FEKO助力大量工業(yè)領(lǐng)域的OEM廠商及其供應(yīng)商解決其在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、分析和測(cè)試驗(yàn)證過(guò)程中遇到的EMC問(wèn)題。通過(guò)使用FEKO等仿真工具，減少了試制樣品的數(shù)量和測(cè)試的次數(shù)，將傳統(tǒng)的以測(cè)試驅(qū)動(dòng)的開發(fā)流程轉(zhuǎn)變?yōu)橐苑抡骝?qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。FEKO在EMC/EMI領(lǐng)域的重要應(yīng)用包括了電磁輻射、電磁抗干擾、雷電效應(yīng)、高強(qiáng)度輻射場(chǎng)（HIRF）、電磁脈沖（EMP）、電磁屏蔽、電磁輻射危害以及天線耦合等。

天線布局

在自由空間中進(jìn)行天線仿真時(shí)，有多種技術(shù)可選。在實(shí)際應(yīng)用中，這樣的天線被安裝在實(shí)體結(jié)構(gòu)上，嚴(yán)重影響天線的自由空間輻射特性。對(duì)于安裝在大型平臺(tái)上的天線，測(cè)量其輻射特性非常困難，有時(shí)甚至無(wú)法測(cè)量。因此，進(jìn)行精確仿真的挑戰(zhàn)是，天線與大型電子環(huán)境的交互。多年來(lái)，F(xiàn)EKO 在天線布局方面已經(jīng)贏得良好聲譽(yù)，成為車輛、飛機(jī)、衛(wèi)星、輪船、蜂窩基站、塔、建筑及其他地點(diǎn)的天線布局的標(biāo)準(zhǔn) EM 仿真工具。MLFMM 和 FEKO 中的漸進(jìn)求解器（PO、RL-GO 和 UTD）以及模型分解共同作用，使 FEKO 成為解決大型或超大型電子平臺(tái)上天線布局和共址干擾問(wèn)題的理想工具。

戰(zhàn)斗機(jī)和輪船上的天線布局（表面電流如圖顯示）

FEKO仿真

基于平臺(tái)上多天線間的隔離度問(wèn)題（圖1）是FEKO最擅長(zhǎng)處理的問(wèn)題之一。該飛機(jī)模型是EMC計(jì)算電磁學(xué)（CEMEMC）專題研討會(huì)上展示的一個(gè)測(cè)試模型，屬于EV55（屬于HIRF-SE FP7 EU項(xiàng)目，EVEKTOR，spol.s r.o.和HIRF SE聯(lián)盟擁有其版權(quán)）的變形版本。用戶只需要根據(jù)求解問(wèn)題的類型、電尺寸大小和復(fù)雜度等來(lái)選擇FEKO中的一種求解器進(jìn)行計(jì)算。FEKO中快速計(jì)算天線間互耦的一種方法是通過(guò)S參數(shù)，用戶可以在不重復(fù)啟動(dòng)求解器的情況下通過(guò)一次計(jì)算可視化顯示天線負(fù)載的變化對(duì)天線間耦合的影響，直觀顯示大量天線端口的耦合并繪制共址干擾矩陣來(lái)識(shí)別和分析耦合強(qiáng)度的等級(jí)。此外，F(xiàn)EKO的模型分解技術(shù)結(jié)合天線等效、EMC等效騷擾源可以降低對(duì)計(jì)算資源的需求。

圖1：由FEKO仿真得到飛機(jī)在1GHz時(shí)的內(nèi)外空間磁場(chǎng)強(qiáng)度分布

EMI設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)

用FEKO來(lái)解決EMI問(wèn)題的案例非常多。例如，從車輛電纜束的輻射場(chǎng)耦合到擋風(fēng)玻璃天線（和到其它形式的天線），這也與汽車行業(yè)的CISPR-25 EMC測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)（CISPR是無(wú)線電干擾國(guó)際特別委員會(huì)，也是國(guó)際廣播電臺(tái)國(guó)際特別委員會(huì)）。噪聲信號(hào)會(huì)通過(guò)車輛內(nèi)不同的線纜傳播，這些線纜的輻射場(chǎng)會(huì)耦合到不同的天線中，從而降低模擬或數(shù)字廣播類系統(tǒng)的性能。為解決這個(gè)問(wèn)題，F(xiàn)EKO包含了一個(gè)完整的綜合線纜建模工具來(lái)分析線纜的輻射（和抗干擾）。這個(gè)工具與專門為真實(shí)風(fēng)窗天線應(yīng)用開發(fā)的風(fēng)窗天線建模與求解技術(shù)適合于分析和解決這些挑戰(zhàn)（圖2）。圖2b給出了車左側(cè)與右側(cè)10米遠(yuǎn)處兩個(gè)位置的輻射電場(chǎng)，每一個(gè)位置點(diǎn)包括了仿真得到的垂直和水平極化場(chǎng)強(qiáng)值。

圖2：含風(fēng)窗天線的車模，線束和引擎控制單元（ECU）的等效源（a）和車左右10米處的近場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度仿真結(jié)果和基于測(cè)量系統(tǒng)搭建的仿真模型（b）

獨(dú)特的性能

FEKO易于使用，并具有全面、準(zhǔn)確、可靠、完全并行化、支持真正混合求解的求解器集合，包含矩量法（MoM）、多層快速多極子（MLFMM）、有限元（FEM）、時(shí)域有限差分（FDTD）、物理光學(xué)/大面元物理光學(xué)法（PO/LE-PO），射線幾何光學(xué)（RL-GO）和一致性繞射理論（UTD）等。這些求解器已廣泛用于天線設(shè)計(jì)和天線布局、EMC、雷達(dá)散射截面（RCS）、生物電磁、天線罩、射頻器件等問(wèn)題的仿真。根據(jù)求解問(wèn)題的電尺寸和問(wèn)題的復(fù)雜度，只需選擇使用這一個(gè)或另一個(gè)求解器。FEKO的綜合電纜建模工具解決了涉及復(fù)雜電纜的EMC問(wèn)題。FEKO用于電纜分析的特殊算法是多導(dǎo)體傳輸線法（MTL）和MoM/MTL混合法，后者適用于電纜下方地面不連續(xù)時(shí)的分析場(chǎng)景。FEKO作為Altair HyperWorks計(jì)算機(jī)輔助工程平臺(tái)的一部分，帶來(lái)了一系列額外的差異化功能，由于Altair獨(dú)特的授權(quán)系統(tǒng)，無(wú)需額外的成本就可以利用這些功能。借助于業(yè)內(nèi)最著名的有限元分析前處理器模塊HyperMesh，能夠減少?gòu)?fù)雜CAD模型清理（含自動(dòng)清理）和網(wǎng)格剖分的時(shí)間；使用HyperStudy，F(xiàn)EKO用戶可以采用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法(Design of Experiments)來(lái)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，包含其它物理特性分析；使用activate可以進(jìn)行電路（如DC/DC轉(zhuǎn)換器）的設(shè)計(jì)與分析。

天線設(shè)計(jì)

FEKO?在工業(yè)中廣泛應(yīng)用于天線的分析和設(shè)計(jì)，適用于電臺(tái)和電視廣播、無(wú)線系統(tǒng)、蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)、遙控?zé)o匙開鎖系統(tǒng)、輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、衛(wèi)星定位和通信、雷達(dá)、RFID 等領(lǐng)域。FEKO 矩量法 (MoM) 求解器廣泛用于天線設(shè)計(jì)，此外，由于這款軟件不僅具有模型分解功能（生成和使用等效源），還結(jié)合了多層快速多極子算法 (MLFMM) 等全波加速方法，或物理光學(xué) (PO)、射線尋跡幾何光學(xué) (RL-GO) 或一致性繞射理論 (UTD) 等漸近方法，因此可以高效地對(duì)反射面天線、雷達(dá)天線和配有天線罩的天線進(jìn)行分析。FEKO 還具備適合大型有限陣列的域格林函數(shù)法 (DGFM) 等功能，因此，還能準(zhǔn)確、高效地對(duì)天線陣列進(jìn)行分析。

頻率為 1.5 GHz 的 2x2 微帶貼片天線陣列上的電流

電磁兼容性

電磁兼容性 (EMC) 已經(jīng)成為眾多行業(yè)內(nèi)的 OEM 及其供應(yīng)商關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)話題。將組件和設(shè)備集成到系統(tǒng)中而不出現(xiàn)電磁問(wèn)題非常重要，同樣重要的是符合 EMC 相關(guān)法規(guī)。多年以來(lái)，F(xiàn)EKO?應(yīng)用于 EMC，對(duì)電磁干擾 (EMI) 和電磁敏感度或抗擾性 (EMS) 等相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行仿真。FEKO 包括完整的電纜建模工具，以分析電纜與其他電纜、天線或設(shè)備之間產(chǎn)生的輻射，這些輻射可導(dǎo)致干擾電壓和電流的形成，并引起系統(tǒng)的故障。FEKO 也用于仿真系統(tǒng)中電子控制單元 (ECU) 的輻射發(fā)射、屏蔽效能、輻射危害分析、電磁脈沖 (EMP)、光照效果和高強(qiáng)度輻射場(chǎng) (HIRF)。

FEKO 中的電纜建模界面

散射和 RCS

當(dāng)物體暴露于入射電磁場(chǎng)時(shí)，物體的散射特性與散射能量的空間分布有關(guān)。散射非常重要的兩個(gè)典型案例：設(shè)計(jì)檢測(cè)物體的系統(tǒng)時(shí)，如碰撞檢測(cè)系統(tǒng)；以及設(shè)計(jì)物體以增加或減少發(fā)送器對(duì)其檢測(cè)能力，如隱形飛機(jī)的設(shè)計(jì)。FEKO?的多種數(shù)字方法包括 MLFMM、RL-GO 和 PO，以及其后處理功能可以高效并準(zhǔn)確地解決散射和雷達(dá)有效截面 (RCS) 問(wèn)題。

直升機(jī)的 RCS 強(qiáng)度視圖

波導(dǎo)組件和微帶電路

自首次實(shí)現(xiàn)空間通信后，波導(dǎo)廣泛應(yīng)用于國(guó)防、航空航天、航海和通信行業(yè)中，用于諸如耦合器、濾波器、循環(huán)器、隔離器、放大器和衰減器等組件。FEKO?可用于波導(dǎo)組件的仿真，通常使用波導(dǎo)端口勵(lì)磁和 FEKO 的 MoM 以及有限元方法 (FEM) 求解器。

微帶技術(shù)用于設(shè)計(jì)平面電路，如耦合器、共振器和濾波器。當(dāng)電路跡長(zhǎng)可以與波長(zhǎng)比較時(shí)，使用全波 3D EM 分析。FEKO 中的平面分層格林函數(shù)和表面等效原理 (SEP) 公式非常適于分析印制微波電路。

由波導(dǎo) Delta 驅(qū)動(dòng)的 WR-90 magic-T 耦合器上的仿真場(chǎng)

生物電磁學(xué)

EM 仿真在生物醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展中起到了重要作用，仿真可以為人體內(nèi)或接近人體的電磁場(chǎng)相互作用提供有價(jià)值的參考。由于生物組織易損耗的本質(zhì)，發(fā)射器設(shè)計(jì)通常都側(cè)重于保證放射足夠的信號(hào)并且信號(hào)不在解剖載荷中丟失，同時(shí)符合在人體中限制比吸收率和最大溫度增加值的規(guī)則。典型應(yīng)用與移動(dòng)和無(wú)線設(shè)備、汽車內(nèi)的 RF 場(chǎng)、助聽器、人體佩戴天線、MRI（核磁共振）、種植體、降低體溫等相關(guān)。FEKO?中的 FEM、時(shí)域有限差分法和 MoM/FEM 方法非常適于這些應(yīng)用。FEKO 包括一個(gè)由不同人體模型組成的數(shù)據(jù)庫(kù)。

對(duì)于在汽車中佩戴袖珍收音機(jī)模型的 SAR 計(jì)算

匹配電路設(shè)計(jì)

天線設(shè)計(jì)工程師一項(xiàng)重要的任務(wù)就是確保帶寬和效率符合技術(shù)規(guī)范?？梢酝ㄟ^(guò)改變天線的物理結(jié)構(gòu)或使用匹配的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。Optenni Lab?由 Optenni 有限公司開發(fā)，可以通過(guò) Altair 銷售渠道購(gòu)得。該工具提供全自動(dòng)匹配電路生成和優(yōu)化程序。用戶只需指定所需的頻率范圍和匹配電路中的構(gòu)件數(shù)量，之后由 Optenni Lab 提供優(yōu)化匹配電路的拓?fù)溥x擇。Optenni Lab 使用來(lái)自主要的構(gòu)件生產(chǎn)商提供的精確電感和電容器模型，并進(jìn)行快速的公差分析以確保生產(chǎn)的匹配電路符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，使之成為FEKO理想的補(bǔ)充。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

天線綜合工具

Antenna Magus 是一款來(lái)自 Magus (Pty) 有限公司的天線合成工具，通過(guò) Altair 銷售渠道可以購(gòu)得。它提供一大批可供搜索的天線，可以在其中找到并設(shè)計(jì)符合用戶規(guī)范的天線?？神R上運(yùn)行的?FEKO?模型可以被導(dǎo)出，使 Antenna Magus 成為與 FEKO 互補(bǔ)的一個(gè)理想工具。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??參考論文：FEKO在直升機(jī)天線布局中的應(yīng)用

電磁仿真軟件FEKO具有強(qiáng)大的電磁場(chǎng)計(jì)算分析能力。以直升機(jī)載航管應(yīng)答天線和無(wú)線電高度表天線為例,研究了FEKO在直升機(jī)天線布局設(shè)計(jì)中的應(yīng)用,給出了FEKO中的模型建立方法,通過(guò)仿真計(jì)算天線輻射方向圖和隔離度及其分析,說(shuō)明FEKO可完成天線布局的優(yōu)化設(shè)計(jì)。研究中的試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果與仿真計(jì)算結(jié)果基本吻合,驗(yàn)證了FEKO進(jìn)行直升機(jī)天線布局仿真方法的合理性和可行性。

編輯：黃飛