隨著智能網聯技術的快速發展，整車電磁兼容、天線布局、車載通信、雷達感知等工程挑戰日益突出。工程師不再只是關注單一器件或單一頻段，而需要在從 DC 到太赫茲的頻譜范圍內，實現從芯片、PCB 到整車系統和真實場景的高效建模與性能評估。

電磁仿真如何從“點”的分析，走向“全場景、全頻域”的支撐？Altair 提出的解法是：構建一整套完整的全頻域電磁仿真平臺，并持續推進 AI 與多物理場集成的落地應用。

在Altair區域技術交流會上，Altair 高級技術經理焦金龍老師以《智能網聯時代下的全頻域電磁仿真技術演進》為題，系統介紹了Feko 在實際工程應用中的最新進展與案例，包括天線陣列快速建模、迭代求解器加速、電波傳播模型擴展、以及 AI 在車載天線、虛擬駕駛等場景中的應用探索，下面讓我們一起來探索Altair 是如何通過全頻域的電磁仿真解決方案，助力企業全面提效吧！

一、Altair 全頻域電磁仿真解決方案是什么？

Altair 擁有非常全面的電磁仿真產品，涵蓋從 IC 芯片、PCB電路板到系統級的仿真，甚至可以應對復雜真實場景下的電磁性能仿真。

在低頻領域，我們有專門的求解器，主要應用在電機、電控和電源等系統，包括：

• Flux：電氣工程直流、低頻電磁場分析工具；
• FluxMotor：用于電機的快速設計與分析工具；
• PSIM：電源電路系統設計工具；
• SimLab PE：支持器件參數提取與集成建模。

在PCB電路板級方面，我們提供 PollEx，用于：

• 電氣設計規則檢查（DFE）；
• 加工工藝分析（DFM）；
• 裝配檢查（DFA）；
• PCB的熱分析；
• 高頻信號完整性（SI）、電源完整性（PI）和 EMI 分析；

高頻仿真核心工具是 Feko，用于：

• 天線與天線罩設計；
• 天線布局分析；
• 電磁兼容性（EMC）分析；
• 材料（稀薄材料、透波材料等）電性能仿真；
• 生物電磁應用；
• 雷達隱身特性研究等。

在真實場景分析方面，我們引入 WinProp 和 WRAP，支持：

• 無線通信網絡規劃；
• 雷達覆蓋仿真；
• 智慧城市與虛擬駕駛；
• 車-車通信、車-路通信等應用；
• 頻譜管理；
• 風電等障礙物管理。

這些工具可以模擬城市地圖、野外環境、室內場景，且可與 Feko 實現數據互聯。

芯片級設計中，我們還有用于輔助調試和可視化的工具Silicon Debug。同時，對于復雜電氣系統，還提供了交互式電氣系統可視化平臺 EEvision，可用于復雜電氣系統的展示、輔助調試和驗證。

整個平臺構建了一個涵蓋從 DC 到 THz、從元器件到復雜場景的電磁仿真一體化解決方案。

二、Feko 的技術進展與新功能介紹

前面我們提到了 Feko 是面向天線、電磁兼容、天線罩和隱身分析等多個高頻場景的主力工具，下面重點介紹其在最新版本中的一些關鍵技術改進。

1. 大型模型壓縮與快速保存

在做復雜工程應用時，模型網格量大，生成的文件往往上百 MB 甚至上 GB，數據交互非常不方便。

新版本設置了CFX/CFM文件壓縮技術，可以將大型文件壓縮保存，既節省空間，又提高保存和傳輸速度，對實際工程項目非常有用。

2. 地面影響的簡化建模

以前如果要考慮真實地面對車載天線輻射特性的影響，必須建模地面，增加了建模與計算的復雜度。

現在我們可以在后處理階段考慮地面的電磁影響，無需顯式建模地面，就能獲得更快、更有效的仿真效果。

舉例說明：

我們分別做了自由空間、建模地面、和新算法三種方法的對照分析。結果表明，后處理中考慮地面與完整建模地面的仿真結果基本一致，不僅提升了效率，也保證了準確性。

3. 特征模（CMA）求解技術改進

特征模在天線設計中可以幫助我們理解輻射機理，是當前非常熱門的研究方向。

Feko 在新版本中不僅支持金屬結構，也支持有耗介質材料的特征模分析。還改進了模態跟蹤算法（mode-tracking），支持掃頻過程中模式的連續跟蹤，避免丟模，提升準確性。

同時支持多 GPU 加速能力，在處理大規模問題時顯著提高效率。

此外，在結果輸出中，能自動識別并標注每個模態的諧振頻率，提升了分析的直觀性。

4. PMC（理想磁導體）支持增強

對于某些仿真問題，使用理想磁導體（PMC）邊界條件可以降低計算復雜度。

新版本增強了 PMC 相關處理能力，可用于 PEC/PMC 的性能分析，并更真實地反映理想磁導材料的工程應用。

5. 陣列天線建模能力升級

Feko 現在支持從文本文件中快速導入每個天線單元的坐標、朝向、旋轉角度等參數，并自動構建復雜天線陣列模型。

用戶可以精準控制每個陣元的布置方式，方便進行大陣列設計與仿真。

Feko 的多極子（MLFMM）求解器在大陣列仿真方面表現優秀，適用于實際工程中的復雜應用。

6. fek 文件多線程生成加速

在復雜模型中執行Prefeko預處理生成 fek 文件時間長是常見問題。

新版本中進行Prefeko預處理加入了多線程支持，實測在 1500 萬自由度的模型中效率大幅提升。

7. 引入迭代求解器新技術

針對強振蕩、收斂困難的問題，如多反射面天線、暗室仿真等，Feko 新引入 迭代器。它的迭代殘差收斂是單調遞減的，收斂更快，魯棒性強，是解決復雜工程問題的重要工具。

新的默認迭代求解器支持：

• MLFMM
• hybrid FEM/MoM
• hybrid FEM/MLFMM
• FEM

8. RL-GO 高頻求解器 GPU 加速

RL-GO求解器在新版本中支持 GPU 并行處理，特別適合多角度入射、復雜目標 RCS 分析。

在大型目標的目標成像、快速反射建模中，GPU 加速效果顯著。

三、SimLab 與 Feko 的集成

SimLab 是一個流程驅動的多學科仿真平臺，適用于電磁、熱、結構等多物理場。

在最新的 2025.1 版本中，SimLab 集成了 Feko/WinProp 部分功能，包括：

• 室內場景的電波覆蓋分析；
• 載體天線布局分析；
• 無線網絡規劃；
• 虛擬駕駛場景仿真。

SimLab 利用其幾何清理、網格劃分、流程模板能力，使 Feko 在多物理場仿真流程中更容易集成和應用。

四、Feko 與 AI 的結合

AI 是目前非常重要的發展方向，我們也在探索將其與高頻電磁仿真相結合的可能性。

主要包括兩個平臺：

• physicsAI：基于幾何的 AI 學習
• RapidMiner：基于數據的 AI 學習

應用場景包括：

1. 電磁兼容環境分析

• 整車抗擾度預測
• 暗室場分布仿真
• 混響室場景下的 AI 分析

2. 車載通訊與雷達

• V2X 通信
• 車載雷達目標檢測
• TPMS 胎壓檢測中的旋轉天線仿真

3. 材料電磁性能預測

• 吸波材料
• 透波材料
• RCS 與透波特性建模

RapidMiner 應用示例

在虛擬駕駛場景中，車輛在道路上移動時，如果完全用仿真計算，計算量巨大增加數據后處理的復雜度。

下例是通過 WinProp 生成 258 組數據，使用 RapidMiner 進行模型訓練（70% 訓練，30% 驗證），然后將模型部署于真實場景中，實現快速預測。

推薦算法眾多，操作簡單化，幫助工程師迅速將 AI 應用于工程實踐。

physicsAI 應用示例

用于車載天線布局優化，可通過參數化控制天線傾角、布置位置、結構尺寸等變量。

基于這些參數，使用 Feko 做大量數據采樣，然后通過 physicsAI 訓練幾何-性能響應關系模型，最終在實際工程中快速預測響應結果，大幅提升建模效率。

五、總結回顧

今天的分享主要圍繞以下幾個方面：

1. Altair 提供從 DC 到 THz 的全頻域電磁仿真解決方案，覆蓋從 IC 芯片調試、產品詳細設計，到復雜系統場景建模與可視化。

2. Feko 的求解能力、后處理、建模效率、加速技術等方面均實現重大突破。

3. SimLab 平臺正在逐步集成 Feko，實現多物理場統一平臺。

4. AI 與 Feko 的結合正在加速推進，尤其是physicsAI 與 RapidMiner 兩種模式，已初步實現數據驅動與幾何驅動的智能預測應用。

我認為，AI 與高頻電磁仿真結合，是一條必須前行的道路。我們愿意持續探索技術前沿，把更多成熟的 AI 技術逐步介紹給大家，幫助工程師提升仿真設計能力，提升產品綜合性能。

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