FEKO 5.4 电磁场分析技术与实例详解（全）

讲述经典电磁仿真软件5.4各项用法和实现实例的教材“FEKO 5.4 电磁场分析技术与实例详解”的完全版；以前CSDN上的书不全，这个是完全版。内客提要FKO是目前匡内比较流行的高颊电磁场计算软件,其主要算法是矩量法(MOM)、物理光学法(PO)、一致性几何绕射理论(UTD)、快速多极子求解方法( ME.FMM)等,适合求解天线帮射问题、电磁散射问题和电磁兼容问题。本书比较详细地介绍FEKO54的基本原理和分析方法,内容包括:FEKO基础CADFEKO操作指南、 POSTFEKO指南、 EDITFEKO指南、卡片介绍、FEKO求解天线问题实例、FEKO求解RCS间题实例、FEKO求解传输线问题以及FEKO的优化技术、时域技朴、自适应麵率样技术等。本书适合于从事高频电磁场计算的教师、研究生和高年级本科生使用,也适合从事电磁场计算的科技人员参考。图书在版编目〔CIP)数据FEQ5,4电磁场分析技术与实例详解/照文,苏东林,衰晓梅编著,一北京:中国水利水电出版社2009,10(电磁场伤真分析系列TSBN978-7-5084-6gg0-81.(F…·Ⅱ.①阏…②苏…③袁…Ⅲ①电磁场一有限元分析一应用软件,FEK05,4Ⅳ,①0441.439中国版本图书馆CIP数据核字(2009)第185089号薰划编辑:杨元泓贾任编辑:宋俊娥封面设计:李佳书名电磁场仿真分析系列FEKo54电磁场分析技术与实例详解作者阎照文苏东林哀晓梅编著出版发行中国水利水电出版社北京市海淀玉渊潭南路1号D座100038)网址:www.watcrpub.com.cnF-mail: mccann@263net(万水)sales(@waterpub.corn.cn电话:(010)68367658(营销中心)、82562819(万水〕经售全国各地新华书店和相关出版物销售网点排版「北京万水电子信息有限公司印刷北京市天竺颗华印刷厂规格184mmx260mm16开本1925印张473千字版次200年910月第1版200年10月第1次印刷印数000—4000册定价|39.00元凡购买我社图书,如有缺页、倒页、脱页的,本社营销中心负责调换版权所有·侵权必究刖言FEKO是目前国内外比较流行的电磁场高频计算软件,其主要算法是矩量法(MOM)、物理光学法(PO)、一致性几何绕射理论(UTD)、快速多极子求解方法( MLFMM)等。目前最新版本是54。FFKO是比较容易学习和上手的软件,但是要真正掌握其内涵,还需要在理论和实践方面多下工大理解和练习。虽然FEKO容易学习,但是初学者在学习和使用的过程中还是会碰到一定的困难。这主要是因为一方面需要通过查阅大量的英文帮助,使学习的速度和效率变得很慢,另一方面FEKO的卡片在使用时还有许多技巧需要掌握。本书就是在这样的背景下编写的。本书的目的是把FEKO中最重要的核心内容搜集在一起,把大量的资料归类整理,按照中国人的习惯进行编辑加工,使本书更适合阅读和查找。此外,本书把大量的例子分类編写,从各个方面练习建模过程和卡片的使用技巧,使读者更容易理解和学习,也使本书更适合作为教科书。本书包括10章内容。第1章主要讲述FEKO的算法基础、FEKO的基本操作过程和一般指导说明。第2章是FEKO的建模工具— CADFEKO的详细介绍,本章主要是根据手册翻译和整理而成的,内容比较详细,目的是让读者方便阅读和査找。第3章是后处理模块一POSTFEKO的详细介绍,主要介绍几何模型显示方法以及3D、2D结果显示方法。第4章是卡片编辑器 EDITFEKO的介绍,主要介绍如何在 EDITFEKO中进行命令流(卡片)的编写、编辑、运行等语法规则。第5章是几何建模卡片的介绍,第6章是控制卡片的介绍,这两章介绍得不是很详细,主要是因为一是受篇幅所限,二是卡片的使用方法非常复杂,在具体使用时需要查阅“使用手册”。第7章是FEKO在天线分析设计方面的例题分析,给出几种典型天线的分析方法。第8章是FEKO在求解电磁散射(RCs)方面的应用实例。第9章是FEKO在求解波导传输线结构方面的应用实例。第7-9章分类编写例题,目的是让读者更方便理解和练习,也更方便査找使用方法和技巧。第10章是FEKO的优化技术、时域技术、自适应频率采样技术简介,本章起到抛砖引玉的作用,目的是让读者了解FEKO更多的功能,其详细的使用方法可参考“使用手册”。本书由阎照文、苏东林、哀晓梅编写,其中阎照文编写第1、7、8、9、10章,苏东林编写第2、3章,哀晓梅编写第4、5、6章,全书由阎照文统稿。此外,研究生付路、张兰兰、于晓丰、田国亮、姜英杰、王涛、栗伟珉、韩轶峰、王刚、车明明、韩雅静、王向晖、刘焱、王冰切、程禹、哈聪颖、康骊、宜娜参与了本书的部分编写工作,在此向他们表示感谢。本书的出版得到了“北京市属市管高校人才强教计划资助项目”的资助,在此表示感谢。虽然编写者付出了大量的艰苦工作来规划、思考、编写本书的结构章芍和内容,但由于时间紫迫,缺点与错误在所难免:本书是否能达到编写者的初衷,是否能让读者满意,还需要实践的检验。编写者欢迎关于本书的任何批评与赐教,联系地址: yanzhaowen@ buaa. edu. cry蝙者于北京航空航天大学2009年8月录前宣第章FFKO基础………………1,76 PRINT和EXIT命令…………………511.1FEKO概述………1第2章 CADFEKO操作指南1,2矩量法基础2.使用 CADFEKO……"""52,2.1矩量法基本理论…22.1.1 CADFEKO概述………………52122用四边形单元对电场积分2,12三维视图……………55方程的离散iaa BIrnrm"---+-21.3树形结构…………………60123用三角形单元对电场积分214变量参数方程的离散…2.1.5选择项目…1,2,4远场的近似表示……………1421.6删除项目……………………6125奇异点的处理方法l21.7点输入…………………66126空间三角形的积分方法……218局部直角坐标671,3物理光学法(PO)基础………22,19属性……………………6813.1无源区敝射场的积分方程…………212.1.10注释编辑器……………81,3,2散射场的物理光学近似…asm1: IT211消息文件和log文件…………….691.3,3 Gordon面元积分法求散射场222.1.12获取帮助----34涂敷介质面元的散射……232113快捷键…6914一致性几何绕射理论(UTD)基础………2422 CADFEKO建模………17014.1基本原理…1:,:::422.1定义单位……maa: 7014,2射线类型…222几何扩展………………701.5FEKO基本操作过程…,2822,3建模…,……-……“…“……7l15.1例1贴片天线实例282,2,4几何模型操作…:14152例2EMC合问题……………38225产生简单原型—删除部件的6一般指导…43创建历史记录……………………7916.1剖分指导……4322.6几何的有效性检查………………,801.6,2标签的使用…45227创建网格…18016.3利用对称性……462,28两格的验证和编辑……………83164介质体……………………47229优化网格…861.6.5文件名说明……………………………4822.10变换……,…"…;",…,……-……87166对结果的有效性检查………………4822,1l装配图……L7前处理器 FREFEKC…23在 CADFEKO中定义求解特性……8917.L概述…4923.1使用有损耗媒质--………89!7.2符号变量……………………49232设置材料属性…………………,9073 FOR/ NEXT循环…………………:492,33设置频率………---……-9174IF/ ELSEENDIF结构……………50234设置总的激励源功率9517.5符号节点名235独立于几何体的源……………………95236在几何体上设置端口、源和负载……9838得到帮助……………………:12923.7无穷大的面— Green函数和39快捷键…129地平面101第4章 EDITFEKO指南131238求解的控制……………………1024 I EDITFEKO概述……………13123,9求解…1034.2 EDITFEKO工具条………………3223.10模型确认…………I074.2.1文件控制工具条………13223运行的组成部分………-……107422编辑和窗口工具条…………--13223.12在 EDITFEKO中处理 CADFEKO43 EDITFEKO中的菜单项…………………133模型……0143.1文件菜单…………………133第3章 POSTFEKC指南……………,104.3.2编辑菜单………1333.1引言…110433儿何卡片和控制卡片菜单………13432 POSTFEKO概述l104.34运行菜单……………13432.会话、模型和结果的概念………11043.5窗口菜单…………………13432.2打开 POSTFEKO……………12436帮助菜单………………………134323启动其他的FEKO组件……11244 EDITFEKO中的参数…………13533显示几何模型……………112441外观标签……………………-13533缩放旋转移动模型………………113442选项标签……………1333,2模型视图控制面板……1345 PREFEKC模式……135333点与点之间的距离117451产生输入卡片……3534显示3D结果117452可变编辑器………………13734.3D结果的选择……=:.·4.6 OPTFEKO模式…………………137342普通设置…………………-,11846.l参数标签…………1373433D结果类型…………………………11946.2罚函数标笔133.5显示2D绪果………121463优化标签……:38352D结果控制面板……………121464日标函数标签………………138352缩放和移动图形………12447重要的按键…1383.532口結果选择…………………124第5章几何建模卡筒介…"140354电流和电荷图形…………….245,儿何卡概述40355源数据图…12552建立“点”卡………………141356S参数图形…………l255,21*卡…………………,……14I357功率数据图形……………12552.2DP卡…………………141358无辐射网络图形………………126523LA卡…"…"141359远场图…………………1265,24CBk………………………142350近场图…………………127525IP卡…12423.511数值序列描述…………12752.6RM卡……………-……mH4232加载并保存原始数据………1273建立“线段”卡………1423513 POSTFEKO中的p图形和5.3.1BL…,1:142导入( iraphFEKO中的wg图形“1285.3.2CL……:--14336输出3D2D图形………!·!L28533HE………………14337查看文本输出文件…………………………,1295.34wG14354建立“面”-卡…………………144510建模结束标志卡……………1554.1BP卡……14第6章控制卡简介………………………156542BQ卡……………………1446控制卡概述……………15654.3BT卡……11462循环控制卡…………………………-157544EL卡,…,………l4563媒质控制卡…………1754.5KKk…………,………1453.1BO………………,……………157546KR卡……146.3.2SK…………157547KU-14663.3GF……………………………158548NU飞卡…………1466.34DI………………158549PB卡l476.3.5c0…-….15954.10PH卡……………14764加载阻抗负毂卡…5954.|1PM卡…………………………14764.1LD…-……-15954|2T卡……………………………14864.2LE……………-…………………………15954.13ZY卡……………………,14864.3LP,…,,,……………………16055建立“介质”卡……………………148644LS………160551ME……,,14864,5LZ1652DK………-………………-………14964.6L4……………………………………l60553DZ…14965复合功能卡…””……6554QU…1506.5.lTL……………………l6155.5QI15065,2CG16l5.6“物理光学法”卡……………50653CF……-………………………………16!5,6,IFo………1506.54CA…1625.6.2KA…………;"”…………”,”………”…】5166激励源卡……1625.6.3KL…45l6.6_1A0……………………………………1625,6,4PO2151662Al:m"163565VS………-………,…………,………15I663A2…………""l6357有限元和快速多级子卡52664A3…1635,7.1FM………………152665A4…635.72Fp…”………………1526.6.6A5……………,……………”………-16458儿何绕射理论法卡…667A6……………………………-l645.E.IPY…52668AT6558,2UT……………………………-…………153669AE……6558,3UZL5366.10AF16559几何模型修改卡1536.6.1lAI……16659,!sY………………-………………-15366.12AF---15.9,2SF……11546.6.13AR-1:111111116759.3TG…!!想15466.14AS-…-………………-1675.9,41P………-1=1-15466,15AY…16859,5CN………………………………,l5566.16AW………………………”…”l68596IN……5566l7AC…….副;面晶画晶…6966,18FR……………………………r……16987例7用物理光学法并考虑棱边修正6619PW…169项计算金属立方体的RCS…………24767输出控制卡…………169第9章FEKO求解传输线问题实例25267.1DAII1Itsm1ttat1a481181184124128444-1699.I例1屏蔽电缆内部耦合场计算…2526.720517092例2波导结构的S参数计算………25667.3Ps……………………………I709.3例3双线传输线输入阻抗………2596740F………:::111194例4地平面上带状线的S参数计算……26168电磁场计算卡……-………………17195例5同轴电缆…"……………26668.1FF…117196例6另一种方法重新求解例5……682FE………………7197例7微带滤波器……-………28068.3RA………1727第10章忧化技术,时域技术及自适应频率68,4SP……172采样技术简介………………………285685CM……,……147210.1FEKO求解优化问题〔 OPTFEKO)…285686SA…………………-17210.L.1文件……28569文件结束标志卡……………17310.12·,opt文件…17第7章FEKO求解天线问题实例…17410.13创建一个新的*opt文件……877,例1用 MOMFEN耦合法计算1014定义优化参数肌肉球内的电场分布………-17410.15定义罚函数……………28872例2地面上的介质谐振天线…………177101.6定义优化过程…………28873例3使用理想接收天线模型进行10.L.7定义目标函数…28大线耦合计算………………--18210.18运行优化……………28974例4喇叭天线-……………18了l0.19观察结果…18975例5微带线馈电的圆贴片天线…102FEKO求解时域问题( TImFeKc)…-29076例6Yagj-Uda天线…19510.2.1*pre文件29077例7UHF天线阵…………-…-2001022*tm文件…-…278例8埋入地面里的线天线…-………2121023创建一个新的tim文件……………29379例9介质板上的贴片天线……………21510.24定义脉冲形式……2937.10例10对数周期天线……221025定义频率块……2167I例11抗匹配偶极子天线耦合………22410.26定义归一化296第8章FEKO求解RCs问题实例………………23010,27定义激励输出…………-29681例1薄介质片的RCS计算…1028定义时间点……………29682例2使用 MI FMM计算10.29运行 TIMEFEKO-…………297三角锥的RCS………………………213310.210观察结果………………………29783例3磁场探针…………235t0.3FEKO求解自适应问题( ADAPFEKO)…-29884倒4用面等效电流法计算103.描述………298介质球的RCS…23910.32运行 ADAPFEKO……29885例5用体等效电流法计算10.3.3·pre输入文件介质球的RCs……42I034例题………9986例6带有涂层金属球的RCS计算…z第1章FEKO基础1.1FEKO概述FEKO是德文 FEldberechnung bei Korpern mit beliebiger Oberflache的缩写,意思是任意形状物体的电磁场计算。FEKO的核心算法是矩量法。对于金属导体,首先计算导体表面的面电流分布;对于介质体,首先计算介质体表面的等效面电流和等效面磁流。有了面电流之后,就可以计算近场、远场、RCS、方向图或者天线的输入阻抗。对于电大尺寸物体,可以用物理光学法(PO)和一致性几何绕射理论〔UTD)求解。FEKO中PO和UTD与MOM已经耦合到了一起(目前UTD只限于平板、多边形面和圆柱)。对于电小尺寸物体用MOM精度高一些,对电大尺寸物体用UTD精度高一些。可以使用MOM和PO或者MOM和UTD的耦合方法,对关键区域使用MOM方法,对其他区域〔比如大的平板或圆柱金属面)使用PO或UTD从FEKO42开始,增加了快速多极子求解器( MLF MM),它可以极大地节省内存和CPU时间,这一技术与PO和UTD相比是很精确的,它不是基于特殊的高频近似方法。对介质体磁体,FEKO中的MQM应用不同的技术,比如面等效原理、体等效原理、平面多层介质的特殊格林函数、对涂层或薄介质板的近似处理等。从5.0开始,FEKO加入了有限元法(FEM),可以执行 MOMFEM混合求解,这一方法特别适合于非均匀物体的求解。对非均匀介质体,FEM比MOM需要较少的内存。目前的版本只能施加时域谐波激励源,所以只能在频域中计算。FEKO使用时间换算因子e。FEKO可施加不同的激励源,包括平面波、缝隙上的各种电压降(在一线段上或三角形边上)、磁环电流( TEM-frill,,用于同轴线馈电)和强加电流以及场模式FEKO界面有三个主要组成部分: CADFEKO、 EDITFEKC和 POSTFEKO。 CADFEKO用于建立几何模型和剖分。几何模型也可以在文件编辑器 EDITFEKO中用命令来定义,形成个以*pre为后缀的文件。在 EDITFEKO中也可以设置求解参数。前处理器/剖分器POSTFEKO处理该文件,并生成*ek文件,即FEKO实际计算的代码。PREFEKO也可以直接导入 FEMAP通用格式、 NASTRAN、 PATRAN、 AutoCAD*,dxf、STL、 ANSYS*,cdb格式的剖分模型。还可以导入·.dxf文件的实体模型,并可以剖分该模型FEKO的ASCI吗(*,ot)和二进制码(*bof)输出文件包含所有的结果信息。求解得到的场值和电流可以在 POSTFEKO中以三维或二维的形式显示出来。 POSTFEKO不仅可以用于后处理,也可以在求解前显示FEKO的几何模型、激励源、所定义的近场点分布情况等FEK54电磁场分析技术与实例详解1.2矩量法基础121矩量法基本理论矩量法基于叠加原理,用于解线性方程。设方程为f)=g(1-1)其中L代表线性算子,f是待求函数,g是激励函数。用矩量法解方程(1-1)是把f在算子的定义域内用已知函数族{f}展开,∑I是待求的系数,f称为基函数。上式取有限项代入式(1-1),则方程式两边一般不会严格相等,而只是近似相等(-3)问题是如何确定岀有限个L,以使近似解尽可能好地逼近准确解。把式(1-3)两边的差定义为残差(又称为余量)R(r)R(r)=∑n1(r)-g如果求得精确解则R(r)=0,但一般得不到精确解,我们的月的是使R()尽量小。具体做法是选一组已知函数{Wm},称为权函数,使残差Rn)与所有的wm的内积〔即与Wm相乘后在算子域上积分)为零,Wn(r)R(〔)=0(m=12…N1-5)内积又称为求矩量,故得名矩量法)于是导致含有N个未知数I的线性方程组∑1(Wm,(r)=(Wa,B)(m=表示成矩阵方程即Z=[](1-7)其中[以]是N×N阶方阵,称为广义阻抗矩阵。解方程(1-7)求得[,即得到原方程(1-1)的近似解。当选{Wa}与{(}相同时,称为伽略金法。可以证明它与求解变分问题的瑞利一里兹法等效。为了省略求内积的积分运算,选权函数为8函数,称为点匹配法。基函数又分为整域基函数(每个f都在整个算子域上定义,且除个别点外不为零)和子域基函数(各f仅在子区域△n上不为零,在△1以外为零)。一种常用的子域基函数是脉冲基函数:1-80,其他它是假设待求量f在各子区域n内为常数In。选择合适的基函数、权函数和算子的近似公式,使在满足一定精度要求下计算时间最短,有关的问题仍是当前的研究误题