网格与剖分

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摘要

利用FEKO进行电磁辐射/散射计算前，模型剖分网格的质量对计算速度，计算精度甚至于计算成败至关重要，本文将结合作者在实际工程中的使用经验，对剖分设置的操作细节以及几种常见计算环境中剖分尺寸设置的注意事项进行简要说明。考虑到作者认识有限，文中所述如有偏驳，敬请指正。

剖分的细节

MOM通常要求模型的剖分尺寸介于1/8~1/10波长之间，但是在实际计算过程，如果模型电尺寸过大，采取1/4波长进行剖分，即可实现较好的计算精度；
对于线模型的剖分，在剖分的时候需要设置线的直径，通常需要≤线长1/20（馈线的半径要于实际天线的同轴馈针的半径一致，这样可以保证驻波计算准确；如果只是关注天线的方向图，可以将馈线直径设置的尽量小，可以在不影响方向图计算结果的前提下，提高计算速度）；
选中模型，可以对模型中的某个face和region单独设置local mesh 尺寸（局部剖分尺寸设置的优先级高于全局剖分设置）；
剖分的尺寸会影响求解的收敛速度，过粗的剖分尺寸会导致收敛速度下降，甚至发散，对于具有较大介电常数或者较大损耗的介质，剖分尺寸可以精细些；
剖分完成，可以在mesh imformation可以查看剖分的信息。

常见问题的剖分尺寸

MOM，MLFMM与PO（物理光学）均采用三角形单元进行剖分，剖分尺寸要求必须小于1/3波长，通常建议为1/8波长~1/10波长，但是在实际工程中，得依据具体问题具体分析，核心的思想：对于电流变化较为剧烈的地方进行细剖分，以充分精确反映该区域的电流变化情况，从而保证计算精度；对于电流变化相对舒缓的区域进行粗剖分，在不影响计算精度的前提下，提高计算速度。

（一）自动剖分

FEKO mesh通过（1）局部剖分尺寸设置localmesh（可针对edge,face以及region进行局部剖分）和（2）全局剖分createmesh来控制剖分尺寸。其中全局剖分提供了fine（~1/24波长），standral（~1/12波长）l，coarse（~1/8波长），custome四种剖分尺寸的选择，其中前三种是系统自动设置剖分尺寸，custome为自定义剖分尺寸。剖分优先级：localmesh>create mesh。

（二）散射问题（不含有大量精细结构，磁性高损耗/高介电材料）

对于一般的散射问题（连续性较好的电大尺寸金属或介质散射体），比如介质天线罩，电大尺寸金属体的计算。由于没有激励源，也不存在复杂精细结构，电流变化相对舒缓，剖分尺寸设置为1/4~1/5空气波长，便能获得很好计算精度，如图所示为一个天线-介质散射体计算模型，其中蓝色曲线和绿色曲线分别为按1/5波长和1/10波长进行剖分后的方向图计算结果，由图可知：两者方向图吻合较好，说明即使处于天线辐射近场，天线罩按1/4~1/5空气波长进行剖分，也可获得较高的计算精度。

（三）散射问题（含有复杂精细结构或磁性高损/耗高介电材料）

对于含有大量复杂精细结构的计算（如周期性材料FSS等）以及含有磁性，高损耗，高节电的材料（如吸波材料等），电流变化较为剧烈，需要相应的减小剖分尺寸（建议采用自动剖分）。

（四）辐射问题

对于含有馈电结构的辐射问题（如天线的计算），馈电区域和辐射区域电流变化变化剧烈，相应的馈电结构和辐射结构必须进行精细剖分才能获得较高的计算精度，而对于非辐射结构部分可以采用粗剖分，其对计算精度影响较小。如图所示为一微带天线的剖分示意图，下图为对微带辐射贴片分别采用1/8lam，1/10lam，1/20lam，1/24lam以及1/46lam尺寸进行剖分后Gain计算的结果，由图可知：随着剖分精度的提高，计算结果不断变化，其中1/24lam剖分精度对应的计算结果与1/46lam的计算结果基本一致，说明计算结果基本收敛，计算精度可以保证。因此对于对于微带馈电结构和辐射贴片采用1/24介质波长（与自动剖分中fine标准一致），方才获得可以接受的计算精度，而对于贴片以外的介质和金属地则采用1/5空气波长即可，计算精度影响不大。