　　《FEKO仿真原理与工程应用》基于FEKO的新版本FEKO14.0编写，此版本较旧版本新增了时域有限差分（FDTD）算法，支持更多的混合算法和功能特性。本书传递了作者们多年技术支持工作中积累的应用技巧和心得体会，会极大帮助初学者和工程人员提升工作效率。本书涵盖了FEKO的所有重点应用领域，包含多样化及新的热门应用，如CMA、汽车电磁兼容、生物电磁等，贴近FEKO用户的实际使用场景。读者读完此书会对FEKO的优势和特点有全面的了解。

　　《FEKO仿真原理与工程应用》主要适用于从事天线、雷达、微波、射频以及电磁兼容领域相关设计和特性研究的工程技术人员和高校师生等，既可以作为航空航天、汽车、电子、通信、船舶和军工等行业进行工程分析的参考用书，也可以作为计算电磁学和FEKO软件的教学用书和培训教材。

序一
序二
前言

第1章电磁场基础与雷达工程问题概述
1.1 无线电波
1.2 雷达
1.3 主要的电磁场问题
1.3.1 天线
1.3.2 雷达目标隐身
1.3.3 天线罩
1.3.4 电磁兼容
1.3.5 电波传播
1.4 电磁理论基础
1.4.1 麦克斯韦方程组
1.4.2 介质本构关系
1.4.3 求解域的边界条件
1.4.4 阻抗边界条件

第2章电磁场数值计算方法

2.1 矩量法（Method of Moments）原理与实现
2.1.1 矩量法的原理与实现
2.1.2 典型应用
2.2 多层快速多极子（MLFMM）的原理与实现
2.2.1 多层快速多极子的原理与实现
2.2.2 典型应用
2.3 有限元（FEM）的原理
2.4 时域有限差分（FDTD）
2.5 高频近似方法
2.6 主要的混合方法
2.6.1 矩量法与有限元混合原理
2.6.2 多层快速多极子与有限元混合技术
2.6.3 矩量法与高频混合技术
2.6.4 多层快速多极子与高频混合技术

第3章 FEKO基础
3.1 FEKO工作环境介绍
3.1.1 FEKO主要模块组成
3.1.2 FEKO文件组成与各模型之间的关系
3.1.3 关于命令行提交方式和批处理说明
3.1.4 命名规则说明
3.2 前处理模块——CADFEKO
3.2.1 菜单栏与工具按钮
3.2.2 模型与求解树形管理器
3.2.3 3D模型视图窗口
3.2.4 信息管理窗口
3.2.5 快捷工具条
3.2.6 主要的快捷键
3.3 后处理模块——POSTFEKO
3.3.1 菜单与工具按钮集
3.3.2 工程与树形管理器
3.3.3 3D/2D结果视图显示
3.3.4 计算参数设置面板
3.4 命令流脚本编辑器EDITFEKO
3.4.1 脚本编辑区域
3.4.2 命令函数控制面板
3.4.3 常用命令函数的说明与应用
3.5 相对工作平面（Workplane）的应用
3.5.1 何时用到Workplane
3.5.2 定义Workplane
3.5.3 基于Workplane建模
3.6 建立FEKO工程的仿真过程
3.6.1 主要功能与仿真流程
3.6.2 建立FEKO工程的一般过程

第4章 FEKO软件的使用技巧与方法选择

4.1 天线的端口与激励
4.1.1 线端口与电压源激励
4.1.2 棱边端口与电压源激励
4.1.3 波导端口与波导激励
4.1.4 有限元模式端口与激励
4.1.5 微带线端口与激励
4.1.6 远、近场等效技术
4.2 网格剖分技术
4.3 FEKO的方法选择技巧
4.4 主要的求解参数设置
4.4.1 近场设置
4.4.2 远场设置
4.4.3 S参数求解设置
4.5 LUA脚本基础与应用
4.5.1 LUA脚本基础
4.5.2 FEKO的LUA脚本功能

第5章工程仿真案例1——常用工程天线

5.1 半波振子天线
5.1.1 振子天线设计背景与原理
5.1.2 半波振子天线的仿真实现
5.2 矩形波导天线
5.3 低频线圈天线
5.4 圆波导圆极化天线
5.4.1 TE11模圆极化仿真
5.4.2 高次模圆极化的实现
5.5 偏馈反射面天线
5.5.1 全模型仿真实现
5.5.2 等效技术的实现
5.6 微带天线
5.6.1 矩量法（MoM）的实现
5.6.2 时域有限差分（FDTD）的实现
5.7 介质谐振天线（DRA）
5.7.1 矩量法（MoM）的实现
5.7.2 矩量法/有限元（MoM/FEM）混合法的实现
5.8 波导缝隙天线
5.8.1 波导缝隙天线的设计背景
5.8.2 基于多层快速多极子（MLFMM）实现
5.9 相控阵天线
5.9.1 相控阵天线的设计原理
5.9.2 EDITFEKO脚本控制的仿真实现
5.10 汽车车窗天线（Windscreen）
5.10.1 车窗天线仿真技术
5.10.2 车窗天线布局的仿真实现

第6章工程仿真案例2——天线罩设计与仿真

6.1 天线罩快速设计
6.1.1 格林函数法（SGF）
6.1.2 周期边界法（PBC）
6.2 天线罩透波分析
6.2.1 天线罩仿真流程与求解器选择技巧
6.2.2 FEKO软件的仿真实现
6.3 天线罩瞄准误差（BSE）仿真
6.3.1 FEKO软件的仿真实现
6.3.2 与MATLAB联合实现

第7章工程仿真案例3——载体平台天线布局

7.1 FEKO的GridSearch扫参技术
7.2 锥台结构平台上的多天线隔离度
7.3 直升机天线布局仿真
7.4 车内天线布局

第8章工程仿真案例4——复杂线缆束EMC

8.1 复杂线缆束EMC分析流程
8.2 复杂线缆束EMC仿真在FEKO中的实现
8.2.1 线缆类型与快速建模
8.2.2 天线与屏蔽线缆束的场线耦合
8.2.3 线缆束的辐射与抗干扰仿真

第9章工程仿真案例5——电磁散射

9.1 电磁散射单站与双站RCS
9.2 FEKO典型目标体的仿真应用
9.2.1 金属球锥体的单站RCS计算
9.2.2 介质金属混合体的单站RCS

第10章其他工程仿真案例

10.1 非辐射网络应用
10.1.1 S参数非辐射网络
10.1.2 传输线网络的级联
10.1.3 天线匹配网络与天线的一体化仿真
10.2 天线优化设计
10.2.1 常用的优化技术
10.2.2 FEKO软件的仿真实现
10.3 天线特征模分析（CMA）
10.3.1 CMA理论背景
10.3.2 FEKO天线特征模分析的仿真实现
10.4 机箱屏蔽效能
10.4.1 问题描述
10.4.2 FEKO中的仿真实现
10.5 生物电磁

前言/序言

　　FEKO进入中国市场已经整整15个年头，从最初的1.0版本发展到今天，Altair中国FEKO技术团队的很多成员经历了与FEKO的共同成长，见证了软件的发展历程，在为客户服务的过程中，积累了大量的软件技巧和工程经验。目前，市场上关于FEKO的中文书籍很少，只能通过一些有限的渠道进行学习和交流。因此，我们深感同广大电磁仿真领域从业人员及FEKO使用者分享技术和经验的重要性。

　　2015年，FEKO加入AltairHyperWorks产品体系。2016年3月，随着HyperWorks14.0正式发布，FEKO版本号也从7.0升级为14.0。FEKO14.0包含了众多新功能和求解器性能的改进，为广大用户带来全新的应用体验。本书是“FEKO基础与实战系列丛书”的第1本——FEKO基础篇。《FEKO仿真原理与工程应用》基于FEKO14.0（书中大部分应用案例和仿真流程同样支持FEKO7.0，网盘所包含的例子和视频基于FEKO7.0和FEKO14.0两个版本），详细介绍了前处理模块CADFEKO、后处理模块POSTFEKO和脚本编辑模块EDITFEKO的使用技巧以及求解方法选择的经验总结，并给出了非常全面的应用实例及仿真实现流程。

　　《FEKO仿真原理与工程应用》包括两大部分共10章。第1部分主要为电磁场理论、行业工程问题及FEKO软件介绍等基础内容，包括4章：第1章概述电磁场基础以及雷达工程相关问题；第2章结合具体工程应用详细介绍FEKO所使用的电磁计算方法，以加深读者对算法选择的理解；第3章对CADFEKO、POSTFEKO和EDITFEKO三大模块的软件界面、菜单、图标按钮等进行详细说明，便于读者快速查阅和掌握；第4章针对天线设计师所关心的端口选择和激励设置等问题给出选择原则，并做总结说明。对于系统设计师所关心的等效源技术与数据格式、网格剖分原则以及计算方法如何选择等，在第4章也进行了总结。同时，为方便利用FEKO进行二次开发，《FEKO仿真原理与工程应用》介绍了LUA脚本的语法基础，并附大量LUA脚本实例供读者学习参考。

　　第2部分主要介绍行业应用和丰富的FEKO工程应用案例，包括6章：第5章介绍工程上几类常用天线的仿真实现，与第4章的天线端口设置和激励相对应；第6章详细介绍FSS设计、雷达天线罩透波和瞄准误差（BSE）的仿真实现，提供了完整的LUA脚本和MATLAB脚本得到的瞄准误差曲线；第7章为载体天线布局的仿真应用；第8章介绍关于复杂线缆束的快速建模以及线缆辐射/抗干扰的仿真流程；第9章为各类目标体的雷达散射截面（RCS）仿真应用实例；第10章为一些特色应用，包括非辐射网络、等效馈电网络与天线一体化仿真、降低计算复杂度、常用优化方法以及如何通过优化得到天线的最佳电性能、特征模分析方法在天线设计中的应用、机箱屏蔽和生物电磁等。

　　《FEKO仿真原理与工程应用》内容主要由刘源、焦金龙、王晓峰、王晨编写，参与编写的还有陶津平、李岳春、甘海和马小康。此外，Altair市场部的王蔓女士负责与出版社的沟通，并对该书的框架提出了宝贵建议，Altair电磁技术团队的其他成员曾庆豪、王琪、实习生杨晨晨参与了本书的校稿，在此深表感谢！

　　由于编者水平有限，虽然已经多次校对，但书中错误和不足之处在所难免，敬请专家和广大读者不吝指正。

　　序一

　　FEKO（出自德语“FEldberechnungfürKörpermitbeliebigerOberfläche”，意为任意形状目标体的各种类型的电磁场分析）最早源于20世纪90年代初利用矩量法（MoM）解决金属体（金属表面和导线）电磁兼容和天线问题的研究代码。研究人员很快发现，将矩量法（用于仿真精细结构，如天线）和高频近似算法（用于仿真大型载体，如飞机机身）进行混合是解决电大尺寸问题的必由之路。必须提及的是，当时的计算机运行速度缓慢，内存配置也很低，甚至还比不上如今的智能手机。1994年，结合了矩量法与物理光学法的混合算法MoM/PO诞生了。

　　多年来，FEKO愈加成熟，不断增加先进的计算方法以满足新的应用和市场需求。不仅包括更加高效的求解器（如MLFMM——多层快速多级子算法，以及加入很多加速算法的RL-GO——射线寻迹几何光学法），而且优化和扩展了现有求解器，以支持特定的功能来解决复杂的实际问题（集成风窗天线即是一个例子）。FEKO当前版本FEKO14.0（本书即基于此版本）是一个高级的、采用最先进技术的通用电磁仿真软件包。FEKO主要用于高频应用，也有一些在较低频段的扩展应用（本书亦有所涉及，如AM天线和低频屏蔽等）。

　　本书给出了FEKO相关的计算电磁学概述，介绍并阐述了FEKO中的多种计算方法，如MoM、MLFMM、PO、RL-GO以及FEM（有限元法）和FDTD（时域有限差分法）等，应用涉及雷达系统、天线、天线布局、电磁兼容、波导、天线罩、微带电路和生物电磁等多个领域。

　　本书还讨论了FEKO用户界面以及前后处理模块CADFEKO和POSTFEKO。高级FEKO用户将会发现关于LUA脚本的章节特别有用，它展示了FEKO用户界面的最强大的功能。此外，还有一些包含FEKO高级功能的章节，如CMA（特征模式分析）、周期性结构、优化、线缆建模及采用等效源的模型分解等。

　　我非常高兴看到这本书能与广大中国科研及工程人员见面。衷心希望本书能给应用数值方法和仿真技术的读者带来借鉴作用，尤其是带给FEKO用户切实的帮助！

　　Dr.UlrichJakobus

　　FEKO创始人、IEEEFellow、ACESFellow

　　Altair电磁方案副总裁

　　序二

　　150多年前，麦克斯韦预言了电磁波的存在，至今电磁场理论与微波技术已经广泛应用于国防、民用通信、医疗、射电天文、导航等各个领域。如今，包括毫米波与太赫兹在内的高频技术备受关注，天线设计、雷达隐身、电磁兼容等典型应用场景也从大型军工系统延伸到民用车辆、即时通信、产品标签和物联网应用等民用领域。随着科技的发展，电磁场与微波技术将会对社会经济、国防以及人们日常生活的各个方面产生更加深远的影响。

　　电磁仿真软件是用计算电磁学方法解决实际问题的有效工具。在复杂的工程设计中，相较于凭借工程师个人的经验来推断和测试，利用成熟的商业软件进行仿真验证和优化修正可以极大地提升效率和准确性，FEKO即是其中一款非常优秀的三维电磁场仿真软件。FEKO软件基于矩量法（MoM）实现对Maxwell方程组的求解，并实现将矩量法和高频近似算法（包括PO、UTD等）相结合的混合算法，特别适合求解电大尺寸等复杂的电磁问题。FEKO也是首款将多层快速多极子方法（MLFMM）成功商用的软件，在国内已经拥有众多用户。

　　最早对FEKO的了解是基于其原理上的独特性，即将高频方法与矩量法结合实现计算时间和计算精度的有效提升，以及内存的节省。该方法特别适合于整体偏向平滑而局部比较复杂的结构。之后，该软件逐渐演进为一款功能强大的电磁仿真软件，适用于解决各种电大复杂的电磁问题。

　　2014年，Altair与东南大学毫米波国家重点实验室联合成立了FEKO培训中心。在两年多的合作中，FEKO工程师认真细致的工作态度和严谨执着的专业精神令我们印象深刻。本书作者刘源博士具备深厚的电磁领域背景，焦金龙、王晨和王晓峰等也都拥有超过10年的电磁领域应用经验，他们平时的大量时间都与FEKO用户一起，协助解决各类应用场景的实际问题，本书凝聚了他们多年的工程经验和软件使用心得，对于具备一定电磁基础知识的FEKO初学者和相关领域有应用需求的工程人员将有很大帮助。

　　希望通过此书的出版，能帮助国内电磁领域的专业人士更加高效地掌握FEKO软件工具的特点和优势，快速解决实际问题，在实现高效工作的同时，将更多精力用于科研创新，提升我国电磁行业的整体水平。

　　洪伟教授

　　教育部长江学者计划特聘教授、IEEEFellow、CIEFellow

　　东南大学信息科学与工程学院院长、毫米波国家重点实验室主任

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