Antenna Magus — программный инструмент для ускоренного проектирования и моделирования антенн. Проверенные модели антенн можно экспортировать в CST Studio Suite® из огромной базы данных, содержащей более 350 моделей.
Конструктивное проектирование антенн для шин
Для определенной категории клиентов производители шин отказываются от ежегодной продажи нового комплекта шин. Многие крупные поставщики автопарков начинают использовать шины как услугу. Это значительный сдвиг в очень старой отрасли, которая исторически имела только единую точку контакта со своими клиентами.
Шина как услуга : вместо того, чтобы просто продавать оборудование, OEM-производители шин теперь продают время безотказной работы мобильности. Чтобы сделать это эффективным и полезным, шины заменяются не просто по фиксированному графику, например, каждые 12 месяцев, а скорее, когда износ действительно требует этого.
Эта новая бизнес-модель требует постоянного контроля за состоянием каждой отдельной шины. Сбор всей этой информации формирует основу, на которой принимаются решения. Различные датчики могут быть размещены внутри и вокруг шины для измерения таких параметров, как время работы, давление и переходная нагрузка. Для считывания этих данных необходима беспроводная связь, поскольку просто непрактично или невыполнимо прокладывать провода к шине и от нее. Антенна, стратегически размещенная внутри шины, может обеспечить быстрый и неинвазивный сбор данных. Каждый раз, когда автомобиль проезжает мимо человека с ручным считывающим устройством или стационарной считывающей станции, расположенной, например, на часто посещаемых заправочных станциях, данные из шины передаются в облако для постоянного анализа.
Проблема
Шины работают в условиях постоянной нагрузки и значительных нагрузок; они должны прослужить десятки тысяч миль по дорогам разного качества в любую погоду. Точно предсказать срок службы шины и, в нашем случае, установленной на ней антенны с помощью физических испытаний практически невозможно. Именно здесь вступает в игру высокоточное и тесно связанное мультифизическое моделирование.
Топология шин
Шина — это не просто резиновый пончик, как можно было подумать на первый взгляд, который наполняется воздухом каждые пару тысяч миль. Структура представляет собой очень сложную многослойную сборку. Все эти многослойные слои состоят из различных материалов, таких как нейлон, стальная сетка и различные виды резины. Точное виртуальное представление, отражающее эту сложность, необходимо для выполнения подробного мультифизического моделирования. Добавьте к этому антенну, работу и производительность которой мы хотим оценить.
Обратите внимание: Дизайн антенны 5g для мобильных телефонов.
Антенна часто просто приклеивается к внутренней стороне боковины шины; однако для грузовых шин, боковые стенки которых часто дополнительно усиливаются стальной боковой стенкой, антенна должна быть встроена в шину в процессе производства, чтобы она не застряла внутри клетки Фарадея.Антенна может быть построена с нуля на основе, например, листов данных или выбрана из Antenna Magus . Antenna Magus — это интерактивный каталог более 350 различных топологий антенн для бесчисленных приложений, в которых мы можем напрямую настраивать данную антенну и выполнять упрощенный анализ ее ожидаемой производительности и характеристик антенны. Этот каталог можно легко отфильтровать, например, по варианту использования, частотному диапазону или ограничениям по компоновке, чтобы быстро сузить область проектирования до управляемого набора антенн, которые могут быть применимы для данного приложения. В нашем случае нужна планарная антенна, работающая в диапазоне частот от 800 до 1000 кГц; поэтому мы выбрали подходящую меандровую антенну, которая будет использоваться для такого варианта использования.
Сценарий моделирования
Поскольку у нас есть полный виртуальный двойник сборки шины в сочетании с установленной антенной, мы проведем анализ для наихудшего случая нагрузки, когда вращение шины помещает антенну в нижнюю часть шины с максимальной ожидаемой деформацией, используя Роль инженера по анализу шин на платформе 3D EXPERIENCE.
Антенна, спроектированная и оптимизированная как плоская конструкция, изначально приклеивается к недеформированному внутреннему покрытию шины. Затем мы можем применить вектор деформации к полной сборке шины, а также к антенне, чтобы создать полностью деформированное тестируемое устройство.
Электромагнитный анализ
Деформированную сборку можно напрямую перенести в среду электромагнитного моделирования, где происходит обычная настройка электромагнитного моделирования. Основные этапы будут включать присвоение соответствующих свойств материала сложной сборке шины и антенне; определение возбуждения и граничных условий; настройка решателя; и локальное уточнение сетки.
Из-за характера проблемы, когда у нас есть деформированная тонкопанельная антенна на относительно большой конструкции, мы решили использовать наш лучший на рынке решатель матрицы линий передачи (TLM). Благодаря использованию сетки октодерева мы можем легко применить очень мелкую сетку вблизи антенны, где это разрешение требуется для точной геометрической сетки, при этом автоматически уменьшая точность сетки по мере удаления от антенны. Полученная сетка имеет 25 миллионов ячеек, и для эффективного запуска моделирования мы в полной мере используем облачные вычисления и ускорение графического процессора, которые могут использовать наши решатели во временной области для значительного сокращения времени моделирования.
Мощный механизм постобработки CST Studio Suite позволяет нам генерировать всевозможные выходные данные, которые могут быть уместны. В этом случае, помимо обычных KPI, связанных с антенной, таких как параметры рассеяния и направленность в дальней зоне, нас может интересовать расстояние считывания, на котором шина все еще может успешно связываться с портативным считывающим устройством или вышеупомянутыми считывающими станциями. Это может быть легко настроено и соответственно визуализировано.
Автоматизация процессов
Теперь, когда и структурное, и электромагнитное моделирование полностью настроены и протестированы, мы заинтересованы в выполнении тесно связанного мультифизического плана эксперимента. Вместо того, чтобы анализировать сборку для одного угла поворота шины, мы можем использовать Process Composer, чтобы соединить две физические характеристики, а затем выполнить анализ параметров для каждого возможного угла поворота, чтобы убедиться, что антенна работает хорошо при любых обстоятельствах.
Ожидаемая продолжительность жизни
Наконец, несколько слов об усталости. Как обсуждалось ранее, шина в сборе будет находиться под нагрузкой в течение значительного времени. Филигранные конструкции меандровой антенны особенно подвержены усталостным нагрузкам. Каждая выбоина, в которую попали, может вызвать трещину в металлической конструкции, которая со временем будет только расти, пока антенна, наконец, не сломается и больше не будет функционировать. Анализ усталости может помочь предсказать, сколько циклов и как долго данная конструкция может выдержать до отказа. Это важный показатель, по которому необходимо планировать замену шин. Подробная телеметрическая информация поможет OEM-производителю принимать обоснованные решения в каждом конкретном случае для каждой шины.
#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.