Antenna Magus представляет собой специализированное программное обеспечение, которое значительно ускоряет процесс проектирования и симуляции антенн. Инструмент предлагает доступ к обширной библиотеке, содержащей более 350 проверенных моделей антенн, которые можно напрямую экспортировать в среду моделирования CST Studio Suite® для дальнейшего углубленного анализа.
Конструктивное проектирование антенн для шин
В автомобильной индустрии наблюдается трансформация бизнес-модели: ведущие производители шин и крупные операторы автопарков переходят от традиционной продажи покрышек к модели «шина как услуга» (Tire-as-a-Service). Это революционный подход, меняющий вековые принципы работы отрасли, где взаимодействие с клиентом теперь становится непрерывным процессом.
Суть модели «шина как услуга»: вместо разовой продажи физического продукта производители теперь предлагают гарантированную мобильность. Шины заменяются не по фиксированному календарному графику, а по фактическому состоянию и износу, что требует постоянного мониторинга каждой единицы.
Реализация этой модели основана на сборе комплексных данных о состоянии шины в реальном времени. Для этого внутрь покрышки интегрируются различные датчики, измеряющие давление, температуру, нагрузку и пробег. Поскольку прокладка проводов к вращающемуся колесу непрактична, критически важной становится беспроводная связь. Стратегически размещенная антенна внутри шины обеспечивает неинвазивный сбор и передачу телеметрических данных. Информация может считываться при проезде мимо стационарных станций (например, на АЗС) или с помощью портативных устройств, после чего передается в облако для аналитики и прогнозирования обслуживания.
Ключевая проблема проектирования
Шины эксплуатируются в экстремальных условиях: высокие механические нагрузки, перепады температур и различные дорожные покрытия. Предсказать срок службы не только самой шины, но и встроенной в неё электроники (включая антенну) с помощью лишь физических испытаний крайне сложно и затратно. Решением становится высокоточное мультифизическое моделирование, которое позволяет виртуально протестировать изделие в условиях, максимально приближенных к реальным.
Сложность структуры и интеграция антенны
Конструкция современной шины — это сложный многослойный композит из различных материалов: резины, нейлона, металлического корда. Создание точной виртуальной модели, отражающей эту неоднородность, — первый шаг к достоверному моделированию.
Обратите внимание: Дизайн антенны 5g для мобильных телефонов.
Антенна, как правило, крепится к внутренней поверхности боковины. Однако в случае грузовых шин с усиленными металлокордными боковинами, которые действуют как клетка Фарадея, антенну необходимо встраивать непосредственно в структуру шины на этапе производства, чтобы обеспечить эффективное излучение сигнала.Проектирование антенны можно начать с нуля или воспользоваться каталогом Antenna Magus. Этот инструмент позволяет быстро выбрать подходящую топологию из сотен вариантов, отфильтровав их по ключевым параметрам: частотному диапазону, типу применения, геометрическим ограничениям. Для нашего случая (диапазон 800–1000 кГц, планарное исполнение) была выбрана компактная меандровая антенна.
Сценарий моделирования: от конструкции к электромагнитному анализу
Имея полную виртуальную модель шины с интегрированной антенной, инженеры могут смоделировать наихудшие условия эксплуатации. Например, можно проанализировать момент, когда антенна находится в зоне максимальной деформации (в нижней точке контакта с дорогой). Для этого используется специализированная роль «Инженер по анализу шин» на платформе 3D EXPERIENCE.
Изначально антенна проектируется и оптимизируется как плоская структура. В моделировании к полной сборке шины применяются векторы деформации, что позволяет получить реалистичную геометрию антенны в нагруженном состоянии для последующего анализа.
Электромагнитный анализ деформированной антенны
Деформированная модель напрямую импортируется в CST Studio Suite для электромагнитного моделирования. Процесс включает в себя назначение материалов, определение граничных условий и возбуждения, настройку решателя и адаптивное сгущение сетки в критических областях.
Для решения данной задачи — моделирования тонкой деформированной антенны на крупном объекте — оптимально подходит решатель на основе метода матрицы линий передачи (TLM). Использование октодеревной сетки позволяет автоматически создавать мелкую сетку вблизи антенны и укрупнять её в удаленных областях, что обеспечивает высокую точность при разумных вычислительных затратах. В данном случае модель содержала 25 миллионов ячеек. Для ускорения расчетов активно используются облачные вычисления и GPU-ускорение, доступные для решателей во временной области CST.
Мощные средства постобработки CST Studio Suite позволяют получить все необходимые характеристики: S-параметры, диаграммы направленности, а также оценить критически важный параметр — максимальное расстояние успешного считывания данных стационарным или портативным устройством.
Автоматизация и многовариантный анализ
После отладки отдельных этапов структурного и электромагнитного моделирования наступает этап тесно связанного мультифизического анализа. С помощью инструмента Process Composer можно автоматизировать выполнение параметрического исследования для всех возможных углов поворота шины, гарантируя, что антенна будет стабильно работать в любом положении.
Прогнозирование усталостной долговечности
Отдельный важный аспект — анализ усталостной прочности. Меандровые антенны с их тонкими проводниками особенно чувствительны к циклическим нагрузкам. Каждая неровность дороги может инициировать микротрещину, которая будет расти, пока не приведет к поломке антенны. Совместный прочностной и усталостный анализ помогает спрогнозировать ресурс антенны до отказа. Эти данные становятся основой для интеллектуального планирования замены шин, позволяя производителю принимать обоснованные решения для каждого конкретного случая.
#antenna magus #cst studio #cst studio suite #cst #наука #наука и образование #наука и техника
Еще по теме здесь: Новости науки и техники.
Источник: Antenna Magus - Конструктивное проектирование антенн для шин.