Altair Feko решает широчайший перечень задач, связанных с высокочастотными электромагнитными явлениями, что позволяет командам специалистов оптимизировать работу беспроводной связи (в том числе 5G), обеспечить электромагнитную совместимость (ЭМС), а также произвести анализ рассеяния и эффективной площади рассеяния (ЭПР).
Моделирование для разработки самой маленькой в мире телевизионной антенны
Телевидение считается одним из самых важных средств коммуникации в Мексике. Однако передача вещательных сигналов в некоторые отдаленные районы страны может быть сложной задачей. Вот почему Центр исследований и прикладных наук (CIICAP) при Университете Морелос, Мексика (UAEM), приступил к реализации проекта по улучшению стабильности сигнала антенны. В результате исследования, проведенного доктором Маргаритой Текпойотль-Торрес, была создана миниатюрная антенна, доступная по цене и простая в установке. Более того, это потенциально могло бы принести телевещание в отдаленные сельские районы развивающихся стран, тем самым сделав образование, культуру и развлечения доступными для населения, которое иначе не могло бы себе этого позволить.
Телевизионные антенны
Традиционные телевизионные антенны доступны для использования внутри и снаружи помещений. Одним из примеров внутреннего продукта является дипольная антенна. Дипольные антенны, также называемые «кроличьими ушами», обычно устанавливаются сверху или рядом с телевизором, чтобы улучшить прием.
Антенна Yagi-Uda, называемая антенной Yagi, предназначена для использования вне помещений. Он обеспечивает направленный луч, направленный на телебашню, что обеспечивает высокую степень приема сигнала.
Антенна UAEM на самом деле представляет собой массив из двух антенн, которые принимают аналоговые и цифровые каналы вещания. По словам Текпойотль-Торрес, устройство представляет собой компактный прямоугольник, который можно закрепить на крыше без прикрепленной мачты и который может работать при очень низких температурах.
Его также можно использовать в помещении и использовать сплиттер для подключения к нескольким телевизорам. Для работы не требуется электричество/мощность.
Эта мощная антенна имеет длину 11 см, ширину 7 см и толщину 6,5 мм. Без чехла антенна весит 12 г, а с покрытием вес антенны всего 80 г. Текпойотль-Торрес объясняет, что до внедрения антенны UAEM самые маленькие обычные антенны имели размеры 30 x 30 см2.
Рекомендации по дизайну
Когда проект антенны начался несколько лет назад, целью было не обязательно спроектировать самую маленькую в мире антенну, а разработать недорогую альтернативу для людей, не имеющих доступа к кабелю. Исследователи хотели улучшить прием цифрового сигнала по воздуху.
В процессе этого Текпойотл Торрес и ее ученики сосредоточились на технологии проектирования антенны, материале и покрытии антенны или обтекателе.
Из различных вариантов конструкции антенн команда выбрала подход «патч-антенны». Прямоугольная по внешней форме, эта антенна состоит из куска металла, закрепленного на диэлектрике, и металлического заземляющего слоя. Простая геометрия расположения и формы антенны позволила команде добавить элементы и оптимизировать конструкцию, чтобы найти наилучшую частотную характеристику.
Материал патча является патентованным, как и материал, используемый в обтекателе. Хотя Текпойотль-Торрес не имеет права обсуждать материал накладки, он поясняет, что материал обтекателя характеризуется надежностью, легкостью и недорогостью со сроком годности на открытом воздухе 10 лет.
Инструменты торговли
Несколько лет назад UAEM получила лицензию от Altair на использование своего программного обеспечения для электромагнитного моделирования Altair Feko™. Решение позволяет пользователям анализировать трехмерные конструкции антенн, размещение, электромагнитную совместимость и слои обтекателя, среди прочего.
До появления инструментов моделирования проектирование антенны включало в себя много «пробной» работы, в ходе которой разрабатывались концепции, измерялись в специальной камере и физически изготавливались — потенциально дорогостоящий процесс. Однако с внедрением программного обеспечения для моделирования исследователи смогли быстро создавать и оптимизировать свои концепции.
Они могут экспериментировать с материалами и геометрическими формами, не тестируя несколько итераций в камере. Как только они определят «хорошую» концепцию, исследователи могут сфабриковать ее и использовать камеру для проверки конструкции.
Текпойотль-Торрес поясняет: «Мы используем Altair Feko для моделирования наших проектов из-за его высокой точности и производительности, что позволяет широко внедрять надежные решения. Его вычислительная технология и дружественный интерфейс упрощают моделирование и оптимизацию сложных проектов. Мы сократили время и затраты на разработку наших прототипов».
Разработка антенны, запатентованной в 2015 году, привела к созданию дочерней компании In ntecver, SA de CV, которая ищет возможности для коммерциализации и массового производства новой технологии. Исследователи также присматриваются к европейскому рынку. Этот сегмент больше интересует комнатная версия антенны, которая потребует доработки устройства.
Новый фокус: GPS
Помимо конструкции телевизионной антенны, Текпойотль-Торрес и ее команда исследовали конструкции компактных антенн для использования в автомобильной глобальной системе позиционирования (GPS). GPS — это навигационное устройство, использующее спутниковую технологию для точного определения местоположения; это может сократить время в пути, расход топлива и выбросы топлива.
Представленная в Мексике около четырех лет назад, локализация GPS была незначительной. Таким образом, Текпойотль-Торрес и ее команда решили исследовать наилучшее место для GPS-антенн на автомобилях. Изучали использование антенны без обтекателя и с акриловым обтекателем. Важным элементом исследования было рассмотрение производительности всей системы, а не только антенны. Изучение всей системы дало более точную характеристику элементов, которые команда пыталась спроектировать.
Tecpoyotl-Torres объясняет, что они разработали круглую патч-антенну, работающую на частоте 1,57 ГГц, с уникальной точкой питания. Подложкой был RT/Duroid 5880, высокочастотный ламинат.
Команда установила три точки измерения на территории кампуса. Результаты сравнивались с GPS-навигатором Garmin.
Первоначально исследователи использовали Feko для создания упрощенной модели автомобиля для анализа антенны автомобиля. Затем они импортировали геометрию CAD от производителя автомобилей в Altair Feko. Поскольку CAD-модель была настолько детализирована, потребовалась неделя, чтобы выполнить задание и получить результаты.
Команда решила упростить модель САПР в Altair Feko, исключив такие компоненты, как гайки и болты, которые не участвовали в анализе. Это позволило выполнить задание вдвое быстрее без потери точности.
Команда рассмотрела три типа моделей автомобилей, чтобы проанализировать влияние формы шасси: базовая модель автомобиля (BCM), упрощенная усовершенствованная модель автомобиля (SACM) и более упрощенная усовершенствованная модель автомобиля (MSACM). Кроме того, они изучали усиление — направленность данной антенны — при круговой поляризации (в данном случае — как колеблются электрические поля).
Команда многому научилась в своих исследованиях. Например, они наблюдали, что самые большие значения усиления для смоделированных случаев SACM и MSACM соответствуют размещению антенны в центре крыши автомобиля. Однако для аэродинамических характеристик антенну часто располагают в задней части автомобиля, а иногда и на багажнике.
Со средними значениями экспериментальных тестов с использованием комплекта GPS в фиксированных точках команда m пришла к выводу, что их прототип имеет адекватный отклик в качестве сменной антенны. В практических измерениях на транспортном средстве результаты также были удовлетворительными: все измеренные точки соответствовали контуру кампуса, так как они были отмечены в точках выборки, расположенных с помощью Google Maps.
В последнее время для GPS были разработаны другие конструкции антенн, в том числе антенна на основе пятиугольной геометрии, которая по отдельности обеспечивает большее значение усиления, чем круглая.
Текпойотль-Торрес заключает: «Мы считаем сокращение времени самым важным преимуществом использования Altair Feko. По сравнению с другими программами время проектирования сократилось на 50 %, что позволило воплотить концепцию в жизнь быстрее и дешевле».
#altair #altair feko #feko #3д моделирование #моделирование антенн #наука #наука и техника #наука и образование #тв антенна