HFSS: быстрая оптимизация антенной системы для спутниковой связи с помощью функции Derivative

Аватар пользователя Денисов Дмитрий
0 262

Информационные технологии развиваются, объемы данных увеличиваются и по мере роста скоростей передачи данных возрастают требования и к антенным системам, в том числе системам спутниковой связи. Сложность антенных систем также увеличивается, в частности за счет перехода во все более миллиметровый диапазон длин волн. В системах беспроводной связи пятого поколения (5G) предлагается использовать частоты в диапазоне вплоть до 100 ГГц. Это приведет к тому, что габаритные размеры антенных комплексов будут претерпевать изменения, а требования к точности реализации их электрофизических параметров будут становиться все строже.

Компания Isotropic Systems разрабатывает наземные терминалы спутниковой связи и является участником программы ANSYS Startup Program member. Им удалось на собственном примере убедиться, что функция Derivatives, доступная в ANSYS HFSS, позволяет значительно ускорить цикл разработки продукта.

 

Настройка переменных проекта в реальном времени для оптимизации дизайна антенны

 

Функция Derivatives в HFSS позволяет инженерам проверить, как переменные проекта влияют на параметры антенны.

Без этой функции количество расчетных итераций модели, необходимых для всестороннего исследования параметров антенны, может занимать слишком много времени и стать невыполнимой для большинства компьютеров. На рисунке ниже показаны переменные проекта, которые могут быть выбраны в качестве производных (Derivatives) и включены в настройки анализа (Analyze):

После выбора переменных проекта во вкладке Derivative после анализа модели на этапе постобработки можно отобразить окно Report Tuning (HFSS > Results > Tune Reports), позволяющее регулировать диапазон изменения выбранных переменных. Диапазон изменения переменных по умолчанию составляет 10%:

В случае расчета крупного проекта количество переменных может быть значительно увеличено. На рисунке ниже на диаграмме Смита показано решение задачи согласования антенны. Кривая красного цвета показывает коэффициент отражения антенны начального дизайна, а фиолетовой показан результат оптимизации модели с помощью функции Derivative. С помощью Derivative инженеры могут использовать ползунки для подстройки значения переменных и оптимизировать тем самым режим работы антенны:

Основным параметром, описывающим эффективность работы антенны, являются коэффициенты рассеяния (S-параметры). В частности, приведенный выше график S11-параметра показывает часть падающей энергии, которая отражается антенной обратно к источнику. График показан на диаграмме Смита. Разработчики компании Isotropic Systems использовали функционал Derivative, доступный в HFSS для того чтобы получить достаточно хороший дизайн антенны, согласованный во всем рабочем диапазоне частот, о чем говорит фиолетовая кривая вокруг центра диаграммы (достаточно близко к точке согласования).

Аналогичным образом может быть настроена диаграмма направленности антенной системы:

Значения, представленные на графике, могут быть изменены в режиме реального времени с помощью ряда подстроечных ползунков, которые представляют в удобном виде переменные проекта. Это значит, что инженеры могут настраивать значения переменных проекта до тех пор, пока не получат нужную конструкцию антенны, отвечающую заданным техническом задании требованиям.

С помощью функции Derivative можно увидеть изменения в параметрах модели без повторного запуска модели на расчет. По сути функция Derivative помогает оценить степень влияния тех или иных переменных дизайна на конечные выходные параметры, при этом значительно сократив количество вычислительных итераций.

Альтернативой Derivative является оптимизация модели (функция Optimetrics), которая позволяет запустить большое количество вариантов дизайна. Но при использовании только лишь Optimetrics количество дополнительных симуляций (запусков модели на расчет) может увеличить время разработки модели в 10-100 раз.

Jeremy Turpin - технический директор компании Isotropic Systems отметил, что именно благодаря технологиям быстрой оптимизации моделей в HFSS их компании удается занимать лидирующие позиции на рынке при разработке антенных систем. В последнем номере журнала Via Satellite компания Isotropic Systems была признана одной из 10 самых популярных компаний в области спутниковой связи.

Добавить комментарий

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии