FEKO仿真原理：LUA脚本功能全解析

FEKO提供了LUA的脚本功能，在前处理CADFEKO和后处理POSTFEKO中均集成了LUA脚本编辑器Script editor，如图4-37所示。在脚本编辑器中可以输入或编辑脚本，支持断点设置进行调试，可直接运行输出结果。

图4-37 FEKO的LUA脚本编辑器

FEKO脚本编辑器的启动方法非常简单，即在CADFEKO或POSTFEKO的“Home”菜单中单击“Script editor”按钮，即可弹出脚本编辑器，如图4-38和图4-39所示。

图4-38 CADFEKO中启动脚本编辑器

图4-39 POSTFEKO中启动脚本编辑器

FEKO网站提供了部分脚本，网址为https://www.feko.info/support/lua-scripts，可直接下载。

1.LUA脚本在CADFEKO中的使用

CADFEKO可以基于LUA脚本来完成求解之前所有的工作，主要包括参量定义、材料定义、建立模型（包括导入几何模型或网格）、赋材料属性、端口定义、工作频率设置、求解方法设置、求解参数设置以及网格生成等，为了提高代码生成的效率，CADFEKO支持脚本宏的录制功能（Record macro），单击“Record macro”按钮后，CADFEKO按照单击按钮功能的顺序，自动生成LUA脚本，完成操作再次单击“Record macro”按钮后，会自动弹出脚本编辑器，查看生成的脚本，非常方便。同时，由于LUA脚本语法简单，易读性强，因此非常有助于用户理解和修改脚本。对于初学者，也有助于掌握LUA脚本。

这里给出的例子就是利用宏录制功能快速生成的脚本，可以直接复制下边几个部分的脚本到脚本编辑器，或直接读取光盘目录“../scripts/cadfeko/”中的“cadfeko_macro_record.lua”文件，直接运行。

示例：CADFEKO录制宏。

第1部分是创建CADFEKO的一个应用app（cf代表CADFEKO的一个接口），并生成一个工程project：

--CADFEKO14.0-273612(x64)

app=cf.GetApplication()

project=app:NewProject()

第2部分是设置长度单位为毫米（mm）：

--Modified solution entity:Model unit

properties=project:GetProperties()

properties.ModelAttributes.Unit=cf.Enums.ModelUnitEnum.Millimetres

project:SetProperties(properties)

第3部分是设定几个主要变量：

--Added variable"freq"=6e9

freq=project.Variables:Add("freq","6e9")

--Added variable"lam"=c0/freq/0.001

lam=project.Variables:Add("lam","c0/freq/0.001")

--Added variable"a"=0.8*lam

a=project.Variables:Add("a","0.8*lam")

--Added variable"b"=0.6*lam

b=project.Variables:Add("b","0.6*lam")

--Added variable"c"=0.2*lam

c=project.Variables:Add("c","0.2*lam")

第4部分是创建模型Cuboid1和Cylinder1：

--Created geometry:cuboid"Cuboid1"

properties=cf.Cuboid.GetDefaultProperties()

properties.Depth="b"

properties.Height="c"

properties.Label="Cuboid1"

properties.Width="a"

Cuboid1=project.Geometry:AddCuboid(properties)

--Created geometry:cylinder"Cylinder1"

properties=cf.Cylinder.GetDefaultProperties()

properties.Base.U="a/2"

properties.Base.V="b/2"

properties.Height="2*c"

properties.Label="Cylinder1"

properties.Radius="0.2*lam"

Cylinder1=project.Geometry:AddCylinder(properties)

第5部分是进行布尔操作：

--Created geometry:union""

Cuboid1=project.Geometry["Cuboid1"]

Cylinder1=project.Geometry["Cylinder1"]

targets={Cuboid1,Cylinder1}

project.Geometry:Union(targets)

第6部分是调整视图：

View3D=app.Views["3D view 1"]

View3D:ZoomToExtents()

第7部分是网格剖分设置：

MeshSettings=project.Mesher.Settings

properties=MeshSettings:GetProperties()

properties.Advanced.MinElementSize=37.0511713132585

properties.Advanced.RefinementFactor=62.4196350581785

properties.MeshSizeOption=cf.Enums.MeshSizeOptionEnum.Custom

properties.TetrahedronEdgeLength=""

properties.TriangleEdgeLength="lam/12"

properties.WireSegmentLength=""

MeshSettings:SetProperties(properties)

第8部分是进行网格划分：

--Mesh the model

project.Mesher:Mesh()

上述脚本的运行，也可以直接进入DOS界面，把目录切换到../scripts/cadfeko中，输入如下脚本，按〈Enter〉键即可：

＞＞:cadfeko--run-script cadfeko_macro_record.lua

关于CADFEKO中LUA脚本的使用方法与详细说明，可以参考User Manual中的第7章。

2.LUA脚本在POSTFEKO中的使用

POSTFEKO也支持LUA脚本功能，主要是利用LUA脚本读取bof中的计算结果信息（电场强度、磁场强度、电流、功率、RCS等），并可对这些结果进行计算处理。

FEKO运算直接得到参量结果（近场、远场、源、阻抗、S参数、功率、模式项、T/R等），可以单击“Home”菜单中的“New script”按钮，选择相应的参数，会直接弹出脚本编辑器，自动生成相应的代码。

下边给出的示例，可以直接复制下边几个部分的脚本到POSTFEKO的脚本编辑器，保存该脚本文件，并把光盘目录“../scripts/postfeko”中的“horn.fek”和“horn.bof”复制过来，或直接读取光盘目录“../scripts/postfeko”中的“far_field.lua”文件，直接运行。

示例1：POSTFEKO读取远场数据，并在3D视图和直角坐标系中显示。

第1部分是创建POSTFEKO的一个应用app（pf代表POSTFEKO的一个接口），生成一个工程，并打开“Horn.fek”文件，读取CADFEKO求解设置中所设定的远场计算FarFields：

app=pf.GetApplication()

app:NewProject()

app:OpenFile("Horn.fek")

farFieldCollection=app.Models[1].Configurations[1].FarFields

第2部分添加一个直角坐标系，采用索引和名称两种方式来生成2D曲线：

--Add the first far field to a Cartesian graph

graph=app.CartesianGraphs:Add()

farFieldTrace1=graph.Traces:Add(farFieldCollection[1])--Index method

farFieldTrace2=graph.Traces:Add(farFieldCollection["FarField1"])--Name method

第3部分是显示远场的3D视图：

--Add all the far fields in the collection to the 3D view

for index,farFieldData in pairs(farFieldCollection)do

farFieldPlot=app.Views[1].Plots:Add(farFieldData)

end

示例2：POSTFEKO中通过LUA读取近场数据。

该脚本把z=0，以原点为中心，半径大于等于0.15m区域的电/磁场值强制设置为0：

(www.chuimin.cn)

上述脚本参见链接资源的文件“../scripts/postfeko/near_field.lua”。要运行该脚本，方法是：单击“Home”菜单中的“Script editor”按钮，启动脚本编辑器，这时复制上述代码，或选择打开“../scripts/postfeko/near_field.lua”，单击“运行”按钮。

示例3：POSTFEKO中通过LUA设置2D曲线的运算。

该脚本演示了如何读取FEKO安装路径下的已有工程的结果，显示近场的2D曲线，并激活“Enable math”选项，写入表达式实现2D曲线翻倍和取dB，其中FEKO_HOME是FEKO的环境变量，并可以在脚本编辑器中直接使用。

app=pf.GetApplication()

app:NewProject()

app:OpenFile(FEKO_HOME..[[/examples/Resources/Automation/startup.fek]])

cartesianGraph1=app.CartesianGraphs:Add()

trace1=cartesianGraph1.Traces:Add(app.Models[1].Configurations[1].NearFields[1])

--Set 'TraceMathExpression' properties

trace1.Math.Expression="self*2.0"

trace1.Math.Enabled=true

cartesianGraph2=app.CartesianGraphs:Add()

trace2=cartesianGraph2.Traces:Add(app.Models[1].Configurations[1].NearFields[1])

cartesianGraph1:ZoomToExtents()

--Set 'TraceMathExpression' properties

trace2.Math.Expression="20*log(self)"

trace2.Label="NearField_Math_Expression_".."20log10E"

trace2.Math.Enabled=true

trace3=cartesianGraph2.Traces:Add(app.Models[1].Configurations[1].NearFields[1])

--Set 'Value ScaledToDB'

trace3.Quantity.ValuesScaledToDB=true

trace3.Label="NearField_dB"

关于POSTFEKO中LUA脚本的使用方法与详细说明，可以参考User Manual中的第10章。

3.LUA窗体与控件（Form&Controls）

为方便用户创建自定义窗体（Form）以实现某些功能应用，FEKO集成的LUA脚本也提供了窗体与常用控件（Controls）集创建功能，可以通过输入脚本的方式来完成，不提供常用控件的面板功能。对于复杂的窗体，也可以通过Visual Studio等工具来创建。

FEKO提供了控件集主要包括：按钮（formButtons），组合框（formComboBox），复选框（FormCheckBox），单选按钮（FormRadioButtonGroup），文本编辑框（FormLineEdit），选项卡（FormLabel），文件夹浏览（FormDirectoryBrowser），文件浏览（FormFileBrowser），文件另存为（FormFileSaveAsBrowser），控件分组容器（FormGroupBox）等。详细的内容可以参考软件自带的UserManual.pdf第10.3.67～10.3.91节所列的内容。

在POSTFEKO中，打开Script editor，并把下述代码复制到脚本编辑区域；或直接在脚本编辑器中单击打开按钮，打开“../scripts/controls/form_controls.lua”，单击“Run script”按钮或按〈Ctrl+R〉快捷键运行该脚本，显示如图4-40所示的界面（在该脚本中读取链接资源中自带的Horn.fek文件和图片文件horn.png）。

图4-40 显示的界面

4.其他主要模块

FEKO安装完成后，包含大量的LUA模块，默认情况下可以直接使用下列模块。

1）math：一个数学类库，包含常用的函数方法，见表4-15。

2）string：一个字符串处理库。

3）table：一个表数据处理库。

4）os：方便用户访问操作系统环境和文件的类库。

5）io：一个读写文件的输入/输出模块。

6）debug：脚本调试模块。

表4-15 常用函数

FEKO安装完后，有些广泛应用的LUA模块（也包括网上下载得到的模块）在默认情况下会包含进来，如果要应用这些模块，则必须使用函数require()进行加载，例如，require('luacom')。下面介绍的几个模块均为FEKO安装自带的模块，应用时必须重新进行加载。

1）luacom：在Windows系统中安装完FEKO后，会包含“luacom”模块，该模块是一个非常强大的模块，它使用户可以使用各种com组件，如Office的Word、Excel等。下述示例说明了如何使用该模块来控制Excel。

--COM example 1

require('luacom')

excel=luacom.CreateObject("Excel.Application")

excel.Visible=true

wb=excel.Workbooks:Add()

ws=wb.Worksheets(1)

for i=1,20 do

ws.Cells(i,1).Value2=i

end

--COM example 2

require"luacom"

excel=luacom.CreateObject("Excel.Application")

local book=excel.Workbooks:Add()

local sheet=book.Worksheets(1)

excel.Visible=true

for row=1,30 do

sheet.Cells(row,1).Value2=math.floor(math.random()*100)

end

local chart=excel.Charts:Add()

chart.ChartType=4

local range=sheet:Range("A1:A30")

chart:SetSourceData(range)

2）LuaFileSystem：该模块提供便携的方式访问底层的目录结构和文件属性。模块名称必须包括“lfs”。

3）LuaXml：一个处理XML数据的精简函数集，必须采用名称“luaxml”来调用该模块。

4）PenLight：LUA的扩展模块，一个包含表、数组、字符串、路径和目录、数据和函数的集合，必须采用名称“pl”来调用该模块。

5）winapi：该模块是视窗操作系统应用程序接口，提供了一些基本的工具，用于Windows系统，如访问注册表、找出系统资源，并让用户更多地控制进程的创建。

FEKO的LUA脚本也提供了特殊的功能函数集，这里列出一部分：

1）Complex——复数运算函数集。

2）Matrix——矩阵运算函数集。

3）ComplexMatrix——快速矩阵复数运算。

下述脚本演示了矩阵的复数运算，参见链接资源“../scripts/math/matrix_complex.lua”。为了保证该脚本在CADFEKO和POSTFEKO中都可以直接运行，而不用修改代码，这里加入了一行特殊的命令——“feko=cf or pf”。

--Create a default 2×2 complex matrix of zeros

feko=cf or pf

cm1=feko.ComplexMatrix.Zeros(2)

--Assign values to each element of the matrix

cm1[1][1]=1+j

cm1[2][1]=2+2*j

cm1[1][2]=3+3*j

cm1[2][2]=4+4*j

--Create a 2×2 complex matrix with a fill value of 2+j

cm2=feko.ComplexMatrix(2,2,2+j)

--Determine the transpose and determinant of the matrix

transpose=cm1:Transpose()

determinant=cm1:Determinant()

--Some of the valid operators for 'ComplexMatrix'

cm3=cm1*2

cm4=cm2*(3+j)

cm5=cm1+2

cm6=cm1-1

cm7=cm1+cm2

cm8=cm1-cm2

本部分的内容主要针对LUA脚本的初学者，通过本节的学习，能够快速掌握FEKO的LUA脚本的使用以及最基本的函数和结果处理功能，为以后灵活应用LUA脚本解决工作中的任意功能需求打下坚实的基础。