Praxisgerechte Designvariationen durch parametrische Modelle

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Konturplot zeigt hohe Optimierungsqualität

Aus der visuellen Darstellung der elektrischen Feldstärke (siehe Bild 3) ist ersichtlich, dass bei senkrecht auf die Antennen-Patches einfallenden Wellen kaum etwas an den Differenzen-Ports des Hybridkopplers ankommt. Dies illustriert, wie wichtig die richtige Formulierung der Fragestellung bei der Optimierung von HF-Strukturen ist.

Eine weitere wichtige Fragestellung in der Entwicklung von Antennenstrukturen und RF-Anwendungen (Radio Frequency) ist die der Robustheit. Hier sind verschiedene Aspekte zu beachten: Wie sensitiv/robust verhält sich eine Struktur gegenüber Fertigungstoleranzen, Materialschwankungen oder auch äußeren Einflüssen wie thermischen Dehnungen?

Die Robustheit muss bei der Entwicklung beachtet werden

In einer solchen Analyse werden Streuungen mit bestimmten Wahrscheinlichkeitsverteilungen für die Eingangsparameter berücksichtigt, um Ausfallwahrscheinlichkeiten oder Six-Sigma-Betrachtungen zu untersuchen. RF-Komponenten wie Filter basieren oft auf sehr akkurat abgestimmten Resonanzen, die sehr sensitiv gegenüber kleinen Geometrieveränderungen reagieren.

Daher stellt sich unter anderem die Frage nach der Robustheit eines Cavity-Filters (RF-Filter aus Hohlraumresonatoren) gegenüber thermischer Dehnung, die durch die eigene Verlustleistung hervorgerufen wird. Diese Aufgabenstellung lässt sich sehr gut innerhalb der ANSYS Workbench als parametrischer Simulationsplattform beantworten, in der auch verschiedene physikalische Domänen per Drag & Drop gekoppelt werden können.

In diesem Fall interessiert die Kopplung der hochfrequent-elektrischen an die thermische und mechanische Domäne, wobei auch Rückwirkungen berücksichtigt werden müssen. Die Einbindung von optiSLang in die ANSYS Workbench erleichtert solche Untersuchungen erheblich. Auf ähnliche Weise lassen sich auch Fragestellungen nach der Robustheit der Richtcharakteristik von großen Antennen wie Parabolantennen auf äußere Einwirkungen wie Windlasten oder thermische Dehnungen durch Sonneneinstrahlung beurteilen.

Im dritten und letzten Teil dieser Artikelserie wird darauf eingegangen, wie Antennen mit Speisenetzwerken anhand von Systemsimulationen untersucht werden. Dabei lassen sich auch aktive Bauelemente im virtuellen Prototypen eines Antennensystems berücksichtigen.

* PhD Christian Römelsberger ist Experte im Bereich der hochfrequenten elektromagnetischen Simulation bei CADFEM.

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