包含非常多的基本模型变换操作，以生成更加复杂的一些结构。这里介绍一下Sweep操作。例如建立一个螺旋弹簧，其横截面为5mm的圆，高度为100mm，5圈。首先要在起始位置建立圆形（横截面），从菜单选择建立圆形操作。圆心坐标为（0，30，0），为了使其横截面在yoz平面里，绕y轴旋转90。又或者，改变U向量为（0，0，-1）。 接下来需要规定横截面运动的轨迹，这条轨迹为螺旋线，FEKO有生成螺旋线的命令（Helix）。借助这个命令，调整起始点为（0,30,0），生成满足条

7、件的螺旋线。注意，起始点默认为x轴，此时需要在Worplane中绕z轴旋转90。接下来，右键点击工程树中的圆，选择Apply-Path Sweep操作。弹出的对话框要求选择路径，因此在工程树中选择Helix1，然后Create。 注：当两个物体相互遮挡的时候，可以在工程树中右键打开快捷菜单，选择View/Hide操作。 另外一类最常使用的操作被成为布尔操作，以substract具体的操作为：首先选择tool parts（工具），然后从快捷菜单中选择Apply-Substract from。当提示选择下一个物体时（blank parts），选择被减去的对象。在设置模型材料的时候，由于FEKO没有

8、默认的材料库，需要首先手动建立一种材料。右键点击工程树Media可以建立介质，金属等材料。例如建立PCB常用的环氧玻璃布介质，需要在接下来的对话框中填写相对介电常数、损耗角正切等参数。任何新建工程中， Media中有默认的有理想电导体、理想磁导体和真空。建立一种新的材料成功后，工程树中的Media下会增加一项。在FEKO中，默认物体的颜色由材料决定。因此设置物体的颜色设置是在材料属性设置中完成的。右键单击材料，选择change display colour。 设置好材料属性和颜色以后，就可以在工程树中选择物体对象，在下方的详细属性对话框中，右键快捷菜单中Regins-Properties设置其

9、材料了。下面还是以中心工作频率2.45GHz的对称振子天线为例，对接下来的端口设置、求解设置和可视化输出进行介绍。注意求同存异共谋发展。1、 新建并保存工程名为dipole。2、 设置模型的长度单位为mm。3、 建模矩量法是基于网格和边的，可以求解无线细的理想天线模型，因此可以用一条线作为对称振子模型。将振子沿z轴放置，振子长度设置为60mm。4、 端口与求解设置接下来进行端口设置，因为端口的优先级较材料要高，在建立的线中央直接设置端口和激励是可行的，这与HFSS中的操作存在较大的不同。在工程树中单击选择Line1，在下方的详细属性窗口中Edge下右键选择Wire1，弹出的快捷菜单中选择Cre

10、ate port-Wire port。在接下来的对话框中，Location on wire选择Middle，点击Create。成功建立端口后会在线中部出现红灰蓝相间的标记。紧接着我们在端口上添加电压源激励。方法是右键点击工程树的Solution-Excitation，在快捷菜单中选择Voltage source并在稍后弹出的对话框点击Create创建电压激励。接下来对求解参数进行设置，首先就是中心频率设置。右键选择工程树的Solution-Frequency-Set frequency。求解频率对话框中，选择Linearly spaced discrete points，设置起始频率为2GHz

11、，终止频率为3GHz，频率点个数为21个。点击OK键确认。 为了生成最终的辐射场结果，需要双击工程树工程树Solution-Calculation-currents，弹出的对话框中保留所有模型上的电流。与HFSS中一样，远场的求解需要指定远场的范围，即，的取值范围。在工程树中用右键点击Calculation-Request far fields，在对话框中设置整个空间。 接下来，同样的方法添加S-parameters求解项。注：FEKO中默认采用MOM法求解。由于此时导体上刨分段的电流幅度相位是需要求解的未知量，因此求解空间已经局限于导体表面，未知量的个数由刨分段的数量决定，也就不用设置空气腔

12、来限定求解变量的规模。刨分设置在FEKO中是非常重要的一环，很多情况下，不是模型建立有问题而是网格刨分设置有问题导致的结果不正确。刨分规则：刨分越精细，求解结果约精确，但是求解规模约大，求解时间越长。关于刨分的规则，FEKO用户手册中给出了如下的参考值。线段长（wire segment length）：一般小于十分之一自由空间波长。三角形边长（triangle edge length）：一般小于六分之一自由空间波长。如果内存允许，最好是小于九分之一波长。四面体边长（tetrahedra edge length）：小于十五分之一自由空间波长。线半径（Wire segment radius）：小于

13、五分之一线段长。 对模型进行刨分的操作通过菜单Mesh-Create Mesh开启，在文本框中输入刨分的长度。如果工作频率/带宽已经设定，那么可以通过点击Suggest按钮自动填充建议值。最后点击Create生成网格数据。至此模型建立、端口设置与求解设置结束，我们可以在工程树中检查一下有什么没有添加的。没有问题就可以开始仿真分析了，从菜单中选择Run-FEKO。提示Finished表示分析完成=分割线=5、 结果可视化输出仿真结束，结果数据已经生成，但是CADFEKO中没有集成结果可视化输出功能。完成可视化输出的是另一个功能模块POSTFEKO。可在CADFEKO工具栏中点击按钮启动POSTFEKO模块。（1） 点击上方的按钮，生成散射参数。左侧Frequency框选所有频率，得到反射系数的模值随频率变化的曲线。利用左侧的图形设置按钮可以调整图形的线宽、标题、字体等等。（2） 点击左侧按钮，可以生成天线的3D方向图。（3） 点击左侧按钮，可以生成电流幅度分布。Cutplan 按钮可以切开一半进行观察。