Tecnologia RF - Layout dell'antenna: una soluzione che utilizza la simulazione FEKO

FEKO aiuta un gran numero di produttori OEM e i loro fornitori nel campo industriale a risolvere i problemi EMC che incontrano nel processo di progettazione del prodotto, analisi e verifica dei test. Utilizzando FEKO e altri strumenti di simulazione, il numero di campioni di prova e il numero di test vengono ridotti e il tradizionale processo di sviluppo guidato dai test viene trasformato in progettazione guidata dalla simulazione. Le applicazioni importanti di FEKO nel campo di EMC / EMI includono radiazione elettromagnetica, anti-interferenza elettromagnetica, effetto fulmine, campo di radiazione ad alta intensità (HIRF), impulso elettromagnetico (EMP), schermatura elettromagnetica, pericoli di radiazione elettromagnetica e accoppiamento antenna.

Disposizione dell'antenna

Nello spazio libero, ci sono molte tecnologie da scegliere. Nelle applicazioni pratiche, tale antenna è installata sulla struttura solida, che influisce seriamente sulle caratteristiche di radiazione dello spazio libero dell'antenna. Per l'antenna installata su una grande piattaforma, è molto difficile misurare le sue caratteristiche di radiazione, a volte addirittura impossibile da misurare. Pertanto, la sfida della simulazione accurata è l'interazione tra antenna e grande ambiente elettronico. Nel corso degli anni, FEKO ha guadagnato una buona reputazione nel layout dell'antenna, diventando uno strumento standard di simulazione EMC / EMI per il layout dell'antenna in veicoli, aerei, satelliti, navi, stazioni base cellulari, torri, edifici e altri luoghi. Il mlfmm, il Solver progressivo (PO, rl-go e UTD) in FEKO e la decomposizione del modello lavorano insieme per rendere FEKO uno strumento ideale per risolvere problemi di interferenza di layout dell'antenna e co-localizzazione su piattaforme elettroniche grandi o super grandi.

Antennalayout caccia e navi (corrente superficiale mostrata)

Simulazione FEKO

L'isolamento tra più antenne sulla piattaforma (Figura 1) è uno dei problemi che FEKO è meglio ad affrontare. Il modello aereo è un modello di prova presentato al Simposio EMC Computational Electromagnetics (CEMEMC). Si tratta di una versione modificata di EV55 (appartenente al progetto UE HIRF-SE FP7, EVEKTOR, spol.s r.o. e l'Alleanza HIRF SE hanno il suo copyright). L'utente deve solo selezionare uno dei solutori in FEKO per il calcolo in base al tipo di problema da risolvere, la dimensione elettrica e la complessità, ecc Un modo per calcolare rapidamente l'accoppiamento reciproco tra antenne in FEKO è attraverso i parametri S. Gli utenti possono visualizzare visivamente l'effetto dei cambiamenti nel carico dell'antenna sull'accoppiamento tra antenne attraverso un calcolo senza avviare ripetutamente il solutore e visualizzare visivamente l'effetto di un gran numero di porte dell'antenna. Accoppiamento e stampa della matrice di interferenza co-site per identificare e analizzare il livello di forza di accoppiamento. Inoltre, la tecnologia di decomposizione del modello FEKO combinata con l'equivalente antenna e fonti di disturbo EMC equivalenti può ridurre la domanda di risorse informatiche.

Con la simulazione FEKO, si ottiene la distribuzione dell'intensità del campo magnetico all'interno e all'esterno dell'aeromobile a 1GHz

Sfide progettuali dell'IME

Ci sono molti casi di utilizzo di FEKO per risolvere problemi EMI. Ad esempio, il campo di radiazione dal fascio di cavi del veicolo è accoppiato all'antenna del parabrezza (e ad altre forme di antenna), che è anche correlato allo standard di prova CISPR-25 EMC dell'industria automobilistica (CISPR è il Comitato Speciale Internazionale per l'Interferenza Radio, ed è anche una stazione radio internazionale. I segnali acustici si propagano attraverso diversi cavi del veicolo e i campi di radiazione di questi cavi saranno accoppiati a diverse antenne, riducendo così le prestazioni dei sistemi di trasmissione analogica o digitale. Per risolvere questo problema, FEKO include uno strumento completo di modellazione dei cavi per analizzare la radiazione dei cavi (e anti-interferenza). Questo strumento e la tecnologia di modellazione e soluzione dell'antenna del parabrezza sviluppata specificamente per applicazioni reali dell'antenna del parabrezza sono adatti per analizzare e risolvere queste sfide (Figura 2). La figura 2b mostra il campo elettrico irradiato in due posizioni a 10 metri di distanza dai lati sinistro e destro della vettura. Ogni punto di posizione include i valori di forza del campo di polarizzazione verticale e orizzontale ottenuti mediante simulazione.

Figura 2: risultati di simulazione del modello di veicolo con antenna del finestrino del vento, sorgente equivalente di cablaggio elettrico e unità di controllo del motore (ECU) (a) e intensità del campo elettrico vicino al campo a 10m intorno al veicolo e modello di simulazione basato sul sistema di misura (b)

Prestazioni uniche

FEKO è facile da usare e ha un insieme completo, accurato, affidabile e completamente parallelizzato di risolutori che supportano la vera risoluzione ibrida, compreso il metodo dei momenti (MoM), multiplo veloce multistrato (MLFMM), elemento finito (FEM) e dominio della differenza di tempo (FDTD), ottica fisica/metodo dell'ottica fisica degli elementi di grande superficie (PO/LE-PO), Ottica geometrica a raggi (RL-GO) e teoria uniforme della diffrazione (UTD), ecc Questi risolutori sono stati ampiamente utilizzati nella simulazione della progettazione dell'antenna e del layout dell'antenna, EMC, sezione trasversale radar (RCS), bio-elettromagnetica, radome e dispositivi a radiofrequenza. A seconda delle dimensioni elettriche del problema da risolvere e della complessità del problema, è sufficiente scegliere di utilizzare questo o l'altro solutore. Lo strumento completo di modellazione dei cavi di FEKO risolve i problemi EMC che coinvolgono cavi complessi. Lo speciale algoritmo utilizzato da FEKO per l'analisi dei cavi è il metodo della linea di trasmissione multi-conduttore (MTL) e il metodo ibrido MoM/MTL. Quest'ultimo è adatto per scenari di analisi quando il terreno sotto il cavo è discontinuo. Come parte della piattaforma di ingegneria assistita da computer Altair HyperWorks, FEKO offre una serie di funzioni aggiuntive differenziate. Grazie all'esclusivo sistema di autorizzazione Altair, queste funzioni possono essere utilizzate senza costi aggiuntivi. Con l'aiuto del modulo di pre-processore HyperMesh di analisi degli elementi finiti più famoso del settore, può ridurre i tempi di pulizia complessa del modello CAD (compresa la pulizia automatica) e meshing; utilizzando HyperStudy, gli utenti FEKO possono utilizzare il metodo di progettazione degli esperimenti (Design of Experiments) per ottimizzare la progettazione, compresa l'analisi di altre caratteristiche fisiche; Utilizzare attivare per progettare e analizzare circuiti (come convertitori DC/DC).

Progettazione dell'antenna

FEKO è ampiamente usato nell'analisi e nella progettazione di antenne nel settore ed è adatto per la trasmissione radio e TV, sistemi wireless, sistemi di comunicazione mobile cellulare, sistemi di sblocco remoto keyless, sistemi di monitoraggio della pressione degli pneumatici, posizionamento satellitare e comunicazioni, radar, RFID e altri campi. Il metodo FEKO dei momenti solver (MoM) è ampiamente usato nella progettazione dell'antenna. Inoltre, poiché questo software non solo ha la funzione di decomposizione del modello (generando e utilizzando fonti equivalenti), combina anche algoritmo multipolo rapido multistrato (MLFMM) e altre funzioni complete. Metodo di accelerazione delle onde, o ottica fisica (PO), ottica geometrica di tracciamento dei raggi (RL-GO) o teoria uniforme della diffrazione (UTD) e altri metodi asintotici, in modo da poter allineare efficacemente antenne riflettori, antenne radar e antenne attrezzate Coprire l'antenna per l'analisi. FEKO ha anche funzioni come il metodo di funzione del Domain Green (DGFM) adatto per grandi array finiti, in modo da poter analizzare gli array di antenna in modo accurato ed efficiente.

Corrente su un array di antenna patch microtrip 2x2 da 1,5 GHz

Compatibilità elettromagnetica

La compatibilità elettromagnetica (EMC) è diventata un tema caldo di OEM e dei suoi fornitori in molti settori. È molto importante integrare componenti e apparecchiature nel sistema senza problemi elettromagnetici. È inoltre importante rispettare le normative EMC. Per molti anni, FEKO è stato utilizzato in EMC per simulare interferenze elettromagnetiche (EMI) e sensibilità elettromagnetica o immunità (EMS). FEKO include uno strumento completo di modellazione dei cavi per analizzare le radiazioni generate tra il cavo e altri cavi, antenne o apparecchiature, che possono causare la formazione di tensione e corrente di interferenza e causare guasti al sistema. FEKO è anche usato per simulare l'emissione di radiazioni, l'efficacia della schermatura, l'analisi del pericolo di radiazione, l'impulso elettromagnetico (EMP), l'effetto di illuminazione e il campo di radiazione ad alta intensità (HIRF) dell'unità di controllo elettronica (ECU) nel sistema.

Interfaccia di modellazione dei cavi in FEKO

Scattering e RCS

Quando l'oggetto è esposto al campo elettromagnetico incidente, le caratteristiche di dispersione dell'oggetto sono correlate alla distribuzione spaziale dell'energia di dispersione. Due casi tipici in cui la dispersione è molto importante: quando si progetta un sistema per rilevare oggetti, come il sistema di rilevamento delle collisioni; E progettare oggetti per aumentare o diminuire la capacità di rilevamento del trasmettitore, come la progettazione di aerei stealth. Vari metodi digitali di FEKO, tra cui mlfmm, rl-go e Po, e la funzione di post-elaborazione, possono risolvere in modo efficiente e preciso i problemi di dispersione e sezione trasversale efficace radar (RCS).

Vista di forza RCS dell'elicottero

Componenti guida d'onda e circuiti microtrip

Fin dalla prima realizzazione della comunicazione spaziale, le guide d'onda sono state ampiamente utilizzate nelle industrie della difesa nazionale, aerospaziale, della navigazione e della comunicazione, come accoppiatori, filtri, circolatori, isolatori, amplificatori e attenuatori. FEKO può essere utilizzato nella simulazione dei componenti della guida d'onda, solitamente utilizzando l'eccitazione della porta della guida d'onda, la madre di FEKO e il risolutore del metodo degli elementi finiti (FEM).

La tecnologia Microstrip viene utilizzata per progettare circuiti planari, quali accoppiatori, risonatori e filtri. Quando la lunghezza di traccia del circuito può essere confrontata con la lunghezza d'onda, viene utilizzata l'analisi EM 3D a onda completa. La funzione del Green stratificato piano e la formula del principio di equivalenza superficiale (SEP) in FEKO sono molto adatti per l'analisi dei circuiti stampati a microonde.

Simulazione dell'accoppiatore wr-90 magic-T guidato dalla guida d'onda Delta

Bioelettromagnetiche

La simulazione EM svolge un ruolo importante nello sviluppo della tecnologia biomedica. La simulazione può fornire un riferimento prezioso per l'interazione dei campi elettromagnetici nel corpo umano o vicino. A causa della natura della perdita di tessuto, il design dell'emettitore di solito si concentra sul garantire che il segnale sia emesso abbastanza e il segnale non venga perso nel carico anatomico, rispettando le regole di limitare il tasso di assorbimento specifico e l'incremento massimo della temperatura nel corpo umano. Le applicazioni tipiche sono relative a dispositivi mobili e wireless, campi RF in auto, apparecchi acustici, antenna umana, risonanza magnetica, impianti e ipotermia. FEM, FDTD e mamma / FEM in FEKO sono molto adatti per queste applicazioni. FEKO include un database di manichini diversi.

Calcolo SAR per il modello di indossare una radio tascabile in un'auto

Progettazione del circuito corrispondente

Un compito importante per i progettisti di antenne è garantire che la larghezza di banda e l'efficienza soddisfino le specifiche tecniche. Può essere realizzato cambiando la struttura fisica dell'antenna o utilizzando circuiti corrispondenti. Optenni lab è sviluppato da optenni srl e può essere acquistato attraverso il canale di vendita Altair. Lo strumento fornisce il programma automatico di generazione e ottimizzazione del circuito di corrispondenza. Gli utenti devono solo specificare la gamma di frequenza richiesta e il numero di componenti nel circuito di corrispondenza, quindi optenni lab fornisce la selezione topologica per ottimizzare il circuito di corrispondenza. Optenni lab utilizza modelli accurati di induttori e condensatori dei principali produttori di componenti e conduce analisi rapide di tolleranza per garantire che il circuito di corrispondenza prodotto soddisfi gli standard di progettazione, rendendolo un complemento ideale a FEKO.

Strumento di sintesi antenna

Antenna magus è uno strumento di sintesi di antenne di magus (Pty) Limited, che può essere acquistato attraverso il canale di vendita Altair. Fornisce un gran numero di antenne ricercabili, in cui possiamo trovare e progettare antenne che soddisfano le specifiche dell'utente. Il modello FEKO che può funzionare immediatamente può essere esportato, rendendo l'antenna magus uno strumento ideale per integrare FEKO.