Mikrowellen-Technik - Antennenlayout: eine Lösung mit FEKO Simulation

FEKO unterstützt eine Vielzahl von OEM-Herstellern und deren Zulieferern im industriellen Bereich bei der Lösung der EMV-Probleme, die sie im Prozess des ProduktDesigns, der Analyse und der Testverifizierung begegnen. Durch den Einsatz von FEKO und anderen Simulationswerkzeugen werden die Anzahl der Versuchsproben und die Anzahl der Tests reduziert, und der traditionelle testgetriebene Entwicklungsprozess wird in simulationsgetriebenes Design umgewandelt. Die wichtigen Anwendungen von FEKO im Bereich EMV-EMI umfassen elektromagnetische Strahlung, elektromagnetische Störfestigkeit, Blitzeffekt, hochintensives Strahlungsfeld (HIRF), elektromagnetischer Impuls (EMP), elektromagnetische Abschirmung, elektromagnetische Strahlungsgefahr und Antennenkopplung.

Antenne Layout

Im freien Raum gibt es viele Technologien zur Auswahl. In praktischen Anwendungen wird eine solche Antenne auf der festen Struktur installiert, was die Freiraumstrahlungseigenschaften der Antenne ernsthaft beeinträchtigt. Für die Antenne, die auf einer großen Plattform installiert ist, ist es sehr schwierig, ihre Strahlungseigenschaften zu messen, manchmal sogar unmöglich zu messen. Daher ist die Herausforderung der genauen Simulation die Interaktion zwischen Antenne und großer elektronischer Umgebung. Im Laufe der Jahre hat FEKO einen guten Ruf im AntennenLayout gewonnen und ist zu einem Standard-EMV/EMI-Simulationswerkzeug für AntennenLayout in Fahrzeugen, Flugzeugen, Satelliten, Schiffen, zellularen Basisstationen, Türmen, Gebäuden und anderen Orten geworden. Der mlfmm, der progressive Solver (PO, rl-go und UTD) in FEKO und die Modellzerlegung arbeiten zusammen, um FEKO zu einem idealen Werkzeug zur Lösung von AntennenLayout und Co-Location Interferenzproblemen auf großen oder super großen elektronischen Plattformen zu machen.

AntenneLayoutan Jägern und Schiffen (Oberflächenstrom dargestellt)

FEKO-Simulation

Die Isolation zwischen mehreren Antennen auf der Plattform (Abbildung 1) ist eines der Probleme, mit denen FEKO am besten umgehen kann. Das Flugzeugmodell ist ein Testmodell, das auf dem EMV Computational Elektromagnetics (CEMEMC) Symposium vorgestellt wurde. Es handelt sich um eine modifizierte Version von EV55 (gehört zum HIRF-SE FP7 EU Projekt, EVEKTOR, spol.s r.o. und die HIRF SE Alliance haben ihr Copyright). Der Benutzer muss nur einen der Löser in FEKO zur Berechnung entsprechend der Art des zu lösenden Problems, der elektrischen Größe und Komplexität usw. auswählen. Eine Möglichkeit, die gegenseitige Kopplung zwischen Antennen in FEKO schnell zu berechnen, ist durch S-Parameter. Benutzer können den Effekt von Änderungen der Antennenlast auf die Kopplung zwischen Antennen durch eine Berechnung visuell darstellen, ohne den Löser wiederholt zu starten, und visuell den Effekt einer großen Anzahl von Antennenports anzeigen. Kopplung und Zeichnung der Co-Site Interferenzmatrix zur Identifizierung und Analyse des Niveaus der Kopplungsstärke. Darüber hinaus kann FEKOs Modellzerlegungstechnologie in Kombination mit antennenäquivalenten und EMV äquivalenten Störquellen den Bedarf an Rechenressourcen reduzieren.

Durch FEKO Simulation wird die Verteilung der Magnetfeldintensität innerhalb und außerhalb des Flugzeugs bei 1GHz erhalten

Herausforderungen im EMI-Design

Es gibt viele Fälle von FEKO zur Lösung von EMI-Problemen. Beispielsweise ist das Strahlungsfeld aus dem Fahrzeugkabelbündel mit der Windschutzscheibenantenne (und anderen Antennenformen) gekoppelt, was ebenfalls mit dem EMV-Prüfstandard CISPR-25 der Automobilindustrie in Verbindung steht (CISPR ist das Internationale Sonderausschuss für Funkstörungen und ist auch ein internationaler Radiosender. Rauschsignale verbreiten sich über verschiedene Kabel im Fahrzeug, und die Strahlungsfelder dieser Kabel werden mit verschiedenen Antennen gekoppelt, wodurch die Leistung analoger oder digitaler Rundfunksysteme reduziert wird. Um dieses Problem zu lösen, enthält FEKO ein umfassendes Kabelmodellierungstool zur Analyse von Kabelstrahlung (und Interferenzschutz). Dieses Tool und die speziell für echte Windschutzscheibenantennenanwendungen entwickelte Technologie eignen sich zur Analyse und Lösung dieser Herausforderungen (Abbildung 2). Abbildung 2b zeigt das ausgestrahlte elektrische Feld an zwei Positionen 10 Meter entfernt von der linken und rechten Seite des Autos. Jeder Positionspunkt enthält die vertikalen und horizontalen Polarisationsfeldstärken, die durch Simulation erhalten werden.

Abbildung 2: Simulationsergebnisse des Fahrzeugmodells mit Windfensterantenne, äquivalenter Kabelbaum- und Motorsteuergerät (ECU) (a) und elektrischer Feldintensität bei 10m um das Fahrzeug herum und Simulationsmodell basierend auf Messsystem (b)

Einzigartige Leistung

FEKO ist einfach zu bedienen und verfügt über eine umfassende, genaue, zuverlässige, vollständig parallelisierte Reihe von Lösern, die echte hybride Lösung unterstützen, einschließlich der Methode der Momente (MoM), mehrschichtigen schnellen Multipol (MLFMM), Finite Elemente (FEM) und Zeit Finite Differenz Domäne (FDTD), physikalische Optik/große Oberflächenelemente physikalische Optik (PO/LE-PO), Röntgengeometrische Optik (RL-GO) und Uniform Beugungstheorie (UTD), etc. Diese Löser sind weit verbreitet in der Simulation von Antennendesign und AntennenLayout, EMV, Radarquerschnitt (RCS), Bio-Elektromagnetik, Radom und Hochfrequenzgeräte verwendet worden. Je nach elektrischer Größe des zu lösenden Problems und der Komplexität des Problems müssen Sie nur diesen oder den anderen Löser verwenden. FEKOs umfassendes Kabelmodellierungswerkzeug löst EMV-Probleme bei komplexen Kabeln. Der spezielle Algorithmus, den FEKO für die Kabelanalyse verwendet, ist das Mehrleiter-Übertragungsleitungsverfahren (MTL) und das MoM/MTL-Hybridverfahren. Letzteres eignet sich für Analyseszenarien, wenn die Erdung unter dem Kabel diskontinuierlich ist. Als Teil der rechnergestützten Engineering-Plattform Altair HyperWorks bringt FEKO eine Reihe weiterer differenzierter Funktionen mit. Dank des einzigartigen Berechtigungssystems von Altair können diese Funktionen ohne zusätzliche Kosten genutzt werden. Mit Hilfe des branchenweit berühmtesten Pre-Processor-Moduls für Finite-Elemente-Analyse HyperMesh kann es die Zeit der komplexen CAD-Modellreinigung (einschließlich automatischer Reinigung) und Vernetzung reduzieren; Mit HyperStudy können FEKO-Benutzer die Versuchsplanungsmethode (Versuchsplanung) verwenden, um das Design zu optimieren, einschließlich der Analyse anderer physikalischer Eigenschaften; Verwenden Sie activate zum Entwerfen und Analysieren von Schaltungen (z. B. DC/DC-Wandlern).

Antennendesign

FEKO ist in der Analyse und Konstruktion von Antennen in der Industrie weit verbreitet und eignet sich für Radio- und Fernsehübertragungen, drahtlose Systeme, zellulare Mobilkommunikationssysteme, schlüssellose Fernentsperrungssysteme, Reifendrucküberwachungssysteme, Satellitenpositionierung und Kommunikation, Radar, RFID und andere Bereiche. Der FEKO Methode der Momente (MoM) Solver ist weit verbreitet im Antennendesign. Da diese Software nicht nur die Funktion der Modellzerlegung (Erzeugung und Verwendung gleichwertiger Quellen) hat, kombiniert sie auch mehrschichtigen schnellen Multipolalgorithmus (MLFMM) und andere umfassende Funktionen. Wellenbeschleunigungsmethode oder physikalische Optik (PO), geometrische Ray Tracing-Optik (RL-GO) oder einheitliche Beugungstheorie (UTD) und andere asymptotische Methoden, so dass Reflektorantennen, Radarantennen und ausgerüstete Antennen effizient ausgerichtet werden können. FEKO verfügt auch über Funktionen wie die Domain Green's Function Method (DGFM), die für große endliche Arrays geeignet sind, sodass Antennenarys präzise und effizient analysiert werden können.

Strom auf einem 1,5 GHz 2x2 Microstrip Patch Antenne Array

Elektromagnetische Verträglichkeit

Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) ist ein heißes Thema von OEM und seinen Zulieferern in vielen Branchen geworden. Es ist sehr wichtig, Komponenten und Geräte ohne elektromagnetische Probleme in das System zu integrieren. Wichtig ist auch die Einhaltung der EMV-Vorschriften. Seit vielen Jahren wird FEKO in der EMV verwendet, um elektromagnetische Störungen (EMI) und elektromagnetische Empfindlichkeit oder Immunität (EMS) zu simulieren. FEKO enthält ein komplettes Kabelmodellierungswerkzeug, um die zwischen dem Kabel und anderen Kabeln, Antennen oder Geräten erzeugte Strahlung zu analysieren, die die Bildung von Interferenzspannung und -strom verursachen und Systemausfall verursachen kann. FEKO wird auch verwendet, um die Strahlungsemission, Abschirmungseffekt, Strahlengefahrenanalyse, elektromagnetischen Impuls (EMP), Beleuchtungseffekt und hochintensives Strahlungsfeld (HIRF) der elektronischen Steuereinheit (ECU) im System zu simulieren.

Schnittstelle zur Kabelmodellierung in FEKO

Streuung und RCS

Wenn das Objekt dem einfallenden elektromagnetischen Feld ausgesetzt ist, hängen die Streuungseigenschaften des Objekts mit der räumlichen Verteilung der Streuungsenergie zusammen. Zwei typische Fälle, in denen Streuung sehr wichtig ist: beim Entwurf eines Systems zur Erkennung von Objekten, wie Kollisionserkennungssystem; Und Design von Objekten, um die Erkennungsfähigkeit des Senders zu erhöhen oder zu verringern, wie das Design von Tarnflugzeugen. Verschiedene digitale Methoden von FEKO, einschließlich mlfmm, rl-go und Po und Nachbearbeitungsfunktion, können die Streu- und Radar-effektiven Querschnittsprobleme (RCS) effizient und genau lösen.

RCS-Kraftansicht des Hubschraubers

Wellenleiterkomponenten und Mikrostreifenschaltungen

Seit der ersten Realisierung der Raumfahrtkommunikation sind Wellenleiter weit verbreitet in der nationalen Verteidigung, Luft- und Raumfahrt, Navigation und Kommunikationsindustrie, wie Koppler, Filter, Zirkulatoren, Isolatoren, Verstärker und Abschwächer. FEKO kann in der Simulation von Wellenleiterkomponenten verwendet werden, normalerweise unter Verwendung von Wellenleiterportanregung, FEKOs Mom und Finite-Elemente-Methode (FEM) Solver.

Microstrip-Technologie wird verwendet, um planare Schaltungen wie Koppler, Resonatoren und Filter zu entwerfen. Wenn die Spurenlänge des Schaltkreises mit der Wellenlänge verglichen werden kann, wird die Vollwellen-3D-EM-Analyse verwendet. Die ebenschichtige Green-Funktion und die SEP-Formel (Surface Equivalent Principle) in FEKO eignen sich sehr gut für die Analyse gedruckter Mikrowellenschaltungen.

Simulation eines magischen T-Kopplers wr-90 angetrieben durch Wellenleiter Delta

Bioelektromagnetik

Die EM-Simulation spielt eine wichtige Rolle in der Entwicklung der biomedizinischen Technologie. Simulation kann wertvolle Referenzen für die Wechselwirkung elektromagnetischer Felder in oder in der Nähe des menschlichen Körpers liefern. Aufgrund der Art des Gewebeverlustes konzentriert sich das Emitter-Design normalerweise darauf, sicherzustellen, dass genügend Signal gesendet wird und das Signal nicht in der anatomischen Belastung verloren geht, während die Regeln der Begrenzung der spezifischen Absorptionsrate und des maximalen Temperaturanstiegs im menschlichen Körper eingehalten werden. Typische Anwendungen sind mobile und drahtlose Geräte, HF-Felder in Autos, Hörgeräte, menschliche Antenne, MRT, Implantate und Unterkühlung. FEM, FDTD und mom-FEM in FEKO sind für diese Anwendungen sehr geeignet. FEKO enthält eine Datenbank mit verschiedenen Schaufensterpuppen.

SAR-Berechnung für das Modell des Tragens eines Taschenfunks in einem Auto

Gestaltung der Abstimmung Schaltung

Eine wichtige Aufgabe für Antennendesigner ist es sicherzustellen, dass Bandbreite und Effizienz den technischen Spezifikationen entsprechen. Es kann durch Änderung der physikalischen Struktur der Antenne oder durch Verwendung von passenden Schaltungen realisiert werden. Optenni lab wird von optenni Ltd. entwickelt und kann über Altair Vertriebskanal erworben werden. Das Tool bietet ein automatisches Matching-Schaltungs-Generierungs- und Optimierungsprogramm. Anwender müssen nur den erforderlichen Frequenzbereich und die Anzahl der Komponenten in der passenden Schaltung angeben, und dann stellt optenni lab die Topologieauswahl zur Optimierung der passenden Schaltung zur Verfügung. Optenni lab verwendet genaue Induktor- und Kondensatormodelle von großen Komponentenherstellern und führt schnelle Toleranzanalysen durch, um sicherzustellen, dass die produzierte passende Schaltung den Designstandards entspricht, was es zu einer idealen Ergänzung zu FEKO macht.

Werkzeug zur Antennensynthese

Antenne magus ist ein Antennensynthesetool von magus (Pty) Limited, das über den Altair Vertriebskanal erworben werden kann. Es bietet eine große Anzahl von durchsuchbaren Antennen, in denen wir Antennen finden und entwerfen können, die den Benutzeranforderungen entsprechen. Das sofort einsetzbare FEKO-Modell kann exportiert werden, was Antennenmagus zu einem idealen Werkzeug macht, um FEKO zu ergänzen.