Antenna Magus — это специализированное программное обеспечение, которое значительно ускоряет процесс проектирования и моделирования антенн. Его ключевая особенность — обширная база данных, содержащая более 350 проверенных моделей антенн, которые можно напрямую экспортировать в среду моделирования CST Studio Suite® для дальнейшего анализа и оптимизации.
Проектирование антенн для умных домашних устройств
С развитием Интернета вещей (IoT) беспроводная связь стала неотъемлемой частью современных бытовых устройств. Антенны играют в этом центральную роль. В данной статье на примере интеллектуального проектора (рис. 1) рассматриваются современные методы и инструменты моделирования. Их использование позволяет на самых ранних этапах разработки быстро создавать и тестировать новые антенные решения для IoT-устройств. Такой подход ведет к созданию продуктов с улучшенными характеристиками связи и сокращению общего времени выхода на рынок.
Рисунок 1. Умный проектор "Beamy".Проектирование антенны — это не изолированная задача. Инженеру приходится постоянно адаптироваться к меняющимся требованиям на разных стадиях разработки продукта. Ключевой вопрос — определить, сколько антенн и какого типа необходимо разместить в устройстве для обеспечения стабильной связи. Помимо текущих стандартов (например, Wi-Fi, Bluetooth), важно учитывать и будущие технологии, такие как 5G. Современные инструменты дают инженеру возможность эффективно решать эти задачи.
Рисунок 2. Три итерации дизайна алюминиевой рамы проектора. Возможные места расположения антенн отмечены зеленым.Критерии выбора антенны
Основная задача антенны — обеспечить связь по конкретным стандартам, в данном случае WLAN 2.4 ГГц и Bluetooth. Она должна эффективно работать в соответствующих частотных диапазонах. В компактных устройствах, таких как проектор, главным ограничением является доступное для антенны пространство. Один из путей — использовать готовый антенный модуль. Однако более высокая производительность и гибкость достигаются при разработке нескольких специализированных антенн, встроенных в корпус устройства. Совместное использование Antenna Magus и CST Studio Suite делает такую кастомизацию экономически оправданной.
Поскольку требования к устройству меняются в ходе проектирования (как видно на рис. 2, где меняется форма корпуса и доступные места для антенн), возможность Antenna Magus вести проектирование на основе ограничений становится бесценной. Задав целевой частотный диапазон и ограничения по размеру, программа генерирует краткий список подходящих типов антенн, который инженер может дополнительно отфильтровать.
Если доступное пространство меняется, новые ограничения можно ввести в Antenna Magus.
Обратите внимание: Практика для студентов в Дании: возможности трудоустройства и плюсы.
Список рекомендаций автоматически обновляется, и в его начало попадают новые параметрические конструкции. Наличие выбора позволяет найти оптимальный компромисс между производительностью, стоимостью производства, энергопотреблением и надежностью, а также подобрать дополнительные антенны для улучшения общего покрытия.Методика размещения антенны в устройстве
Первоначальная конструкция антенны создается без учета её конечного расположения. Однако характеристики антенны сильно зависят от её позиции внутри устройства. Этот эффект необходимо оценить и, при необходимости, скорректировать конструкцию антенны или добавить согласующую цепь.
Для быстрого исследования множества конфигураций критически важны надежность и скорость настройки моделирования, а также автоматический расчет ключевых показателей эффективности (KPI). Эффективной сборке модели способствует платформа моделирования системных сборок (SAM), которая позволяет легко комбинировать различные компоненты (геометрию, материалы, настройки сетки) в единую модель устройства, как показано на рис. 3.
Рисунок 3. Точное моделирование во временной области может быть выполнено за короткое время для полностью детализированного устройства без упрощения шестигранной сетки с технологией идеальной аппроксимации границ для создания сетки сложной геометрии CAD.Моделирование во временной области с использованием шестигранной сетки и технологии идеальной аппроксимации границ (PBA) позволяет точно воспроизводить сложную CAD-геометрию без упрощений и быстро получать все необходимые результаты: S-параметры, распределение ближнего поля (рис. 4) и диаграммы направленности в дальней зоне (рис. 5).
Рисунок 4. Распределение электрического поля на частоте 2.5 Ггц для антенны, испытанной в потенциальном месте.
Рисунок 5. Диаграммы направленности в дальней зоне для двух идентичных антенн, установленных в двух местах внутри проектора.При установке нескольких антенн важно оценивать не только их индивидуальные характеристики, но и совокупную производительность системы. Автоматическая постобработка позволяет рассчитывать такие параметры, как общий шаблон сканирования (TSP), который показан на рис. 6.
Рисунок 6. Общая схема сканирования показывает, как две антенны в дальней зоне могут дополнять друг друга, обеспечивая покрытие во всех направлениях. В этом случае 57.6% сплошной сферы можно ожидать усиления антенны лучше 0 дБи, что лучше, чем у изотропного излучателя.TSP показывает максимальное усиление от любой из антенн в каждом направлении и служит объективным критерием для сравнения различных сценариев размещения. Существенная разница между, казалось бы, похожими конфигурациями (рис. 7) была бы невозможна для предсказания без детального моделирования.
Рисунок 7. Разница между, казалось бы, похожими сценариями размещения антенны может быть существенной. В этом случае комбинация антенн вверху дает эффективность покрытия 0дБ на 27% выше, чем комбинация внизу.Итоги и взгляд в будущее
Для успешного проектирования антенн в сложных бытовых устройствах инженеру необходимы инструменты, позволяющие быстро и точно оценивать множество сценариев интеграции. Подход, описанный в статье, демонстрирует свою эффективность. С ростом требований к пропускной способности и внедрением стандартов вроде 5G, появятся новые антенные технологии. Вероятно, антенна станет неотъемлемой частью корпуса устройства. Это потребует мультидисциплинарного моделирования, и интеграция инструментов в рамках платформы 3DEXPERIENCE создаст идеальную среду для будущих инноваций.
#ANTENNA MAGUS #SIMULIA #CST STUDIO SUITE #CST #НАУКА #наука и техника #наука и образование #3д моделирование #антенна
Еще по теме здесь: Новости науки и техники.
Источник: Antenna Magus - Конструкция антенны для подключенного домашнего мультимедийного устройства.