FEKO培训系列教程 - bbs.hwrf.com.cnbbs.hwrf.com.cn/downrf/06_FEKO端口激励方式及算法选择.pdf · Microstrip port —— coupled spiral inductor ... 培训课程和ADS、HFSS

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

2

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

A Pera Global Company © 2009 PERA China

Wire port

• 线端口位于

– Segment (A1 card)– Vertex (A2 card)



3

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



4

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



5


• 10G，E-plane，H-plane方向图 VS. HFSS


• 端口S11 – FEKO VS. HFSS



6

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



7

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



8

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



9

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)



10

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



11

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



12


• Shunt coupled spiral inductor

【1】The Finite-Element Method for Modeling Circuits and Interconnects for Electronic Packaging," IEEE MTT. Vol. 45, No. 10


• Series coupled spiral inductor

Port2

FEKO模型

Port1



13


• 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



14

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



15

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



16

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



17

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



18

目录

• 概述


– Wire portp– Edge port– Waveguide port– Microstrip port– FEM port

• 算法选择




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



19

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 ≈



20

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


– Wire portp– Edge port– Waveguide port– Microstrip port– FEM port

• 算法选择






21

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



22


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


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



23


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


– Wire port– Edge portEdge port– Waveguide port– Microstrip port– FEM port

• 算法选择






专注于微波、射频、天线设计人才的培养易迪拓培训网址：http://www.edatop.com

射频和天线设计培训课程推荐

易迪拓培训(www.edatop.com)由数名来自于研发第一线的资深工程师发起成立，致力并专注于微

波、射频、天线设计研发人才的培养；我们于 2006 年整合合并微波 EDA 网(www.mweda.com)，现

已发展成为国内最大的微波射频和天线设计人才培养基地，成功推出多套微波射频以及天线设计经典

培训课程和 ADS、HFSS 等专业软件使用培训课程，广受客户好评；并先后与人民邮电出版社、电子

工业出版社合作出版了多本专业图书，帮助数万名工程师提升了专业技术能力。客户遍布中兴通讯、

研通高频、埃威航电、国人通信等多家国内知名公司，以及台湾工业技术研究院、永业科技、全一电

子等多家台湾地区企业。

易迪拓培训课程列表：http://www.edatop.com/peixun/rfe/129.html

射频工程师养成培训课程套装

该套装精选了射频专业基础培训课程、射频仿真设计培训课程和射频电

路测量培训课程三个类别共 30 门视频培训课程和 3 本图书教材；旨在

引领学员全面学习一个射频工程师需要熟悉、理解和掌握的专业知识和

研发设计能力。通过套装的学习，能够让学员完全达到和胜任一个合格

的射频工程师的要求…

课程网址：http://www.edatop.com/peixun/rfe/110.html

ADS 学习培训课程套装

该套装是迄今国内最全面、最权威的 ADS 培训教程，共包含 10 门 ADS

学习培训课程。课程是由具有多年 ADS 使用经验的微波射频与通信系

统设计领域资深专家讲解，并多结合设计实例，由浅入深、详细而又

全面地讲解了 ADS 在微波射频电路设计、通信系统设计和电磁仿真设

计方面的内容。能让您在最短的时间内学会使用 ADS，迅速提升个人技

术能力，把 ADS 真正应用到实际研发工作中去，成为 ADS 设计专家...

课程网址： http://www.edatop.com/peixun/ads/13.html

HFSS 学习培训课程套装

该套课程套装包含了本站全部 HFSS 培训课程，是迄今国内最全面、最

专业的HFSS培训教程套装，可以帮助您从零开始，全面深入学习HFSS

的各项功能和在多个方面的工程应用。购买套装，更可超值赠送 3 个月

免费学习答疑，随时解答您学习过程中遇到的棘手问题，让您的 HFSS

学习更加轻松顺畅…

课程网址：http://www.edatop.com/peixun/hfss/11.html

`

专注于微波、射频、天线设计人才的培养易迪拓培训网址：http://www.edatop.com

CST 学习培训课程套装

该培训套装由易迪拓培训联合微波 EDA 网共同推出，是最全面、系统、

专业的 CST 微波工作室培训课程套装，所有课程都由经验丰富的专家授

课，视频教学，可以帮助您从零开始，全面系统地学习 CST 微波工作的

各项功能及其在微波射频、天线设计等领域的设计应用。且购买该套装，

还可超值赠送 3 个月免费学习答疑…

课程网址：http://www.edatop.com/peixun/cst/24.html

HFSS 天线设计培训课程套装

套装包含 6 门视频课程和 1 本图书，课程从基础讲起，内容由浅入深，

理论介绍和实际操作讲解相结合，全面系统的讲解了 HFSS 天线设计的

全过程。是国内最全面、最专业的 HFSS 天线设计课程，可以帮助您快

速学习掌握如何使用 HFSS 设计天线，让天线设计不再难…

课程网址：http://www.edatop.com/peixun/hfss/122.html

13.56MHz NFC/RFID 线圈天线设计培训课程套装

套装包含 4 门视频培训课程，培训将 13.56MHz 线圈天线设计原理和仿

真设计实践相结合，全面系统地讲解了 13.56MHz线圈天线的工作原理、

设计方法、设计考量以及使用 HFSS 和 CST 仿真分析线圈天线的具体

操作，同时还介绍了 13.56MHz 线圈天线匹配电路的设计和调试。通过

该套课程的学习，可以帮助您快速学习掌握 13.56MHz 线圈天线及其匹

配电路的原理、设计和调试…

详情浏览：http://www.edatop.com/peixun/antenna/116.html

我们的课程优势：

※ 成立于 2004 年，10 多年丰富的行业经验，

※ 一直致力并专注于微波射频和天线设计工程师的培养，更了解该行业对人才的要求

※ 经验丰富的一线资深工程师讲授，结合实际工程案例，直观、实用、易学

联系我们：

※ 易迪拓培训官网：http://www.edatop.com

※ 微波 EDA 网：http://www.mweda.com

※ 官方淘宝店：http://shop36920890.taobao.com

专注于微波、射频、天线设计人才的培养

官方网址：http://www.edatop.com 易迪拓培训淘宝网店：http://shop36920890.taobao.com

Documents

FEKO培训系列教程 - bbs.hwrf.com.cnbbs.hwrf.com.cn/downrf/06_FEKO端口激励方式及算法选择.pdf · Microstrip port —— coupled spiral inductor ... 培训课程和ADS、HFSS