 |
شبیه سازی تداخل آنتن در بدنه هواپیما
معرفی
تداخل آنتن، یا تداخل هم‌سایت، زمانی که چندین آنتن روی یک پلتفرم بزرگ استفاده می‌شود، مشکل ساز است. در این مثال، تداخل بین دو آنتن یکسان در فرکانس VHF با تجزیه و تحلیل پارامتر S از تنظیمات مختلف یک آنتن گیرنده نصب شده بر روی بدنه هواپیما مورد مطالعه قرار گرفته است. الگوهای تابش میدان دور دوبعدی و سه بعدی یک آنتن فرستنده محاسبه شده و نواحی روشن و سایه روی سطح هواپیما نیز تجسم می شوند.
شکل 1: یک هواپیما با طول 20 متر بدنه به سادگی به عنوان یک ساختار تمام فلزی به جز محفظه آنتن به تصویر کشیده شده است. دامنه هوای اطراف و لایه‌های کاملاً منطبق نشان داده نشده‌اند.
تعریف مدل
این هواپیما از دو قسمت تشکیل شده است: یک بدنه فلزی ساده و دو آنتن روی بدنه آن. تمام سطوح فلزی به عنوان رسانای الکتریکی کامل (PEC) مدل‌سازی می‌شوند. شرط PEC به طور خودکار برای تمام مرزهای خارجی اعمال می شود. برداشتن بدنه هواپیما باعث می شود که سطوح آن به طور موثر بیرونی شوند و شرایط PEC به طور پیش فرض اعمال می شود. آنتن از نوارهای فلزی بسیار نازک ساخته شده است که در داخل یک بلوک دی الکتریک ( ε r = 4.3) قرار داده شده است. آنتن با طراحی خط پیچشی کوچک شده است که امپدانس ورودی آنتن را کاهش می دهد. برای تطبیق امپدانس ورودی کم اولیه با توجه به 50 Ω معمولی ، یک آنتن تک قطبی تا شده (در واقع یک دوقطبی تا شده) در روش صفحه زمین بزرگ استفاده می شود.
کل هواپیما توسط یک حوزه هوای کروی محصور شده است که با لایه‌های کاملاً منطبق بر بیرونی‌ترین قسمت‌ها تکمیل شده است. این آزمایش آنتن را در فضای آزاد بی نهایت بدون ایجاد انعکاس ناخواسته از دیواره های بیرونی تقلید می کند.
بر روی هر آنتن، یک پورت توده ای روی شکاف بین خط پیچ و خم فلزی و بدنه هواپیما اختصاص داده شده است. پارامترهای S از دو پورت توده ای محاسبه می شوند که خواص تطبیق آنتن و همچنین میزان تداخل در پیکربندی داده شده را نشان می دهند.
آنتن گیرنده در سه مکان متفاوت در سمت پایین بدنه قرار دارد و این تغییر مکان با استفاده از یک جاروی پارامتریک مدل‌سازی می‌شود.
نتایج و بحث
شکل 2 توزیع هنجار میدان E را در مقیاس دسی بل در یک صفحه برش عمودی در هر مکان آنتن گیرنده نشان می دهد. صرف نظر از موقعیت مکانی، آنتن در سمت پایین بدنه در حال واکنش به میدان از آنتن فرستنده در بالای بدنه است، بنابراین هیچ منطقه سایه کاملی با هیچ یک از این سه مکان وجود ندارد.
برای شناسایی نواحی روشن و سایه، هنجار میدان E بر روی سطح هواپیما در شکل 3 نشان داده شده است . با تنظیم محدوده رنگ نمایشگر، تفاوت بین دو دسته مورد تاکید قرار می گیرد. نواحی اطراف توربین‌ها، بال‌های عقب و برخی از قسمت‌های پایین بال‌های اصلی و بدنه نسبتاً کمتر تحت تأثیر آنتن فرستنده قرار می‌گیرند.
شکل 4 را ببینید که در آن هنجار میدان E در مقیاس دسی بل رسم شده است در حالی که آنتن گیرنده در پایین بدنه از عقب به سمت جلو حرکت می کند. از نمای XY، ناحیه سایه قابل مشاهده است که در انتهای عقب پایین بدنه قرار دارد.
میزان تداخل را می توان به صورت کمی بر حسب پارامترهای S توصیف کرد ( جدول 1 ) و S 21 محاسبه شده سرنخ واضح تری در مورد محل نصب آنتن دوم برای به حداقل رساندن تداخل با آنتن اول ارائه می دهد.
شکل 2: نمودار هنجار میدان E در مقیاس دسی بل در صفحه yz با آنتن گیرنده در مکان هایی در پایین بدنه از سمت عقب به سمت جلو.
شکل 3: هنجار میدان الکترونیکی روی سطح هواپیما. محدوده رنگ تجسم برای تأکید بر مناطق روشن و سایه به دلیل آنتن فرستنده تنظیم شده است.
موقعیت | جلو | وسط | عقب |
S 11 | < -10 دسی بل | < -10 دسی بل | < -10 دسی بل |
S 21 | -20.5 دسی بل | -23.9 دسی بل | -21.2 دسی بل |
شکل 4: نمودار نرمال میدان E در مقیاس دسی بل از نمای XY با آنتن گیرنده در پایین بدنه از سمت عقب به سمت جلو. ناحیه سایه در سمت عقب قرار دارد.
مسیر کتابخانه برنامه: RF_Module/EMI_EMC_Applications/airplane_antenna_crosstalk
دستورالعمل های مدل سازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، روی  3D کلیک کنید . |
2 | در درخت انتخاب فیزیک ، فرکانس رادیویی > امواج الکترومغناطیسی، دامنه فرکانس (emw) را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
5 | در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Frequency Domain را انتخاب کنید . |
6 |  روی Done کلیک کنید . |
مطالعه 1
مرحله 1: دامنه فرکانس
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش مطالعه 1 ، روی مرحله 1: دامنه فرکانس کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات دامنه فرکانس ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن فرکانس ، 30[MHz] را تایپ کنید . |
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
اوه | -5[m] | -5 متر | محل آنتن دوم |
هندسه 1
واردات 1 (imp1)
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  واردات کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای واردات ، بخش واردات را پیدا کنید . |
3 |  روی Browse کلیک کنید . |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل airplane_antenna_crosstalk_body.mphbin دوبار کلیک کنید . |
5 |  روی Import کلیک کنید . |
واردات 2 (imp2)
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  واردات کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای واردات ، بخش واردات را پیدا کنید . |
3 |  روی Browse کلیک کنید . |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل airplane_antenna_crosstalk_radiator.mphbin دوبار کلیک کنید . |
5 |  روی Import کلیک کنید . |
6 |  روی دکمه Wireframe Rendering در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
آینه 1 (mir1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Transforms کلیک کرده و Mirror را انتخاب کنید . |
2 | فقط شی imp2 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Mirror ، بخش ورودی را پیدا کنید . |
4 | چک باکس Keep input objects را انتخاب کنید . |
حرکت 1 (mov1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Transforms کلیک کرده و Move را انتخاب کنید . |
2 | فقط شی mir1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای حرکت ، بخش Displacement را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متن y ، a_y را تایپ کنید . |
کره 1 (sph1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Sphere کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Sphere ، بخش Size را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Radius ، 13 را تایپ کنید . |
4 | برای گسترش بخش لایه ها کلیک کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام لایه | ضخامت (متر) |
لایه 1 | c_const/30[MHz]/10 |
یک لایه کاملا مطابق (PML) در این لایه پیکربندی می شود. یک PML با ضخامت تقریباً 0.1 طول موج برای موج فرودی که نسبت به سطح عادی است به خوبی عمل می کند.
تفاوت 1 (dif1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Booleans and Partitions کلیک کنید و Difference را انتخاب کنید . |
2 | فقط اشیاء imp2 ، mov1 و sph1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای تفاوت ، بخش تفاوت را پیدا کنید . |
4 | زیربخش اشیاء را برای تفریق پیدا کنید . برای انتخاب دکمه ضامن  فعال کردن انتخاب کلیک کنید . |
5 | فقط شی imp1 را انتخاب کنید. |
6 |  روی Build All Objects کلیک کنید . |
با حذف بدنه هواپیما از دامنه مدل، شرایط مرزی رسانای الکتریکی کامل (PEC) به طور خودکار بر روی تمام سطوح هواپیما اعمال می شود.
تعاریف
کاملاً منطبق بر لایه 1 (pml1)
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی لایه  کاملاً منطبق کلیک کنید . |
2 | فقط دامنه های 1-4 و 8-11 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای لایه کاملاً منطبق ، قسمت هندسه را پیدا کنید . |
4 | از لیست Type ، Spherical را انتخاب کنید . |
امواج الکترومغناطیسی، دامنه فرکانس (EMW)
هادی الکتریکی کامل 2
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی امواج الکترومغناطیسی ، دامنه فرکانس (emw) کلیک راست کرده و شرایط مرزی Perfect Electric Conductor را انتخاب کنید . |
2 |  روی دکمه Zoom In در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
3 | در پنجره Settings for Perfect Electric Conductor ، قسمت Boundary Selection را پیدا کنید . |
4 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره‌ای Paste Selection ، 140, 148 را در قسمت متن انتخاب تایپ کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
پورت انجماد 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Lumped Port را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 149 را انتخاب کنید. |
برای پورت اول، تحریک موج به طور پیش فرض روشن است .
پورت 2 جمع شده
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Lumped Port را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 141 را انتخاب کنید. |
دامنه میدان دور 1
در نوار ابزار Physics ، روی Domains کلیک کنید و دامنه Far-Field Domain را انتخاب کنید .
Domains کلیک کنید و دامنه Far-Field Domain را انتخاب کنید .مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material باز شود . |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Built-in>Air را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
مواد
مواد 2 (mat2)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Materials راست کلیک کرده و Blank Material را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه های 6 و 7 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Material ، قسمت Material Contents را پیدا کنید . |
4 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
مجوز نسبی | epsilonr_iso ; epsilonrii = epsilonr_iso، epsilonrij = 0 | 4.3 | 1 | پایه ای |
نفوذپذیری نسبی | mur_eye ; murii = mur_iso، murij = 0 | 1 | 1 | پایه ای |
رسانایی الکتریکی | sigma_iso ; sigmaii = sigma_iso، sigmaij = 0 | 0 | S/m | پایه ای |
مش 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Mesh 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مش ، بخش امواج الکترومغناطیسی ، دامنه فرکانس (emw) را پیدا کنید . |
3 | کادر بررسی Refine Conductive Edges را انتخاب کنید . |
اطلاعات 1
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Build Mesh کلیک کنید . |
2 |  روی دکمه Zoom Out در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
تعاریف
پنهان کردن برای فیزیک 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی View 1 کلیک راست کرده و Hide for Physics را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پنهان کردن فیزیک ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای Paste Selection ، 6، 10، 108، 115، 124، 127، 129 را در قسمت متن انتخاب تایپ کنید. |
6 | روی OK کلیک کنید . |
مش 1
مطالعه 1
جارو پارامتریک
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  پارامتر Sweep کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جابجایی پارامتری ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 |  روی افزودن کلیک کنید . |
4 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
a_y (محل آنتن دوم) | -5 -2 1.5 | متر |
با این پارامتر، آنتن گیرنده در قسمت پایین بدنه به این ترتیب تغییر مکان می دهد: جلو، وسط و عقب.
مرحله 1: دامنه فرکانس
در نوار ابزار مطالعه ، روی محاسبه کلیک کنید .
روی محاسبه کلیک کنید .نتایج
چند برش
1 | در پنجره Model Builder ، گره Electric Field (emw) را گسترش دهید ، سپس روی Multislice کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Multislice ، بخش Multiplane Data را پیدا کنید . |
3 | زیربخش Y-planes را پیدا کنید . در قسمت متن Planes عدد 0 را تایپ کنید . |
4 | زیربخش Z-planes را پیدا کنید . در قسمت متن Planes عدد 0 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Expression را پیدا کنید . در قسمت متن Expression ، 20*log10(emw.normE) را تایپ کنید . |
6 | برای گسترش بخش Range کلیک کنید . تیک گزینه Manual color range را انتخاب کنید . |
7 | در قسمت حداقل متن، -50 را تایپ کنید . |
8 | در قسمت Maximum text عدد 50 را تایپ کنید . |
9 | در نوار ابزار Electric Field (emw) ، روی  Plot کلیک کنید . |
10 |  روی دکمه Zoom In در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
میدان الکتریکی (emw)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Electric Field (emw) کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست مقدار پارامتر (a_y (m)) ، -2 را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Electric Field (emw) ، روی  Plot کلیک کنید . |
5 | از لیست مقدار پارامتر (a_y (m)) ، -5 را انتخاب کنید . |
6 | در نوار ابزار Electric Field (emw) ، روی  Plot کلیک کنید . |
نمودار را برای هر مکان مختلف آنتن گیرنده با شکل 2 مقایسه کنید .
پارامتر S (emw)
نمودار بازتابی 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results>Smith Plot (emw) را گسترش دهید ، سپس روی Reflection Graph 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Reflection Graph ، برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . |
3 | در قسمت متن عنوان ، Reflection Graph: S-parameter را با محل آنتن دوم (m) تایپ کنید . |
4 | برای گسترش بخش Coloring and Style کلیک کنید . زیربخش نشانگرهای خط را پیدا کنید . از لیست نشانگر ، چرخه را انتخاب کنید . |
5 | از لیست موقعیت یابی ، Interpolated را انتخاب کنید . |
بیان رنگ 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Reflection Graph 1 را گسترش دهید . |
2 | روی Results>Smith Plot (emw)>Reflection Graph 1>Color Expression 1 کلیک راست کرده و Delete را انتخاب کنید . |
نمودار بازتابی 1
الگوی تشعشع 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره 2D Far Field (emw) را گسترش دهید ، سپس روی Radiation Pattern 1 کلیک کنید . |
2 | در نوار ابزار 2D Far Field (emw) ، روی  Plot کلیک کنید . |
الگوی تشعشع 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results>3D Far Field، Gain (emw) را گسترش دهید ، سپس روی Radiation Pattern 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای الگوی تشعشع ، بخش ارزیابی را پیدا کنید . |
3 | زیربخش Angles را پیدا کنید . در قسمت متنی Number of elevation angles عدد 90 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متنی Number of azimuth angles عدد 90 را تایپ کنید . |
5 | در نوار ابزار 3D Far Field، Gain (emw) ، روی  Plot کلیک کنید . |
گروه طرح سه بعدی 6
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 3D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست مجموعه داده ، مطالعه 1/ راه حل های پارامتریک 1 (sol2) را انتخاب کنید . |
سطح 1
روی 3D Plot Group 6 کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید .
انتخاب 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Surface 1 کلیک راست کرده و Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب را پیدا کنید . |
3 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره ای Paste Selection ، 13-107، 109-112، 115-122، 130-141، 146، 151-165، 167-249 را در قسمت متن انتخاب تایپ کنید. |
5 | روی OK کلیک کنید . |
سطح 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Surface 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Expression text 20*log10(emw.normE+1e-3) را تایپ کنید . |
4 | برای گسترش بخش Range کلیک کنید . تیک گزینه Manual color range را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت حداقل متن، -30 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت Maximum text عدد 0 را تایپ کنید . |
7 | در نوار ابزار 3D Plot Group 6 ، روی  Plot کلیک کنید . |
برای مقایسه نمودار بازتولید شده به شکل 3 مراجعه کنید .
پارامتر S (emw)
مقدار S 11 برای هر سه مکان آنتن باید کمتر از -10 دسی بل باشد.
بر اساس مقادیر S 21 ، بهترین مکان برای کمترین تداخل قابل شناسایی است.
سطح 1
Click the Zoom In button in the Graphics toolbar, a couple of times to get a view of the fuselage bottom.
Zoom In button in the Graphics toolbar, a couple of times to get a view of the fuselage bottom.3D Plot Group 6
1 | In the Model Builder window, click 3D Plot Group 6. |
2 | In the Settings window for 3D Plot Group, locate the Data section. |
3 | From the Parameter value (a_y (m)) list, choose -2. |
4 | In the 3D Plot Group 6 toolbar, click  Plot. |
5 | From the Parameter value (a_y (m)) list, choose -5. |
6 | In the 3D Plot Group 6 toolbar, click  Plot. |
The cold spot for the least interference can be identified from the plot shown in Figure 4.
3D Plot Group 7
1 | In the Home toolbar, click  Add Plot Group and choose 3D Plot Group. |
2 | In the Settings window for 3D Plot Group, locate the Data section. |
3 | From the Dataset list, choose Study 1/Parametric Solutions 1 (sol2). |
Isosurface 1
1 | Right-click 3D Plot Group 7 and choose Isosurface. |
2 | In the Settings window for Isosurface, locate the Expression section. |
3 | In the Expression text field, type 20*log10(emw.normE+1e-2). |
4 | قسمت Levels را پیدا کنید . در فیلد متنی مجموع سطوح ، 25 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید .  روی تغییر جدول رنگ کلیک کنید . |
6 | در کادر محاوره ای Color Table ، Linear>Cividis را در درخت انتخاب کنید. |
7 | روی OK کلیک کنید . |
جدول رنگ سیویدیس برای مشاهده داده های اسکالر بهینه شده است. جدول رنگ برای افراد دارای نقص دید رنگ و بدون آن مفید است.
فیلتر 1
1 | روی Isosurface 1 کلیک راست کرده و Filter را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای فیلتر ، قسمت انتخاب عنصر را پیدا کنید . |
3 | در قسمت عبارت Logical for inclusion متن، x>0 را تایپ کنید . |
انتخاب 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Isosurface 1 راست کلیک کرده و Selection را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 5 را انتخاب کنید. |
3 |  روی دکمه Go to Default View در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
4 |  روی دکمه Zoom In در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
سطح 1
در پنجره Model Builder ، روی 3D Plot Group 7 کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید .
انتخاب 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Surface 1 کلیک راست کرده و Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب را پیدا کنید . |
3 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره ای Paste Selection ، 13-107، 109-112، 115-122، 130-141، 146، 151-165، 167-249 را در قسمت متن انتخاب تایپ کنید. |
5 | روی OK کلیک کنید . |
سطح 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Surface 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Expression text، 1 را تایپ کنید . |
4 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . از لیست Coloring ، Uniform را انتخاب کنید . |
5 | از لیست رنگ ، سفید را انتخاب کنید . |
6 | در نوار ابزار 3D Plot Group 7 ، روی  Plot کلیک کنید . |
