FEKO软件初学指南：快速上手电磁仿真

目录

一、实验目的 2

二、实验步骤 3

2.1 线天线 长度对其辐射方向图、输入阻抗的影响的步骤 3

2.2 半波长线天线 前方立方体介质对其辐射远场的影响的步骤 9

2.3 烈火导弹模型 求解时间内存、不同剖分的仿真的步骤 10

2.4 简单四旋翼无人机模型 水平面任意角度的双站RCS的步骤 15

三、结果分析与总结 16

3.1 线天线长度对其辐射方向图、输入阻抗的影响的结果 16

3.1.1 辐射方向图比较： 16

3.1.2 输入阻抗比较： 17

3.2 半波长线天线前方立方体介质对其辐射远场的影响的结果 19

极坐标图Polar graph与2D笛卡尔图Cartesian graph 19

3.3 烈火导弹模型求解器时间内存、不同剖分的仿真的结果 20

3.3.1 3D和2D远场图 20

3.3.2 MLFMM 求解的所用内存和时间 21

3.3.3 不同剖分的结果收敛情况 21

3.4 简单四旋翼无人机模型水平面任意角度的双站RCS的结果 23

四、体会感悟 24

一、实验目的

1）比较不同长度线天线（0.25，0.5，0.75，1.0波长）时，其辐射方向图的变化，并统计输入阻抗；

2）分别计算半波长线天线前方放置一半波长金属/介质/有耗介质立方体时的辐射远场；3）建立烈火导弹模型，选择求解器为矩量法 和多层快速多极子方法 ，统计计算内存和时间情况；针对此问题，研究FEKO 网格剖分在不同剖分（0.3波长，0.1波长，0.05波长）情况下计算结果收敛情况。

4）复建如图简单四旋翼无人机模型，并计算其水平面内任意角度的双站RCS

图1-1 实验内容

二、实验步骤

2.1 线天线长度对其辐射方向图、输入阻抗的影响的步骤

2.1.1 定义变量

在左侧Variable中添加我们需要定义的变量：波长lambda，频率freq，线天线半径radius，线天线长度h。

图2-1-1 Add variable

后续仿真比较线天线不同长度对其辐射方向图、输入阻抗的影响时，我们将变量线天线长度h变为lambda/4,lambda/2,3*lambda/4,lambda即可

2.1.2 建模

(1) 建立线天线实体：Constuct->Line

(2) 建立线端口：right click on the Wire -> Create port -> Wire port，将线端口设置在线天线中央

(3) 加激励电压：Configuration -> right click on the Sources -> Voltage source

(4) 设定工作频率：double click on the Frequency

(5) 定义计算需求：right click on the Requests -> Far fields

值得注意的是我们将θtheta的增量Increment设为1，此时场点的数量Number of field points=360/increment+1相应变为361

2.1.3 剖分

设置、生成网格：top of the page Mesh -> Create mesh

设置剖分尺寸为标准尺寸，设置线段半径为radius

2.1.4 计算

Top of the page Solve/Run -> Feko solver

默认设置，矩量法MoM求解

2.1.5 结果查看

在Altair Feko + WinProp 新打开 POSTFEKO ，导入我们建好的模型进行分析

1. 增益结果

Top of the page Home -> Create new display -> Polar -> 导入模型exp1的Farfield

右侧Quanity 栏中勾选dB选项

Click on the Polar graph -> Axis settings

将最大动态范围设为10dB

即可得到我们期待的远场辐射增益极坐标图

1. 阻抗结果

Create new display -> Out file -> 模型文件

下拉 .out 后缀文件，找到阻抗结果

我们可以发现除了impedance 阻抗之外，还有current 电流，admitt.(admittance)导纳，以及 Inductance 电感的数据

2.2 半波长线天线前方立方体介质对其辐射远场的影响的步骤

半波长天线模型的建立同2.1的步骤

建立边长为半波长的立方体

在左侧操作树中Media，已提供三种常用的材料：完美电/磁导体PEC/PMC，空气Free space，我们可以加入介质（Dielectric电介质），有耗介质（此处我们选择最经典的水，water_distilled蒸馏水）

选中该立方体，设置其media：right click on the region -> Properties

分别选择金属PEC，介质Dielectric，有耗介质water

2.3 烈火导弹模型求解时间内存、不同剖分的仿真的步骤

2.3.1 导弹模型建构

根据图中指标建模后

图

Top of the page Transform -> Simplify 移除冗余的接触面

设置平面波激励，左侧Configuration -> Source -> Plane wave

2.3.2 仿真求解设置

（1）PO方法设置

（2）有限元FEM方法设置

在本例中，面和体部件属性均选择默认即为矩量法，无需修改

（3）多层快速多极子方法（MLFMA）

菜单栏【Solve/Run】【Solver setting】【MLFMM/ACA】设置多层快速多极子方法（MLFMA）实现快速求解。

可对MLFMA的参数进行设置，包括近远场求解算法（高效求解或传统求解），最底层盒子大小以及通过Advanced 设置Iterative solver，最大次数、迭代精度、和预处理，默认底层盒子大小为0.25，迭代精度和次数分别为0.005和500，如果对MLFMA知识了解，可改变相应参数进行优化。

（4） 设置并行环境

【Solve/Run】——》【Run/launch】右下角扩展,【FEKO】——》【Parallel execution】对并行进程数进行设置。 确保【Parallel】处于选中的状态

(5)设置远场求解器

【Configuration】——>【Requests】——>【Far fields】。

分别添加3D Farfield1（角步进5度）和2D Farfield2（角步进1度）。

3D farfield及2D farfield

Calculate fields as specified 表示设置为双站RCS。Calculate field in plane wave incident direction 表示设置为单站RCS。

（6）网格设置

Mesh -> Create Mesh -> Custom

2.3.3 结果查看

（1）3D结果查看

运算以后，打开POSTFEKO，双击FarField_3D添加到【3D View Results】，RCS选择【dB】

（2）2D结果查看

【Home】——》【Create new display】——》【Cartesian】，左键选中FarField2拖入图像中。单位【dB】

主菜单【File】——》【Export】——》【Data】，对计算结果进行文本格式导出，用notepad++打开，如左图所示： 【Out file】可对计算过程及结果，计算中的资源进行查看，如下图所示

具体结果见3.3

2.4 简单四旋翼无人机模型水平面任意角度的双站RCS的步骤

建模

选择主体部分为聚四氟乙烯材质Telfon,支脚、旋翼为Pec

设置频率为1 GHz，平面波激励

三、结果分析与总结

3.1 线天线长度对其辐射方向图、输入阻抗的影响的结果

3.1.1 辐射方向图比较：

原本以为结果会是类似上图，但仔细比较发现上面是双点源的辐射方向图，与本项实验内容不同。

图3-1

可以发现，从四分之波长到一个波长的范围内，线天线长度的增长，边射特性不断增强，主瓣的半功率束宽HP变窄。

3.1.2 输入阻抗比较：

λ/4，四分之一波长：

λ/2，二分之一波长：

3*λ/4，四分之三波长：

λ，一个波长：

输入阻抗统计如下表：

可以发现，线天线的长度为lambda/4，lambda/2，3*lambda/4，lambda中，线天线为lambda/2时，输入阻抗幅度最小

3.2 半波长线天线前方立方体介质对其辐射远场的影响的结果

极坐标图Polar graph与2D笛卡尔图Cartesian graph

图3-2-1 立方体为PEC时

图3-2-2 立方体为电介质时

图3-2-3 立方体为有耗介质（蒸馏水）时

3.3 烈火导弹模型求解器时间内存、不同剖分的仿真的结果

3.3.1 3D和2D远场图

3D远场图

2D远场图

3.3.2 MLFMM求解的所用内存和时间

图 0.1λ剖分

图 0.05λ剖分

在lambda/20网格情况下，可以看到MLFMM 的所有并行进程所用的总内存为1.557GB，相较于传统MOM所用内存要小的多

计算MoM矩阵元素的CPU时间:67.642秒

经过不同剖分比较发现，网格越细，剖分时间和所用内存越大

3.3.3 不同剖分的结果收敛情况

（1）0.3*lambda 剖分情况：

迭代到100次，收敛到我们期望的精度

（2）0.1*lambda 剖分情况下：

迭代到40次，收敛到规定精度

迭代次数相对于0.3lambda剖分大大降低

（2）0.05*lambda 剖分情况下：

0.05*lambda 网格剖分情况下，迭代了43次

比0.1* lambda迭代次数多，有点反直觉

3.4 简单四旋翼无人机模型水平面任意角度的双站RCS的结果

RCS的实体图

图 Total RCS[m^2]

RCS的笛卡尔图

图 RCS[m^2]

图 RCS[dBsm]

四、体会感悟

（1）更改变量后，需要重新重设网格Mesh

(2) 对于需要进行比较变量变化的计算结果（比如所第一项实验改变天线尺寸h），我采用先后保存模型的结果并覆盖的方法

以上方法不好使，无法使不同媒质的方向图显示在同一个graph中

只能复制粘贴新的模型，再调整参数，后再在CAD后导入