FEKO助力大量工業領域的OEM廠商及其供應商解決其在產品設計、分析和測試驗證過程中遇到的EMC問題。通過使用FEKO等仿真工具，減少了試制樣品的數量和測試的次數，將傳統的以測試驅動的開發流程轉變為以仿真驅動設計。FEKO在EMC/EMI領域的重要應用包括了電磁輻射、電磁抗干擾、雷電效應、高強度輻射場（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

在自由空間中進行天線仿真時，有多種技術可選。在實際應用中，這樣的天線被安裝在實體結構上，嚴重影響天線的自由空間輻射特性。對于安裝在大型平臺上的天線，測量其輻射特性非常困難，有時甚至無法測量。因此，進行精確仿真的挑戰是，天線與大型電子環境的交互。多年來，FEKO 在天線布局方面已經贏得良好聲譽，成為車輛、飛機、衛星、輪船、蜂窩基站、塔、建筑及其他地點的天線布局的標準 EM 仿真工具。MLFMM 和 FEKO 中的漸進求解器（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上天線布局和共址干擾問題的理想工具。

戰斗機和輪船上的天線布局（表面電流如圖顯示）

FEKO仿真

基于平臺上多天線間的隔離度問題（圖1）是FEKO最擅長處理的問題之一。該飛機模型是EMC計算電磁學（CEMEMC）專題研討會上展示的一個測試模型，屬于EV55（屬于HIRF-SE FP7 EU項目，EVEKTOR，spol.s r.o.和HIRF SE聯盟擁有其版權）的變形版本。用戶只需要根據求解問題的類型、電尺寸大小和復雜度等來選擇FEKO中的一種求解器進行計算。FEKO中快速計算天線間互耦的一種方法是通過S參數，用戶可以在不重復啟動求解器的情況下通過一次計算可視化顯示天線負載的變化對天線間耦合的影響，直觀顯示大量天線端口的耦合并繪制共址干擾矩陣來識別和分析耦合強度的等級。此外，FEKO的模型分解技術結合天線等效、EMC等效騷擾源可以降低對計算資源的需求。

圖1：由FEKO仿真得到飛機在1GHz時的內外空間磁場強度分布

EMI設計的挑戰

用FEKO來解決EMI問題的案例非常多。例如，從車輛電纜束的輻射場耦合到擋風玻璃天線（和到其它形式的天線），這也與汽車行業的CISPR-25 EMC測試標準相關（CISPR是無線電干擾國際特別委員會，也是國際廣播電臺國際特別委員會）。噪聲信號會通過車輛內不同的線纜傳播，這些線纜的輻射場會耦合到不同的天線中，從而降低模擬或數字廣播類系統的性能。為解決這個問題，FEKO包含了一個完整的綜合線纜建模工具來分析線纜的輻射（和抗干擾）。這個工具與專門為真實風窗天線應用開發的風窗天線建模與求解技術適合于分析和解決這些挑戰（圖2）。圖2b給出了車左側與右側10米遠處兩個位置的輻射電場，每一個位置點包括了仿真得到的垂直和水平極化場強值。

圖2：含風窗天線的車模，線束和引擎控制單元（ECU）的等效源（a）和車左右10米處的近場電場強度仿真結果和基于測量系統搭建的仿真模型（b）

獨特的性能

FEKO易于使用，并具有全面、準確、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）、時域有限差分（FDTD）、物理光學/大面元物理光學法（PO/LE-PO），射線幾何光學（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計和天線布局、EMC、雷達散射截面（RCS）、生物電磁、天線罩、射頻器件等問題的仿真。根據求解問題的電尺寸和問題的復雜度，只需選擇使用這一個或另一個求解器。FEKO的綜合電纜建模工具解決了涉及復雜電纜的EMC問題。FEKO用于電纜分析的特殊算法是多導體傳輸線法（MTL）和MoM/MTL混合法，后者適用于電纜下方地面不連續時的分析場景。FEKO作為Altair HyperWorks計算機輔助工程平臺的一部分，帶來了一系列額外的差異化功能，由于Altair獨特的授權系統，無需額外的成本就可以利用這些功能。借助于業內最著名的有限元分析前處理器模塊HyperMesh，能夠減少復雜CAD模型清理（含自動清理）和網格剖分的時間；使用HyperStudy，FEKO用戶可以采用實驗設計方法(Design of Experiments)來進行優化設計，包含其它物理特性分析；使用activate可以進行電路（如DC/DC轉換器）的設計與分析。

天線設計

FEKO?在工業中廣泛應用于天線的分析和設計，適用于電臺和電視廣播、無線系統、蜂窩移動通信系統、遙控無匙開鎖系統、輪胎壓力監測系統、衛星定位和通信、雷達、RFID 等領域。FEKO 矩量法 (MoM) 求解器廣泛用于天線設計，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），還結合了多層快速多極子算法 (MLFMM) 等全波加速方法，或物理光學 (PO)、射線尋跡幾何光學 (RL-GO) 或一致性繞射理論 (UTD) 等漸近方法，因此可以高效地對反射面天線、雷達天線和配有天線罩的天線進行分析。FEKO 還具備適合大型有限陣列的域格林函數法 (DGFM) 等功能，因此，還能準確、高效地對天線陣列進行分析。

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) 已經成為眾多行業內的 OEM 及其供應商關注的一個熱點話題。將組件和設備集成到系統中而不出現電磁問題非常重要，同樣重要的是符合 EMC 相關法規。多年以來，FEKO?應用于 EMC，對電磁干擾 (EMI) 和電磁敏感度或抗擾性 (EMS) 等相關問題進行仿真。FEKO 包括完整的電纜建模工具，以分析電纜與其他電纜、天線或設備之間產生的輻射，這些輻射可導致干擾電壓和電流的形成，并引起系統的故障。FEKO 也用于仿真系統中電子控制單元 (ECU) 的輻射發射、屏蔽效能、輻射危害分析、電磁脈沖 (EMP)、光照效果和高強度輻射場 (HIRF)。

FEKO 中的電纜建模界面

散射和 RCS

當物體暴露于入射電磁場時，物體的散射特性與散射能量的空間分布有關。散射非常重要的兩個典型案例：設計檢測物體的系統時，如碰撞檢測系統；以及設計物體以增加或減少發送器對其檢測能力，如隱形飛機的設計。FEKO?的多種數字方法包括 MLFMM、RL-GO 和 PO，以及其后處理功能可以高效并準確地解決散射和雷達有效截面 (RCS) 問題。

直升機的 RCS 強度視圖

波導組件和微帶電路

自首次實現空間通信后，波導廣泛應用于國防、航空航天、航海和通信行業中，用于諸如耦合器、濾波器、循環器、隔離器、放大器和衰減器等組件。FEKO?可用于波導組件的仿真，通常使用波導端口勵磁和 FEKO 的 MoM 以及有限元方法 (FEM) 求解器。

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

由波導 Delta 驅動的 WR-90 magic-T 耦合器上的仿真場

生物電磁學

EM 仿真在生物醫學技術的發展中起到了重要作用，仿真可以為人體內或接近人體的電磁場相互作用提供有價值的參考。由于生物組織易損耗的本質，發射器設計通常都側重于保證放射足夠的信號并且信號不在解剖載荷中丟失，同時符合在人體中限制比吸收率和最大溫度增加值的規則。典型應用與移動和無線設備、汽車內的 RF 場、助聽器、人體佩戴天線、MRI（核磁共振）、種植體、降低體溫等相關。FEKO?中的 FEM、時域有限差分法和 MoM/FEM 方法非常適于這些應用。FEKO 包括一個由不同人體模型組成的數據庫。

對于在汽車中佩戴袖珍收音機模型的 SAR 計算

匹配電路設計

天線設計工程師一項重要的任務就是確保帶寬和效率符合技術規范。可以通過改變天線的物理結構或使用匹配的電路來實現。Optenni Lab?由 Optenni 有限公司開發，可以通過 Altair 銷售渠道購得。該工具提供全自動匹配電路生成和優化程序。用戶只需指定所需的頻率范圍和匹配電路中的構件數量，之后由 Optenni Lab 提供優化匹配電路的拓撲選擇。Optenni Lab 使用來自主要的構件生產商提供的精確電感和電容器模型，并進行快速的公差分析以確保生產的匹配電路符合設計標準，使之成為FEKO理想的補充。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

天線綜合工具

Antenna Magus 是一款來自 Magus (Pty) 有限公司的天線合成工具，通過 Altair 銷售渠道可以購得。它提供一大批可供搜索的天線，可以在其中找到并設計符合用戶規范的天線。可馬上運行的?FEKO?模型可以被導出，使 Antenna Magus 成為與 FEKO 互補的一個理想工具。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??參考論文：FEKO在直升機天線布局中的應用

電磁仿真軟件FEKO具有強大的電磁場計算分析能力。以直升機載航管應答天線和無線電高度表天線為例,研究了FEKO在直升機天線布局設計中的應用,給出了FEKO中的模型建立方法,通過仿真計算天線輻射方向圖和隔離度及其分析,說明FEKO可完成天線布局的優化設計。研究中的試驗測量結果與仿真計算結果基本吻合,驗證了FEKO進行直升機天線布局仿真方法的合理性和可行性。

編輯：黃飛