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电磁学

为解决从静态到低高频率的多种电磁问题,Altair 提供了领先的电磁 (EM) 仿真软件,可在许多行业和应用领域进行广泛应用。

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FEKO 介绍
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NASA 开发可提供雷击保护的无线传感器 NASA 兰利研究中心的一个研究小组借助计算电磁学软件开发出了一款无线谐振式传感器,它可以测量并减轻雷击对复合材料飞机造成的损害。 Read more
Altair HyperWorks 中的电磁求解器套件 FEKO 是一款全球领先的综合性电磁软件,广泛用于航空航天、国防、汽车、通信、消费类电子产品、能源和医疗保健行业。该套件包括了一组准确、可靠且功能强大的求解器,这些求解器可真正混合使用,即针对相同的问题可结合使用不同的求解器,从而更加轻松、高效地解决该问题。在多核 CPU 和 GPU 的支持下,这些求解器可并行运行,并与 HPC 和 Altair 云解决方案搭配使用。

FEKO 简单易用,并具有集成 GUI,从几何结构建模到结果可视化、后处理和报告生成都可在此环境中完成。它包含 CAD 几何结构和网格导入/导出模块,通过 HyperMesh 生成的网格也可轻松导入 FEKO。它包含一组特殊功能和一种内置脚本工具,用于实现高级数据处理以及任务的自动化。除了 FEKO 内置的优化技术,它还集成到 HyperStudy 中,可执行多学科设计开发、优化和随机分析。

Quote
“自 2003 年起,我们的天线团队就一直使用 FEKO 进行天线设计、分析、性能评估和大型结构散射效果评估。FEKO 为我们公司做出了太多贡献,我们已将其列为公司的战略性工具。”

–Julie Huffman

Lockheed Martin Space Systems, USA

天线设计

FEKO 在工业中广泛应用于天线的分析和设计,适用于电台和电视广播、无线系统、蜂窝移动通信系统、遥控无匙开锁系统、轮胎压力监测系统、卫星定位和通信、雷达、RFID 等领域。FEKO 矩量法 (MoM) 求解器广泛用于天线设计,此外,由于这款软件不仅具有模型分解功能(生成和使用等效源),还结合了多层快速多极子算法 (MLFMM) 等全波加速方法,或物理光学 (PO)、射线寻迹几何光学 (RL-GO) 或一致性绕射理论 (UTD) 等渐近方法,因此可以高效地对反射面天线、雷达天线和配有天线罩的天线进行分析。FEKO 还具备适合大型有限阵列的域格林函数法 (DGFM) 等功能,因此,还能准确、高效地对天线阵列进行分析。

频率为 1.5 GHz 的 2x2 微带贴片天线阵列上的电流

天线布局

在自由空间中进行天线仿真时,有多种技术可选。在实际应用中,这样的天线被安装在实体结构上,严重影响天线的自由空间辐射特性。对于安装在大型平台上的天线,测量其辐射特性非常困难,有时甚至无法测量。因此,进行精确仿真的挑战是,天线与大型电子环境的交互。多年来,FEKO 在天线布局方面已经赢得良好声誉,成为车辆、飞机、卫星、轮船、蜂窝基站、塔、建筑及其他地点的天线布局的标准 EM 仿真工具。MLFMM 和 FEKO 中的渐进求解器(PO、RL-GO 和 UTD)以及模型分解共同作用,使 FEKO 成为解决大型或超大型电子平台上天线布局和共址干扰问题的理想工具。

战斗机和轮船上的天线布局(表面电流如图显示)

电磁兼容性

电磁兼容性 (EMC) 已经成为众多行业内的 OEM 及其供应商关注的一个热点话题。将组件和设备集成到系统中而不出现电磁问题非常重要,同样重要的是符合 EMC 相关法规。多年以来,FEKO 应用于 EMC,对电磁干扰 (EMI) 和电磁敏感度或抗扰性 (EMS) 等相关问题进行仿真。FEKO 包括完整的电缆建模工具,以分析电缆与其他电缆、天线或设备之间产生的辐射,这些辐射可导致干扰电压和电流的形成,并引起系统的故障。FEKO 也用于仿真系统中电子控制单元 (ECU) 的辐射发射、屏蔽效能、辐射危害分析、电磁脉冲 (EMP)、光照效果和高强度辐射场 (HIRF)。

FEKO 中的电缆建模界面

散射和 RCS

当物体暴露于入射电磁场时,物体的散射特性与散射能量的空间分布有关。散射非常重要的两个典型案例:设计检测物体的系统时,如碰撞检测系统;以及设计物体以增加或减少发送器对其检测能力,如隐形飞机的设计。FEKO 的多种数字方法包括 MLFMM、RL-GO 和 PO,以及其后处理功能可以高效并准确地解决散射和雷达有效截面 (RCS) 问题。

直升机的 RCS 强度视图

波导组件和微带电路

自首次实现空间通信后,波导广泛应用于国防、航空航天、航海和通信行业中,用于诸如耦合器、滤波器、循环器、隔离器、放大器和衰减器等组件。FEKO 可用于波导组件的仿真,通常使用波导端口励磁和 FEKO 的 MoM 以及有限元方法 (FEM) 求解器。

微带技术用于设计平面电路,如耦合器、共振器和滤波器。当电路迹长可以与波长比较时,使用全波 3D EM 分析。FEKO 中的平面分层格林函数和表面等效原理 (SEP) 公式非常适于分析印制微波电路。

由波导 Delta 驱动的 WR-90 magic-T 耦合器上的仿真场

生物电磁学

EM 仿真在生物医学技术的发展中起到了重要作用,仿真可以为人体内或接近人体的电磁场相互作用提供有价值的参考。由于生物组织易损耗的本质,发射器设计通常都侧重于保证放射足够的信号并且信号不在解剖载荷中丢失,同时符合在人体中限制比吸收率和最大温度增加值的规则。典型应用与移动和无线设备、汽车内的 RF 场、助听器、人体佩戴天线、MRI(核磁共振)、种植体、降低体温等相关。FEKO 中的 FEM、时域有限差分法和 MoM/FEM 方法非常适于这些应用。FEKO 包括一个由不同人体模型组成的数据库。

对于在汽车中佩戴袖珍收音机模型的 SAR 计算

匹配电路设计

天线设计工程师一项重要的任务就是确保带宽和效率符合技术规范。可以通过改变天线的物理结构或使用匹配的电路来实现。Optenni Lab 由 Optenni 有限公司开发,可以通过 Altair 销售渠道购得。该工具提供全自动匹配电路生成和优化程序。用户只需指定所需的频率范围和匹配电路中的构件数量,之后由 Optenni Lab 提供优化匹配电路的拓扑选择。Optenni Lab 使用来自主要的构件生产商提供的精确电感和电容器模型,并进行快速的公差分析以确保生产的匹配电路符合设计标准,使之成为FEKO理想的补充。

天线综合工具

Antenna Magus 是一款来自 Magus (Pty) 有限公司的天线合成工具,通过 Altair 销售渠道可以购得。它提供一大批可供搜索的天线,可以在其中找到并设计符合用户规范的天线。可马上运行的 FEKO 模型可以被导出,使 Antenna Magus 成为与 FEKO 互补的一个理想工具。

电机设备

电磁分析用于设计机电设备,如电动机、变压器、汇流排、断路器、发电机、感应加热装置、电抗器、传感器、电磁阀、扬声器和变压器​​等。此类设备中会存在用于能量转换(例如,在电机中将电能转换为机械能)的磁场或电场。

Fieldscale 公司的 Charge 可帮助工程师对整个模型的电场进行分析。Charge 采用边界元法,能够准确计算复杂结构中的电势和场强分布。

JSOL 公司的 JMAG 是一款用于机电设计的 FEA 软件。JMAG 可准确捕获并快速评估机器内部复杂的物理现象,以便进行低频电磁场分析。

使用 JMAG 进行电磁场仿真的工业应用

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