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FEKO基础


FEKO培训系列之

FEKO基础
——简介、技术、界面及应用

ANSYS-CHINA上海办事处

添加标题 提纲

? 简介 ? 所采用的技术
– 基本方法 – 混合方法

? 部件及界面
– CADFEKO – EDITFEKO – POSTFEKO

? 应用

FEKO简介 添加标题
? 安世亚太提供的三维任意结构电磁场分析软件包
– 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

?

可分析各种电磁辐射、散射问题,在世界范围内得到了广泛的应用
– – – – 天线设计、天线布局 微带天线、微带电路 电磁兼容 电磁散射RCS分析 基于矩量法求解麦克斯韦方程组 基于矩量法的多层快速多极子算法(MLFMA) 高频方法PO,UTD等 有限元方法(FEM) 混合方法(各种方法与矩量法混合使用)

?

求解方法
– – – – –

添加标题 特性
? 真正的混合求解技术,速度和精度的最佳实现
– MoM/FEM混合 – MoM/PO混合 – MoM/UTD混合

? 并行求解技术 ? 核外求解技术(Out-of-core solution) ? 广泛的平台支持(包括64位系统) ? 时域解(TimeFeko,FFT将频域解变换到时域) ? 优化功能(OptFeko) ? 可导入多种CAD数据 ? 多种激励类型

MoM / PO 添加标题 混合方法
天线上用MoM ? MoM和PO的分离与耦合
– 对部分问题其有效性大大改善

天线平台用PO

? ? ? ?

空间分区加速射线跟踪 考虑真实地面影响的PO 用于介质体的PO 修正项提高精度: 边修正和边缘修正, 弯曲表面的福克电流 边修正 边缘修正 弯曲表面的 福克电流

MoM / UTD 混合方法 添加标题
射线可视化

?

一致性几何绕射理论 (UTD)
– 解决电大尺寸金属结构的UTD – 平面多边形的UTD – 圆柱的UTD – 用户可控的射线效应和修正项 – MoM/UTD混合 – 射线跟踪与可视化

MoM/FEM混合方法 添加标题
? FEM/MoM混合求解的优点及基 本方程
– FEM处理非均匀的介质体 – MoM精确快速求解复杂金属线和面 结天线 – 通过界面上边界条件耦合FEM和 MoM区域 (切向场连续) – 无需离散三维自由空间

FEM Region

MoM Region

去耦合MoM/FEM求解 添加标题
Formulation Number of elements 134158 tetrahedra 7200 metallic triangles 42 wires 10776 MoM unknowns 2517 coupling unknowns 848563 FEM unknowns 134158 tetrahedra 7200 metallic triangles 42 wires 10776 MoM unknowns 848563 FEM unknowns 65611 basis functions (38242 MoM unknowns due to symmetry) Memory requirement CPU-time

MoM/FEM (fully coupled)

4.5 GByte

1.33 hours (AMD Opteron 248)

MoM/FEM (de-coupled)

2.5 GByte

0.75 hours (AMD Opteron 248)

Full MoM (SEP)

21.8 GByte*

13 hours (out of core) (20 processes parallel AMD Athlon 1 GHz)

添加标题 最新技术——拓展的矩量法核心

? ?

基于加法定理的多层快速多极子方法 (MLFMA) 基于无限大平面分层和球面结构的矩 量法
– 地面、海面的模拟 – 微带天线 – 涂敷材料

?

基于表面等效和体等效的介质处理方 法
– 微带天线 – 涂敷材料

添加标题 并行求解技术

? 为了提高求解速度,可通过并行计算加速 ? Feko可支持多种体系的并行系统
– 多种操作系统(Windows和Linux/Unix等) – 多种体系结构(分布式内存、共享内存等)

? 并行模块
– MoM/MLFMA – PO、UTD

添加标题 核外求解技术

? 物理内存不足时,可通过虚拟内存来解决 ? 核外求解(Out-of-core)
– Feko提供了高效的核外求解器 – 扩大有限硬件条件的求解能力 – 但是,求解速度稍慢

添加标题 支持的平台

? 硬件
– Intel IA32 – Intel EM64T 64-bit – AMD Athlon SSE1 – AMD Opteron 64-bit – Etc.

? 软件
– Windows XP, Server 2003 – Linux – UNIX – Etc.

时域解(TimeFeko) 添加标题

? 通过Feko计算的频域数据,经过FFT逆 变换,可以得到结构的时域响应
– TimeFeko自动处理中间变换过程 – 内置几种可供使用的脉冲形式
? ? ? ? 高斯脉冲(Guassian) 斜坡脉冲(Ramp) 双指数脉冲(Double exponential) 三角波脉冲(Triangle)

优化(OptFeko) 添加标题

? ?

OptFeko可优化参数化建模的结构数据
– 优化参数可以是几何尺寸数据但不限于此

优化中使用下列方法:
– 单纯形方法 – Nelder Mead的单纯形方法 – 共轭梯度方法 – 柯西-牛顿方法

? ?

可以选择输入参数作为优化标准
– 如增益, 隔离增益, RCS, 阻抗, 近场场值等.

右图例子的变量设置为:
– 偶极子与平板间的距离 – 偶极子倾角 – 二者的优化结构在右图的中心位置附近

添加标题 其他特性

? ?

自适应频率扫描(Adaptive frequency sweep)
– FR卡选择continues data

可导入多种CAD模型(IN卡)
– – – – Ansys cdb数据 AutoCAD dxf数据 CADFeko cfm数据(Feko自带) ……

?

提供多种激励方式(Ax卡)
– 平面波、探针、同轴接头 – 远场等效激励源、近场等效激励源 – 电流元、磁流元等

Feko组件 添加标题

Feko suite CADFeko EditFeko PreFeko Feko RunFeko OptFeko PostFeko TimeFeko

?

GUI
– CADFeko – EditFeko – PostFeko

?实现部件 ?PreFeko ?Feko ?OptFeko ?TimeFeko

FEKO使用模式 添加标题

FEKO GUI

几何结构 与网格

建立控制 信息

通过PREFEKO 产生输入到 求解器

模型 检查

CADFEKO

EDITFEKO

POSTFEKO

图形结果 文本结果

调用FEKO 求解器

CADFEKO 添加标题

? ?

Feko提供的CAD建模分网软件 可导入多种常用建模软件的模 型
– Catia、UG、AICS等

? ? ?

可建立多种形体
– 如锥体、圆柱、环等

可执行布尔操作产生复杂模型 所有建模可参数化
– CADFEKO中定义的参数可在 EditFeko中直接使用

?

表面网格划分和体网格划分

EditFEKO 添加标题

? ? ? ? ?

设置求解参数,激励和输出等 带有对话框的卡片驱动,简单 易用 可使用高级数学函数变量 提供For循环及IF语句,以便复 杂建模及求解控制 另外,有内建建模工具,可建 简单模型及网格划分

PostFeko 添加标题

? ? ? ? ? ? ? ? ?

模型检查及数据后处理 支持多种视图和多种文件
– *.fek, *.bof, …

3D视图中可显示几何尺寸信息 支持多结果显示 支持任意切平面显示 高级SAR显示 UTD射线颜色幅度显示 表面电流和电荷显示 2D结果显示自动缩放单位

FEKO典型应用 添加标题

天线设计与分析
线天线,喇叭天线,反射面天线, 天线阵

电磁兼容分析
传输线和电缆,天线与天线

天线安装位置选择
在电大尺寸平台上安装天线 ( MoM/UTD 和 MoM/PO 混合方法尤其在这类问题中适用)

平面多层结构
微带天线和电路

介质体
手机对用户头部辐射效应的特殊吸收率分析

雷达截面计算(RCS)-目标识别
矩量法与基于三角基函数的 PO


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