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Serie HF-Simulation - Teil 2 Praxisgerechte Designvariationen durch parametrische Modelle

Autor / Redakteur: Christian Römelsberger * / Lea Drechsel

Durch numerische Simulation werden Strategien realisiert, die Designverständnis und Optimierung fördern. Dieser zweite Artikel der dreiteiligen Serie zeigt die sich daraus ergebenden Möglichkeiten.

Anbieter zum Thema

CADFEM Germany GmbH
ISH Ingenieursozietät GmbH
Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG
2x2 Antennenarray mit Viertor-Hybridkoppler. Dieser wandelt die vier Antennensignale in ein Summensignal und drei Differenzensignale um.
2x2 Antennenarray mit Viertor-Hybridkoppler. Dieser wandelt die vier Antennensignale in ein Summensignal und drei Differenzensignale um.
(Bild: PIDSO)

Im ersten Teil dieser Antennen-Artikelserie wurden Techniken aufgezeigt, die das elektromagnetische Hochfrequenzverhalten einer Antenne mit Hilfe der numerischen Simulation am virtuellen Prototypen untersuchen. Im zweiten Teil werden nun parametrische Modelle verwendet, um Designvariationen praxisgerecht zu realisieren. Geometrische Abmessungen und Materialeigenschaften wie Permittivitäten sind durch Variablen gut beschreibbar.

Bei einer Dipolantenne lassen sich die Länge und der Durchmesser verändern. Die Auswirkungen dieser Variationen auf das Verhalten der Dipolantenne sind nachvollziehbar: Die Dipollänge hat eine direkten Einfluss auf die Resonanzfrequenz, sie muss ungefähr eine halbe Wellenlänge betragen. Der Durchmesser wirkt sich aufgrund kapazitiver Kopplung auf den Verkürzungsfaktor aus und hat einen direkten Einfluss auf die Bandbreite der Antenne.

Sampling einer aufwendigen Dualband-Schlitzantenne

Bild 1: Bei einer Dualband-Schlitzantenne kann eine Vielzahl von Parametern variiert werden.
Bild 1: Bei einer Dualband-Schlitzantenne kann eine Vielzahl von Parametern variiert werden.
(Bild: CADFEM)
Bei aufwendigeren Antennen wie der Dualband-Schlitzantenne (Bild 1) sind wesentlich mehr Geometrieparameter vorhanden, deren Auswirkungen auf das Verhalten der Antenne jedoch weniger offensichtlich sind. Manuelle Parametervariationen sind in solchen Fällen sehr mühsam. Zusätzlich lassen sich daraus nicht einfach die relevanten Zusammenhänge zwischen verschiedenen Größen ablesen.

Die Software optiSLang, die Sensitivitäten ermittelt und die Optimierung erleichtert, bietet für solche Fragestellungen mit systematischen Parametervariationen eine Ergänzung zur Simulationslösung ANSYS HFSS. Hierbei wird ein Design of Experiment (DOE) durchgeführt, also ein statistischer Versuchsplan (Sampling) erstellt und ausgewertet. Um eine Cluster-Bildung im Sampling zu vermeiden und den Raum der erlaubten Designvariationen möglichst gut abzutasten, wird ein Advanced Latin Hypercube Sampling verwendet, das auch einen Designraum mit vielen Parametern effizient abdeckt.

Ergänzendes zum Thema
Webinarankündigung

CADFEM zeigt im kostenlosen Webinar die Grundlagen der elektromagnetischen HF-Simulation. Im Design von Antennen sind vielfältige Anforderungen zu erfüllen:

Ein kleiner Bauraum, wie er durch die Größe eines Gerätes oder einer Platine limitiert ist, eine gute Empfangs- bzw. Sende-Leistung sowie eine für die Anwendung optimierte Richtcharakteristik. Die FEM-Simulation mit ANSYS HFSS bietet die Möglichkeit, diese Aufgabenstellungen schon in einer frühen Design-phase zielgerichtet zu lösen. Anhand typischer Designaufgaben, wie der Simulation einer Parabolantenne, der Anpassung der Richtcharakteristik eines Mobilfunk-Antennenarrays und der Optimierung einer Dualband-Schlitzantenne wird das praktische Arbeiten mit der Software demonstriert. Anmeldungen unter www.cadfem.de/antennen-webinar | Termine: 9.2. und 5.5. jeweils 14 bis 15 h sowie 26.3. von 11 bis 12 h

Die direkte Drag & Drop-Anbindung von optiSLang an ANSYS HFSS innerhalb der Workbench sorgt für effiziente und benutzerfreundliche Parametervariationen. Hierbei stellt die auto-adaptive Vernetzung eine gleichbleibende numerische Genauigkeit sicher, so dass der Einfluss des numerischen Rauschens handhabbar wird.

Artikelfiles und Artikellinks

(ID:43160488)

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