1 FEKO培训系列教程 端口设置与算法选择 EMSS CHINA 概述: • FEKO – FEKO集合多种方法 • 高频近似方法 • 数值方法 • 数值方法 – FEKO中的端口 • Wire port • Edge port • Waveguide port • Microstrip port • FEM port • 近场等效 • 远场等效 • 远场等效 • … EMSS中国 FEKO系列培训教程-06 www.feko.info 1/23 www.emss-china.net
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FEKO培训系列教程端口设置与算法选择
EMSS CHINA
概述:
• FEKO– FEKO集合多种方法
• 高频近似方法
• 数值方法• 数值方法
– FEKO中的端口
• Wire port• Edge port• Waveguide port• Microstrip port• FEM port• 近场等效
• 远场等效• 远场等效
• …
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目 录
• 概述
• 天线端口设置案例分析
– Wire portd– Edge port
– Waveguide port– Microstrip port– FEM port
• 算法选择
– 网格划分原则
– FEKO中算法选择
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Wire port
• 线端口位于
– Segment (A1 card)– Vertex (A2 card)
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Wire port —阻抗加载全向环天线 (1)
• 阻抗加载全向左手环线天线
– 包含LC集总器件加载
[1] 天线结构 [2] FEKO模型
Wire port —阻抗加载全向环天线 (2)
• S 参数
– FEKO VS. 文献
[1] H. Iizuka, P.S. Hall, "Omnidirectional Left-Handed Loop Antenna," IEEE Antennes and Propagation Society International Symposium, July 2006
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Edge port
• 通用的激励方式
– 定义两组面上电流流向
– 应用广泛
• 同轴馈电 微带天线 平面• 同轴馈电、微带天线、平面
螺线天线等
• 原理:
– 在两组三角形(Positive,Negative)公共边上定义
– 允许多种情况,例如
• 2面对2面• 1面对3面
Edge port – Vivaldi 天线(1)
• FEKO中的模型及Edge port设置
电流流向
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Edge port – Vivaldi 天线(2)
• 10G,E-plane,H-plane方向图 VS. HFSS
Edge port – Vivaldi 天线(4)
• 端口S11 – FEKO VS. HFSS
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Waveguide port
• 典型应用
– 矩形波导
– 圆波导
– 同轴线
Waveguide port ——波导缝隙阵(1)
• 2x4 波导缝隙阵,8.933GHz
Electric field in x-directed
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Waveguide port ——波导缝隙阵(2)
[1] ‘The Design of Small Slot array’ IEEE AP.Vol.26,no.2
Waveguide port – Ku‐band 波导滤波器(1)
• Ku波段滤波器,分别采用波导端口激励/FEM激励
波导端口激励 FEM端口激励
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Waveguide port – Ku‐band 波导滤波器(2)
• 两种激励方式计算的S参数 Vs. [1]
[1] ‘A New Family of All-Inductive Dual-Mode Filter’ IEEE MTT.Vol.49,no.10
Waveguide port –波纹喇叭(1)
• 中心频率12.5GHz,增益15.5 dBi
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Waveguide port –波纹喇叭(2)
• 圆波导端口,设置两个波导激励 —>圆极化波
左旋主极化,交叉极化
FEKO中激励圆极化高次模 TE21 15GHz
• 1.添加waveguide port• 2.添加waveguide excitation 1
• 3.添加waveguide excitation 2 (设置 phase 90 deg,rotation 为45deg)
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FEKO 与HFSS TE21 模计算结果对比
• 计算结果
Waveguide port –双脊喇叭(1)
• 同轴激励
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Microstrip port
• 微带线馈电
– 一种特殊的馈电方式
– 专用于模拟平面微带结构馈电
• 创建方式创建方式
– 通过几何边创建
– 通过网格节点创建
Microstrip port —— coupled spiral inductor(1)
• Shunt coupled spiral inductor
Port2
FEKO模型
Port1
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Microstrip port —— coupled spiral inductor(2)
• Shunt coupled spiral inductor
【1】The Finite-Element Method for Modeling Circuits and Interconnects for Electronic Packaging," IEEE MTT. Vol. 45, No. 10
Microstrip port —— coupled spiral inductor(1)
• Series coupled spiral inductor
Port2
FEKO模型
Port1
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Microstrip port —— coupled spiral inductor(2)
• Series coupled spiral inductor
【1】The Finite-Element Method for Modeling Circuits and Interconnects for Electronic Packaging," IEEE MTT. Vol. 45, No. 10
FEM port
• FEM port – 采用FEM方法时的特有端口
• 包含两种激励方式
– FEM modal port– FEM modal port– FEM line port
• 典型应用:
– 界面任意形状,填充介质的波导端口
– 带状线
– 微带线
– 共面波导
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FEM port —介质谐振波导滤波器(1)
• 采用FEM modal port 激励,分析滤波器
– 完全采用四面体FEM方法
– 绿色:介质区域,橘色:空气区域
– 金属边界金属边界
– 端口设置为FEM modal port
FEM modal port —介质谐振波导滤波器(2)
• S参数
– FEKO VS. Measured (—— S11,—— S21)
[1] H. Shigesawa, M. Tsuji, T. Nkao, K. Takiyama, "Two-Path Cutoff Waveguide Dielectric Resonator Filters," IEEE MTT, Vol. 37, No. 7, July 1989
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FEM port — a complex load for FEM region (1)
• 采用FEM line port 对微带天线馈电
– 背腔式微带天线
– 采用LF card 加载50Ohm复杂
FEM current port
LF card
FEM line port — a complex load for FEM region (2)
• 端口阻抗值
– FEKO VS.测量
[1] J. M. Jin and J. L. Volakis, “A hybrid finite element method for scattering and radiation by microstrip patch antennas and arrays residing in a cavity,” IEEE Trans. on AP, vol. 39, pp. 1598–1604, Nov. 1991
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FEM line port — stacked annular‐ring DRA(1)
• 宽带环孔介质谐振天线
– 当模型含有多层介质时
• FEM/MoM 比SEP具有更高效率
– 天线模型
FEM line port — stacked annular‐ring DRA(2)
• S11– FEKO VS. 测量
[1] Wide-band Stacked Double Annular-Ring Dielectric Resonator Antenna at the End-Fire Mode Operation, Guo, Ruan, Shi, IEEE Trans. AP, vol. 53, no.10, Oct 2005
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FEM line port —UWB patch antenna (1)
• UWB 贴片天线,采用FEM current port馈电
(c) 馈电
(a) 天线模型 (b) 3D FEKO模型
FEM line port —UWB patch antenna (2)
• S11– FEKO VS. 测量
[1] Z. Chen, T.S.P. See, X. Qing, "Small Printed Ultrawideband Antenna with Reduced Ground Plane Effect," IEEE Trans. AP., Vol. 55, No. 2, February 2007
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目录
• 概述
• 天线端口设置案例分析
– Wire portp– Edge port– Waveguide port– Microstrip port– FEM port
• 算法选择
– 网格划分原则
– FEKO中算法选择
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FEKO中模型的网格处理
• 金属面 三角形
• 金属线 线段
• 对于介质:
采用面等效方法 介质表面 三角形– 采用面等效方法:介质表面 三角形
– 采用体等效方法:介质体 四面体
– 采用FEM方法: 介质体 四面体
• PO 三角形网格
• GO 三角形网格(与频率无关,仅需描述几何模型)
• UTD 无需网格剖分
• 薄介质片
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FEKO网格的连续性
• 三角形网格必须公用边、线段必须连接到网格节点上!
FEKO网格剖分规则
• 线剖分规则规则
– Segment 长度
电流被假设沿线轴向1
λ101
<l
– 电流被假设沿线轴向:
– 线近似:轴向面积近似Segment面积
– 线-面结合处
• 面三角形边长度 线半径
λ101
<l
Rl *4>>
l>
π2lR ≈
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FEKO网格剖分规则
• 面三角形单元剖分规则
– 三角形边长度
)6...5(λ
<l 建 议 )10...8(λ
<l
– GO方法:
网格仅需准确描述几何模型
• 介质体等效方式时
– 趋肤深度
– 建议尺寸
)(
μσδ
w2
=
建议尺寸
)101,
101min( δλ
目 录
• 概述
• 天线端口设置案例分析
– Wire portp– Edge port– Waveguide port– Microstrip port– FEM port
• 算法选择
– 网格划分原则
– FEKO中算法选择
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算法选择
• FEKO采用的技术
– MoM• 介质表面等效(SEP)
• 平面分层介质(Green’s Functions)
• 介质体等效(VEP)• 介质体等效(VEP)
– FEM/MOM– PO/MoM– UTD/MoM– MLFMM– GO
各算法的应用(1)
1.MoM with SEP– 分析有限介质
– 例如:微带天线
2.MoM with infinite planar dielectrics (格林函数)
– 多层平面分层介质
– 例如:微带/带线馈电网络
1. MoM with SEP
2. 平面分层介质
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各算法的应用(2)
3.MoM with VEP– 电小问题(lam/10)– 例如:
• 铁氧体磁芯
• 薄介质基层• 薄介质基层
4. FEM– 高介电常数
– 非均匀介质
– 例如:
• 手机人体辐射模型3. MoM with VEP
4. FEM
各算法的应用(3)
5. MLFMM– 电大尺寸问题
– 例如:
• 100+米的舰船 500MHz• 大型微带阵列• 大型微带阵列
6. MoM/PO– 高频近似方法
– 超电大问题(硬件资源无法满足)
– 例如:
• 100+米的舰船 8GHz• 反射面天线
5. MLFMM
6. MoM/PO
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各算法的应用(4)
7. GO– 超电大问题(金属/介质)
– 例如:
• 透镜天线
• 超大型反射面天线• 超大型反射面天线
8.MoM /UTD– 高频近似方法
– 例如:
• 舰船模型
7. GO
8. MoM/UTD
小结
• 概述
• 天线端口设置案例分析
– Wire port– Edge portEdge port– Waveguide port– Microstrip port– FEM port
• 算法选择
– 网格划分原则
– FEKO中算法选择
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