FEKO

FEKO軟體是EMSS公司旗下的一款強大的三維全波電磁仿真軟體。FEKO是世界上第一個把矩量法（MoM）推向市場的商業軟體。該方法使得精確分析電大問題成為可能。FEKO支持有限元方法（FEM），並且將MLFMM與FEM混合求解，MLFMM+FEM混合算法可求解含高度非均勻介質電大尺寸問題。

基本介紹

• 中文名：FEKO
• 外文名：FEKO
• 概括：三維全波電磁仿真軟體
• 成立於：上個世紀的九十年代初期
• 創始人：Gronum Smith

基本信息

EMSS公司成立於上個世紀的九十年代初期，在創始人Gronum Smith博士領導下，將80年代盛行的數值方法矩量法（MOM）成功引入到FEKO，在此基礎上又引入了多層快速多極子（MLFMM），FEKO是世界上第一個把該方法推向市場的商業軟體。該方法使得精確分析電大問題成為可能。FEKO支持有限元方法（FEM），並且將MLFMM與FEM混合求解，MLFMM+FEM混合算法可求解含高度非均勻介質電大尺寸問題。特別適合結構之間通過自由空間耦合的問題，MLFMM區域（例如輻射區域）和FEM區域（例如介質區域）之間的空間並不需要劃分格線，這使得矩陣規模很小，因此需要的計算資源很少；FEKO採用基於高階基函式(HOBF)的矩量法，支持採用大尺寸三角形單元來精確計算模型的電流分布，在保證精度的同時減少所需要的記憶體，縮短計算時間；FEKO還包含豐富的高頻計算方法，如物理光學法(PO)，大面元物理光學(Large element PO)，幾何光學法(GO)，一致性幾何繞射理論(UTD)等，能夠利用較少的資源快速求解超電大尺寸問題。基於強大的求解器，FEKO軟體在電磁仿真分析領域尤其是電大尺寸問題的分析方面優勢突出，成為電磁仿真領域的領軍產品。

求解技術

核心算法	算法特點套用方向
矩量法（MOM）	基於麥氏積分方程，精度高，特別適合計算一般電尺寸及電小問題，例如：線天線、微帶天線、微波器件、微帶電路、小型天線陣列等
ACA技術	非常適合稠密問題，如包含複雜介質的問題或頻率低幾何尺寸卻很大的問題，此方法計算效率高。
多層快速多極子（MLFMM）	MLFMM方法是基於分組思想，分組逐層計算單元間的相互作用，記憶體需求正比於為N*log(N)，這種方法非常適合電大尺寸結構的輻射與散射問題。
有限元（FEM）	有限元算法非常適合計算複雜介質、精細結構的模型。
多層快速多極子+有限元（MLFMM+FEM）	混合方法處理包含電大載體和複雜介質體的目標體，多極子方法仿真電大尺寸部分，有限元算法仿真精細部分或複雜介質。
高階矩量法; （High Order MoM）	基於高階基函式(HOBF)，支持採用大尺寸的三角形單元來精確計算模型的電流分布。大尺寸的單元意味著更少的單元數和未知量，在保證精度的情況下減少所需記憶體，縮短計算時間，適合於電大尺寸的輻射和散射問題。
Windscreen技術	風窗天線仿真專用技術，計算精度好，仿真效率高，適合如汽車等風窗天線相關行業。
平面格林函式	適合平面微帶電路、天線。介質體不需要劃分格線，計算速度快，可用於大規模微帶結構問題仿真以及模擬無限大地平面和海平面。
物理光學（PO）	格線劃分與矩量法規則一致，添加了福克電流來提高精度。適合電大尺寸天線、天線布局、雷達隱身等問題的快速計算。
大面元物理光學（LE-PO）	該方法可以採用與波長相當甚至幾個波長的尺度剖分目標，大大降低了目標的格線數量。對於超電大問題如艦船，相對傳統物理光學，採用此大面片PO方法，可大大提高計算速度，擴展求解問題的規模。
幾何光學（GO）	格線僅需要與幾何擬合即可，非常適合超電大尺寸問題的輻射與散射分析，例如天線罩、反射面天線、介質透鏡天線等問題。
一致性繞射（UTD）	UTD是一種漸近方法，結構的尺寸不再影響記憶體需求

主要套用

1、天線分析

2、共形天線設計

3、陣列天線設計、

4、天線罩分析設計

5、多天線布局分析

6、 RCS隱身分析

7、生物電磁-SAR

8、複雜線纜束EMC

9、微波電路和射頻器件

l0、系統的EMC（電磁兼容）。

流程模組

CADFEKO

1、強大的模型建立、導入和模型修復功能，提供各種常見CAD模型的導入接口：Unigraphics；Catia、Pro Engineer、Parasolid、IGES、ACIS等；

2、可以導入複雜的CAE格線模型如：FEMAP、Nastran、Ansys、Patran、STL、Abaqus等；

3、介質材料、金屬材料、多層薄層介質、阻抗層、支持頻變材料等

4、全面的饋電連線埠：波導連線埠 (同軸連線埠、矩形波導、圓波導)、微帶、線連線埠、棱邊饋電連線埠、FEM模式饋電連線埠等，準確計算連線埠參數；

5、計算方法（MoM、高階MoM、MLFMM、FEM、GO、PO、LE_PO及UTD等）的設定；

6、集成了豐富的最佳化算法，如單純形法、遺傳算法、粒子群算法以及格線快速搜尋法等，可方便實現多參數、多目標最佳化；

7、計算參數（近場、遠場、電流、S參數及SAR分析等）的圖形化設定。

EDITFEKO

1、可以對CADFFEKO生成的.PRE檔案進行編輯；

2、參數化.pre生成腳本模板，便於利用高級編程工具例如C、C++、MATLAB等直接調用FEKO求解器；

3、適合於高級用戶，利用一些高級設定例如：相控陣掃描饋電、天線與天線罩相對位置的變化計算瞄準誤差等；

POSTFEKO

1、提供豐富工程參數直接顯示，例如：方向性係數、增益、駐波、S參數、效率、耦合度、RCS、極化、場分布、SAR、表面電流和電荷密度等；

2、POSTFEKO支持多個視窗來觀察多個幾何模型和圖形結果

3、支持仿真結果的輸入/輸出、並可以導入外部測試數據；

4、3D視圖中支持標尺格線，便於在幾何體上移動來獲得幾何尺寸信息；

5、支持多種顯示方式：支持多個、任意方向的切平面，雲圖、動畫、2D曲線、數據列表、直角坐標、極坐標、Smith圓圖、射線等；

6、計算並顯示矢位場和標位場；RCS參數計算可以直接得到極化的RCS值：Ludwig III co- and cross-polarisations, 並可以對極化的RCS進行最佳化；

7、支持LUA腳本，方便批量處理結果檔案(.bof),對特殊工程參數（如：相位中心、瞄準誤差、RCS方差、電磁輻射安全區域等）更方便結果處理及顯示；

8、集成Integrated FFT/IFFT，提供常用時域波形，可進行時域串擾、雷電脈衝衝擊以及隱身成像顯等；

9、後處理中可以在2D曲線中顯示CAD模型。

技術特點

FEKO針對電大尺寸電磁問題

多層快速多極子

MLFMM算法是精確求解電大尺寸問題最為有效的方法；

有限元法+多層快速多極子方法的混合：FEM+MLFMM混合處理包含電大載體和複雜介質體的目標體，充分發揮多極子與有限元算法的優勢；

高階矩量法：高階矩量法是求解電大尺寸輻射和散射問題的一種新技術，採用了矩陣的直接求逆，不存在發散和收斂慢的問題，適合於求解強諧振問題（如：進氣道、波導裂縫陣列天線）和單站RCS問題；

矩量法+高頻混合算法：

矩量法+物理光學法-PO混合；

矩量法+幾何光學法-GO混合；

矩量法+一致性繞射法-UTD混合；

高效並行技術

基於MPI/OpenMP並行技術，支持分散式並行、共享記憶體式並行，軟體支持單機多核並行，也支持多機多核並行運算，具備高效、強大的並行計算能力，支持Windows、Linux、Unix等各種平台;

單站RCS快速收斂技術

通過引入繼承疊代技術，將前一個角度的結果修正後作為後一個角度的初始值，大幅減少多層快速多極子疊代步數，實現單站RCS快速精確計算

非輻射網路與天線的聯合仿真

FEKO軟體支持場、路聯合仿真，在FEKO中可以直接讀取電路的S、Z、Y、Spice等參數檔案，把非輻射電路網路和輻射單元聯合起來進行總體分析，並且FEKO可以輸出天線的S參數，用於電路工具仿真。

GPU加速

FEKO支持GPU加速，對於矩陣求解處理速度可提升數十倍甚至上百倍（與GPU所含處理單元有關），對於大型計算任務效率提升顯著。

支持特徵模式分析（CMA）加速支持不同任務指定不同的GPU加速

支持單個任務多塊GPU加速

GP-GPU集群支持

風窗天線模擬技術

獨特的風窗天線處理技術，支持MLFMM計算，可分析整車模型中的風窗天線的輻射、接收問題。

特徵模式（CMA）求解

CMA是一種通過數值方法計算導體上（如：手機、飛行器、車輛等）可支持的一系列正交電流模式（類似於波導模式）的方法。它提供了系統的計算方法，能夠幫助工程師從物理角度更加直觀地理解天線的工作原理、確定特定模式的諧振頻率以及最佳的饋電位置。

有限大陣列快速求解技術

採用了基於域格林函式（DGFM）方法的全新快速陣列求解器，可用於大型有限尺寸的天線陣列快速分析。用戶可以通過預選從不同的設定中更便捷地定義有限大的天線陣列，例如：線性陣列、平面陣列、圓形/圓柱形陣列，同時還支持自定義陣列等。

增強線纜束建模功能

引入了新的線纜原理圖編輯器（Cable schematic View），提供了豐富的線纜類型（單線、雙絞線、排線、同軸線以及任意複雜線束），支持複雜線纜束的自動捆綁（Auto bunding）功能，支持編織網結構禁止層等。