Проектирование и реализация фазированных антенных решеток для устройств управления лучом и устройств MIMO. Часть 3.
С появлением в комплекте продуктов NI AWR программы AntSyn проектировщики могут напрямую определять свои цели по эффективности продукта и использовать мощный оптимизатор, работающий с быстрым электромагнитным моделированием. Программа создает антенны, возможности проектирования которых были более тщательно изучены и проанализированы, что дает в результате более эффективные решения.
Программа AntSyn была создана проектировщиками антенн для того, чтобы она могла использоваться специалистами с любым уровнем опыта – от экспертов до новичков в этой сфере. Шаблоны интуитивно просты для пользования, поддерживают десятки типов антенн от спиралей до патч-антенн и до антенн типа «волновой канал» или плоскостных антенн бегущей волны (стиль Вивальди). Непосредственный процесс проектирования начинается с создания нового продукта и листа спецификаций SpecSheet (Рис.4), что дает пользователю возможность получить характеристики антенны, такие как диапазон частот, согласование целевого импеданса (возвратные потери), диаграмма направленности, физические ограничения и материалы (если требуется). Такие технические параметры антенны в конечном счете оказывают влияние на физический дизайн антенны.
Диаграммы направленности (излучения), которые определяют изменения мощности, излучаемой с антенны в зависимости от направления антенны, — это другой вид данных в AntSyn по параметрам антенны. Изотропные диаграммы одинаковы во всех направлениях: на практике изотропной антенны не существует, но такое поведение используется для сравнения с реальной антенной, такой как всенаправленная антенна, которая изотропна в одной плоскости. Примеры всенаправленных антенн – это дипольная и щелевая антенны. Напротив, направленные антенны обычно имеют только одно пиковое направление, где проходит большая часть излучаемой энергии.
В программе AntSyn проектировщики вводят требования к диаграмме направленности, используя угол наклона и угол перекоса. Требования к трехмерному излучению решаются определением требований к диаграмме в двухмерном измерении и их оптимизацией (либо наклоном, либо перекосом), после чего определяются углы, до которых диаграмма может расширяться в другом направлении. Либо проектировщик может определить только одно значение усиления при определенном угле или при нескольких углах. Также проектировщик может установить, можно ли превысить усиление, должно ли оно точно соответствовать или оно не должно превышать указанное значение.
Коэффициент усиления и ширина луча также могут использоваться для определения диаграммы направленности, где ширина луча – это угол (в градусах), в котором проходит луч с максимальным усилением при установленном целевом усилении при определенном пользователем значении угла, и снижении усиления по краям луча на определенном пользователем уровне (дБ). Перед моделированием созданная диаграмма печатается на полярной диаграмме справа от поля ввода.
Геометрии антенн, синтез и физическая реализация
Для создания физического проекта антенны, отвечающего требованиям устройства, программа AntSyn дает проектировщикам возможность определить ключевые физические параметры, такие как ось антенны и максимальный размер (ограничивающий объем), ограничить размер антенны, определить минимальные и максимальные размеры для панели заземления и включить любой диэлектрический материал.
После введения требований к антенне, проектировщик может установить качество работы, контролирующее уровень синтеза, применяемый для разработки физической антенны и достижения различных целевых показателей. Программа использует патентованную технологию стохастической оптимизации с мощной 3Д электромагнитной программой решения, которая обеспечивает быстрый и точный анализ металлических и диэлектрических/магнитных структур.
Стохастичность, лежащая в основе технологии AntSyn, гарантирует, что перед определением оптимального дизайна, будет предоставлен широкий выбор антенн для анализа. Мощный числовой электромагнитный симулятор, основанный на методе моментов (МоМ) и имеющий четырехугольную сетку и базовые функции высшего порядка (HOBF), дает высокоточные результаты, включая распределение токов по поверхностям, распределение поля в ближней зоне, в дальней зоне и параметры схемы.
Результатом этого синтеза является набор проектов антенн, которые ранжируются по качеству того, насколько хорошо этот проект соответствует требованиям к антенне. Пользователь видит эти результаты в AntSyn, а затем экспортирует любые из получившихся моделей в несколько ЭМ симуляторов для дальнейшего анализа или внедрения в фазированную решетку. Для экспорта из AntSyn поддерживаются такие электромагнитные симуляторы как симуляторы AXIEM и Analyst, а также сторонние инструменты ANSYS HFSS, CST Microwave Studio, и WIPL-D, а также файлы геометрии такие как DXF, STEP, FreeCAD, и файлы макросов SolidWorks (SW).
Чтобы внести информацию об антенне, созданную в программе AntSyn в фазированную решетку, проект должен быть экспортирован в тот формат, который может использоваться в одном из вышеупомянутых электромагнитных симуляторов. Когда элемент антенны успешно импортирован в ЭМ симулятор и смоделирован там, можно сгенерировать диаграмму направленности антенны и сохранить ее в проекте как файл данных в подходящем формате. Затем эти данные можно снова использовать, введя их в определение диаграммы направленности Мастера создания фазированных решеток в программе VSS (Рис.5).
Это позволяет проектировщикам использовать тот же отклик антенны при оптимизации конфигурации антенны и разработке питающей сети. При предварительно созданной диаграмме антенны Мастер создания фазированных решеток дает проектировщику неограниченное количество сценариев конфигураций решетки, предоставляя в режиме реального времени обратную связь о поведении всей решетки в зависимости от угла сканирования, уровня мощности, частоты с включением деталей, касающихся питающей сети, краевых эффектов и взаимного влияния.
Источник: vertassets.blob.core.windows.net
