微波技術 - 天線佈局：使用FEKO類比的解決方案

FEKO幫助大量工業領域的OEM製造商及其供應商解决他們在產品設計、分析和測試驗證過程中遇到的EMC公司問題。 通過使用FEKO和其他模擬工具，减少了試驗樣本數量和測試數量，並將傳統的測試驅動開發過程轉變為模擬驅動設計。 FEKO在電磁相容/電磁干擾領域的重要應用包括電磁輻射、電磁抗干擾、雷電效應、高强度輻射場（HIRF）、電磁脈衝（EMP）、電磁遮罩、電磁輻射危害和天線耦合。

天線 佈局

在自由空間中，有許多科技可供選擇。 在實際應用中，這種天線安裝在固體結構上，嚴重影響了天線的自由空間輻射特性。 對於安裝在大型平臺上的天線，其輻射特性很難量測，有時甚至無法量測。 囙此，精確模擬的挑戰是天線與大型電子環境之間的相互作用。 多年來，FEKO在天線佈局方面獲得了良好的聲譽，成為車輛、飛機、衛星、船舶、蜂窩基站、塔樓、建築物和其他地方天線佈局的標準EMC/EMI模擬工具。 mlfmm、FEKO中的漸進式解算器（PO、rl go和UTD）以及模型分解一起工作，使FEKO成為解决大型或超大型電子平臺上天線佈局和共比特干擾問題的理想工具。

天線佈局在戰鬥機和艦艇上（顯示表面電流）

FEKO類比

平臺上多個天線之間的隔離（圖1）是FEKO最擅長處理的問題之一。 飛機模型是EMC計算電磁學（CEMEMC）研討會上提出的一個測試模型。 它是EV55的修改版本（屬於HIRF-SE FP7 EU項目，EVEKTOR，spol.s r.o.和HIRF-SE聯盟擁有其版權）。 用戶只需根據待解决問題的類型、電力尺寸和複雜性等選擇FEKO中的一個解算器進行計算。快速計算FEKO中天線間互耦的一種方法是通過S參數。 用戶可以通過計算直觀地顯示天線負載變化對天線間耦合的影響，而無需重複啟動解算器，並直觀地顯示大量天線埠的影響。 耦合併繪製現場干擾矩陣，以識別和分析耦合强度水准。 此外，FEKO的模型分解科技與天線等效和EMC等效干擾源相結合，可以减少對計算資源的需求。

通過FEKO模擬，得到了1GHz時飛機內外的磁場强度分佈

EMI設計挑戰

使用FEKO解决EMI問題的案例很多。 例如，來自車輛電纜束的輻射場耦合到擋風玻璃天線（以及其他形式的天線），這也與汽車行業的CISPR-25 EMC測試標準有關（CISPR是國際無線電干擾特別委員會，也是一個國際電臺。國際特別委員會）。 雜訊訊號將通過車輛中的不同電纜傳播，這些電纜的輻射場將耦合到不同的天線，從而降低類比或數位廣播系統的效能。 為了解决這個問題，FEKO提供了一個完整的綜合電纜建模工具，用於分析電纜輻射（和抗干擾）。 該工具和專業為實際擋風玻璃天線應用開發的擋風玻璃天線建模和解決方案科技適用於分析和解决這些挑戰（圖2）。 圖2b顯示了距離汽車左右兩側10米的兩個位置處的輻射電場。 每個位置點包括通過類比獲得的垂直和水准極化場強值。

圖2：帶有擋風玻璃天線、線束和發動機控制單元（ECU）等效源的車輛模型（a）的模擬結果以及車輛周圍10m處的近場電場強度和基於量測系統的模擬模型（b）

獨特的效能

FEKO易於使用，擁有一套全面、準確、可靠、完全並行的解算器，支持真正的混合求解，包括矩量法（MoM）、多層快速多極子（MLFMM）、有限元（FEM）和時間有限差分域（FDTD）、物理光學/大表面元物理光學法（PO/LE-PO）， 射線幾何光學（RL-GO）和均勻繞射理論（UTD）等。這些解算器已廣泛應用於天線設計和天線佈局、電磁相容性、雷達散射截面（RCS）、生物電磁學、天線罩和射頻器件的模擬。 根據待解决問題的電力尺寸和問題的複雜性，您只需選擇使用此解算器或其他解算器。 FEKO的綜合電纜建模工具解决了涉及複雜電纜的EMC問題。 FEKO用於電纜分析的特殊算灋是多導體傳輸線法（MTL）和MoM/MTL混合法。 後者適用於電纜下方地面不連續的分析場景。 作為Altair HyperWorks電腦輔助工程平臺的一部分，FEKO帶來了一系列額外的差异化功能。 由於Altair獨特的授權系統，這些功能可以在不新增成本的情况下使用。 借助業界最著名的有限元分析預處理器模塊HyperMesh，可以减少複雜CAD模型清理（包括自動清理）和網格劃分的時間； 使用HyperStudy，FEKO用戶可以使用實驗設計方法（實驗設計）來優化設計，包括分析其他物理特性； 使用activate設計和分析電路（如DC/DC轉換器）。

天線設計

FEKO廣泛應用於行業天線的分析與設計，適用於廣播電視、無線系統、蜂窩移動通信系統、遙控無鑰匙解鎖系統、胎壓監測系統、衛星定位與通信、雷達、RFID等領域。 FEKO矩量法（MoM）解算器廣泛應用於天線設計中。 此外，由於該軟件不僅具有模型分解（生成和使用等效源）功能，還結合了多層快速多極子算灋（MLFMM）等綜合功能。 波加速度法，或物理光學（PO）、射線追跡幾何光學（RL-GO）或均勻繞射理論（UTD）等漸近方法，可以有效地對準反射面天線、雷達天線和裝備的天線覆蓋天線進行分析。 FEKO還具有適用於大型有限陣列的域格林函數法（DGFM）等功能，囙此它可以準確高效地分析天線陣列。

1.5 GHz 2x2微帶貼片天線陣列上的電流

電磁相容性

電磁相容性（EMC）已成為許多行業OEM及其供應商的熱門話題。 將組件和設備集成到系統中而不出現電磁問題是非常重要的。 遵守EMC法規也很重要。 多年來，FEKO在EMC中被用來類比電磁干擾（EMI）和電磁靈敏度或抗擾度（EMS）。 FEKO包括一個完整的電纜建模工具，用於分析電纜與其他電纜、天線或設備之間產生的輻射，這些輻射可能會形成干擾電壓和電流，並導致系統故障。 利用FEKO對系統中電子控制單元（ECU）的輻射發射、遮罩效能、輻射危害分析、電磁脈衝（EMP）、照明效應和高强度輻射場（HIRF）進行了模擬。

FEKO中的電纜建模介面

散射和RCS

物體在入射電磁場中的散射特性與散射能量的空間分佈有關。 散射非常重要的兩種典型情况：在設計檢測對象的系統時，例如碰撞檢測系統； 以及設計目標以提高或降低發射機的探測能力，例如隱形飛機的設計。 FEKO的各種數位方法，包括mlfmm、rl go和Po，以及後處理功能，可以高效準確地解决散射和雷達有效截面（RCS）問題。

直升機RCS强度視圖

波導元件和微帶電路

自首次實現空間通信以來，波導已廣泛應用於國防、航空航太、導航和通信行業，如耦合器、濾波器、環行器、隔離器、放大器和衰减器。 FEKO可用於波導元件的模擬，通常使用波導埠激勵、FEKO的矩量法和有限元法（FEM）求解器。

微帶科技用於設計平面電路，如耦合器、諧振器和濾波器。 當電路的軌跡長度可以與波長進行比較時，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）公式非常適合於分析印刷微波電路。

波導Delta驅動wr-90魔T耦合器的模擬

生物電磁學

電磁模擬在生物醫學科技的發展中起著重要的作用。 模擬可以為人體內部或附近電磁場的相互作用提供有價值的參攷。 由於組織損失的性質，發射器的設計通常側重於確保發出足够的訊號，並且訊號不會在解剖負載中遺失，同時滿足限制人體特定吸收率和最大溫度增量的規則。 典型應用涉及移動和無線設備、汽車射頻場、助聽器、人體天線、MRI、植入物和低溫。 FEKO中的FEM、FDTD和mom/FEM非常適合這些應用。 FEKO包括一個不同人體模型的資料庫。

車載袖珍收音機模型的SAR計算

匹配設計 環行

天線設計工程師的一項重要任務是確保頻寬和效率符合技術規範。 它可以通過改變天線的物理結構或使用匹配電路來實現。 Optenni lab由Optenni有限公司開發，可通過Altair銷售管道購買。 該工具提供自動匹配電路生成和優化程式。 用戶只需指定匹配電路中所需的頻率範圍和元件數量，然後optenni lab提供拓撲選擇以優化匹配電路。 Optenni實驗室使用主要部件製造商提供的精確電感器和電容器模型，並進行快速公差分析，以確保生產的匹配電路符合設計標準，使其成為FEKO的理想補充。

天線合成工具

天線magus是magus（Pty）Limited提供的天線合成工具，可通過Altair銷售管道購買。 它提供了大量可蒐索的天線，我們可以在其中找到並設計符合用戶規範的天線。 可以立即運行的FEKO模型可以匯出，使天線magus成為補充FEKO的理想工具。