隨著計(jì)算電磁學(xué)在工程應(yīng)用領(lǐng)域影響力的不斷加深以及相關(guān)理論的不斷成熟，各種集成的商用電磁分析軟件越來(lái)越多。這些專業(yè)的電磁分析軟件大多集成了建模、數(shù)值分析以及結(jié)果顯示等相關(guān)功能模塊，使得操作者可以更加方便、直觀地進(jìn)行天線設(shè)計(jì)、目標(biāo)電磁特性分析等以往對(duì)專業(yè)性要求比較高的工作，大大降低了計(jì)算電磁學(xué)的研究門檻。有學(xué)者曾對(duì)市場(chǎng)上現(xiàn)有的各種電磁分析軟件作過(guò)總結(jié)，根據(jù)其采用的主要算法給出了如下的簡(jiǎn)單分類[參考來(lái)源：射頻百花潭. 各種計(jì)算電磁學(xué)方法比較和仿真軟件. https://mp.weixin.qq. com ]：
（1）以矩量法為主的微波軟件有FEKO，ADS，Ansys Designer，Zeland IE3D， Sonnet，Microwave Office,，Ansys Esemble，Super NEC；
（2）以有限元法為主的微波軟件有HFSS和ANSYS；
（3）以時(shí)域有限差分法為主的微波軟件有EMPIRE和XFDTD；
（4）以有限積分法為主的微波軟件有CST Microwave Studio。
需要指出的是，上述的分類并非是固定的，隨著各種電磁分析軟件開(kāi)發(fā)商的不斷更新維護(hù)，現(xiàn)有的電磁分析軟件往往不局限于一種算法，正向著多種算法相結(jié)合的趨勢(shì)發(fā)展。出于文章篇幅考慮，本文不再準(zhǔn)備對(duì)上述介紹的各種軟件作進(jìn)一步介紹，只針對(duì)目前行業(yè)內(nèi)比較主流的三款軟件（FEKO，HFSS，CST）展開(kāi)簡(jiǎn)單介紹。
1.2.1.1 FEKO

圖1.1 FEKO軟件操作界面截圖
FEKO是EMSS公司旗下的一款強(qiáng)大的三維全波電磁仿真軟件，是世界上第一個(gè)把矩量法推向市場(chǎng)的商業(yè)軟件[ ]。FEKO的名稱來(lái)源于德語(yǔ)Feldberechnung bei Korpern mit beliebiger Oberflache（任意復(fù)雜電磁場(chǎng)計(jì)算）首字母的縮寫。
FEKO從嚴(yán)格的電磁積分方程出發(fā)，以矩量法為主要的數(shù)值求解方法，可應(yīng)用于目標(biāo)雷達(dá)散射截面（Radar Cross Section, RCS）計(jì)算、天線輻射特性分析、電子系統(tǒng)電磁兼容性分析等電磁場(chǎng)類問(wèn)題的計(jì)算和分析。此外，該軟件還結(jié)合了多層快速多級(jí)子算法（Multi-level Fast Multipole Method, MLFMM）以及經(jīng)典的高頻分析方法，如物理光學(xué)法（Physical Optics, PO）、一致性繞射理論（Uniform Theory of Diffraction, UTD）等，故而該軟件具備電大尺寸目標(biāo)的分析能力。由于FEKO主要基于嚴(yán)格的積分方程，在分析開(kāi)域問(wèn)題（輻射/散射）時(shí)不需要建立吸收邊界條件，不會(huì)引起數(shù)值色散誤差，在分析電大尺寸問(wèn)題時(shí)不會(huì)因目標(biāo)尺寸的增加而增大數(shù)值誤差。另外，5.0版本以后的FEKO軟件還引入了有限元法，能夠更加精確地處理非均勻電介質(zhì)的相關(guān)問(wèn)題。
對(duì)于電小尺寸目標(biāo)，FEKO通常采用完全的矩量法進(jìn)行分析，以保證較高的計(jì)算精度；對(duì)于同時(shí)具備電小尺寸與電大尺寸的混合結(jié)構(gòu)目標(biāo)，FEKO既可以采用多層快速多極子法直接求解，又可以將問(wèn)題進(jìn)行分解，利用矩量法或多層快速多級(jí)子分析電小結(jié)構(gòu)部分，用高頻方法分析電大結(jié)構(gòu)部分，以實(shí)現(xiàn)高精度和高效率的完美結(jié)合。采用以上的處理思路，FEKO可以針對(duì)不同的問(wèn)題選取不同的處理方法來(lái)進(jìn)行快速精確的仿真分析，使得應(yīng)用更加靈活，適用范圍更廣泛，突破了單一數(shù)值計(jì)算方法只能局限于某一類電磁問(wèn)題的限制。
FEKO具有友好的輸入輸出接口以及良好的兼容性，能夠給用戶提供直觀、形象的目標(biāo)三維模型以及目標(biāo)的二維、三維電磁特性分布。其建模功能模塊提供了各種基本幾何模型的直接創(chuàng)建方法，支持模型幾何尺寸的全參數(shù)化輸入，還支持多種布爾操作以及拉伸、旋轉(zhuǎn)、扭曲、螺旋等操作，幾乎可以滿足任意結(jié)構(gòu)、任意媒質(zhì)類型模型的構(gòu)建需求。并且，FEKO軟件還支持目前幾乎所有主流CAD軟件創(chuàng)建的模型導(dǎo)入，大大簡(jiǎn)化了三維復(fù)雜模型的構(gòu)建難度。此外，FEKO支持工程應(yīng)用中多種常用激勵(lì)源的設(shè)置，如電流源、電壓源、平面波等，能夠滿足不同激勵(lì)條件下的電磁問(wèn)題分析需求。FEKO的數(shù)據(jù)處理模塊能夠計(jì)算幾乎所有工程問(wèn)題中關(guān)心的物理量，如輻射方向圖、駐波特性、輸入阻抗、雷達(dá)散射截面、場(chǎng)分布、電流電荷分布等，并可以以二維、三維、動(dòng)畫、圖表及文件等直觀、靈活的方式輸出。
1.2.1.2 HFSS

圖1.2 HFSS軟件操作界面截圖
HFSS是美國(guó)Ansoft公司推出的世界上第一款商業(yè)化三維結(jié)構(gòu)全波電磁仿真軟件，其名稱來(lái)源于英文High Frequency Structure Simulator的縮寫，目前已被Ansys公司收購(gòu)。HFSS軟件以有限元法為主要內(nèi)核，采用成熟穩(wěn)定的自適應(yīng)網(wǎng)格剖分技術(shù)，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確可靠，是當(dāng)前業(yè)界公認(rèn)的三維電磁場(chǎng)設(shè)計(jì)和分析的電子設(shè)計(jì)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[ ]。HFSS軟件提供了簡(jiǎn)潔直觀的用戶設(shè)計(jì)接口、精確的場(chǎng)仿真器以及功能強(qiáng)大的分析處理器，能夠計(jì)算任意形狀三維無(wú)源/有源結(jié)構(gòu)的散射參數(shù)和全波電磁場(chǎng)，其標(biāo)準(zhǔn)的Windows圖形用戶界面和自動(dòng)化設(shè)計(jì)流程使得用戶能夠快速上手，易學(xué)易用。利用HFSS分析電磁問(wèn)題時(shí)，用戶只需創(chuàng)建或?qū)朐O(shè)計(jì)模型，指定模型的材料屬性，正確設(shè)定模型的邊界條件和激勵(lì)方式，合理定義模型的求解參數(shù)，軟件就可以自動(dòng)輸出用戶需要的分析設(shè)計(jì)結(jié)果，具體包括天線的增益和輻射方向圖、目標(biāo)的端口阻抗以及駐波特性、目標(biāo)在空間產(chǎn)生的電磁場(chǎng)分布等。
經(jīng)過(guò)技術(shù)的不斷發(fā)展，HFSS軟件目前被廣泛用于航空航天、電子通信、半導(dǎo)體以及計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域，極大地降低了電子系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)成本，縮短了開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)周期，是當(dāng)前電子系統(tǒng)以及天線設(shè)計(jì)最受歡迎的軟件之一。當(dāng)前，HFSS主要的應(yīng)用場(chǎng)景具體包括如下8個(gè)方面：射頻和微波無(wú)源器件仿真設(shè)計(jì)、天線及天線陣列仿真設(shè)計(jì)、高速數(shù)字信號(hào)完整性分析、電磁兼容和電磁干擾效應(yīng)分析、電真空器件（如行波管、速調(diào)管、回旋管等）設(shè)計(jì)、目標(biāo)電磁特性分析及RCS計(jì)算、人體對(duì)電磁波的比吸收率計(jì)算、光電器件仿真設(shè)計(jì)。此外，由Ansys HFSS和Ansys Designer構(gòu)成的Ansys高頻解決方案，是目前唯一以物理原型為基礎(chǔ)的高頻設(shè)計(jì)解決方案，提供了從系統(tǒng)到電路直至部件級(jí)的快速而精確的設(shè)計(jì)手段，覆蓋了高頻設(shè)計(jì)的所有環(huán)節(jié)。
1.2.1.3 CST

圖1.3 CST軟件操作界面截圖
CST是德國(guó)Computer Simulation Technology公司推出的高頻三維電磁仿真與分析設(shè)計(jì)軟件，廣泛應(yīng)用于天線設(shè)計(jì)、目標(biāo)電磁散射特性計(jì)算和電磁兼容特性分析等領(lǐng)域。CST仿真軟件包含的主要產(chǎn)品有：CST微波工作室、CST設(shè)計(jì)工作室、CST電磁工作室以及馬飛亞（MAFIA）。這里主要介紹“CST微波工作室”，它是一款無(wú)源微波器件和天線的仿真軟件，可以仿真耦合器、濾波器、環(huán)流器、隔離器、諧振腔、平面結(jié)構(gòu)、連接器、電磁兼容、IC封裝、各類天線以及天線陣列，能夠給出S參數(shù)、天線方向圖、增益等結(jié)果。CST微波工作室是專門用于高頻領(lǐng)域電磁分析和設(shè)計(jì)的軟件。該軟件包含了四種不同的仿真技術(shù)：瞬態(tài)求解器、頻域求解器、本征模求解器、模式分析求解器，分別對(duì)應(yīng)于它們的特定應(yīng)用領(lǐng)域。
（1）瞬態(tài)求解器。CST微波工作室使用的瞬態(tài)求解器能通過(guò)僅僅一次計(jì)算得到仿真器件在整個(gè)寬頻帶上的響應(yīng)（與之對(duì)應(yīng)的是許多其他仿真器中用的掃頻法）。該求解器對(duì)大部分高頻應(yīng)用領(lǐng)域都十分有效，如連接器、傳輸線、濾波器、天線等等。
（2）頻域求解器。頻域求解器主要用于求解低頻問(wèn)題，因?yàn)榇藭r(shí)仿真器件的結(jié)構(gòu)尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于最小波長(zhǎng)，效率很低，在這些情況下最好是使用頻域求解器。
（3）本征模求解器。在濾波器的設(shè)計(jì)中常常需要對(duì)濾波器中的操作模式進(jìn)行直接的計(jì)算。對(duì)這些情況，CST微波工作室提供了本征模求解器，能有效求解無(wú)耗電磁器件的有限個(gè)模式解。
（4）模式分析求解器。模式分析求解器主要與本征模求解器相結(jié)合使用，在濾波器中的模式被計(jì)算出來(lái)以后，模式分析器就能迅速求解濾波器中S參數(shù)。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的典型商业电磁全波仿真软件介绍的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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