Diseño y simulación de antenas
Simulación electromagnética de SIMULIA para el diseño eficiente de antenas
¿Cómo ayuda la simulación al diseño de antenas de radiofrecuencia?
El diseño de antenas consiste en seleccionar la antena adecuada para cumplir especificaciones como el ancho de banda, la polarización y la directividad. La simulación de antenas ayuda a encontrar diseños óptimos de antenas y revela el rendimiento y las interferencias instaladas en entornos reales.
¿Cuáles son los tipos de antenas?
Las antenas son la base de todos los dispositivos conectados y sistemas inalámbricos. Smartphones, ordenadores, implantes electrónicos, maquinaria industrial, vehículos, trenes, aviones, naves espaciales... casi todos los equipos modernos incluyen antenas para protocolos de comunicación como Wi-Fi, Bluetooth y 5G. Las próximas tendencias, como las redes 6G y las megaconstelaciones de Internet por satélite, exigen nuevos diseños e instalaciones de antenas.
Las antenas también tienen muchas aplicaciones fuera de las comunicaciones. Los sistemas de radar utilizan antenas para transmitir y recibir ondas de radio, y muchos otros sensores utilizan antenas para recoger datos sobre el entorno. Muchos dispositivos médicos utilizan antenas para la comunicación (por ejemplo, monitores portátiles), la obtención de imágenes (por ejemplo, imágenes por microondas), el tratamiento (por ejemplo, hipertermia por radiofrecuencia) y la carga (por ejemplo, implantes). La transferencia inalámbrica de energía y la captación de energía utilizan antenas como parte del sistema de rectenna que convierte la radiofrecuencia en corriente eléctrica. Estos sistemas constituyen la base de la identificación por radiofrecuencia (RFID) y la comunicación de campo cercano (NFC).
Diseño de antenas
El diseño de una antena es crucial para garantizar que cumple especificaciones como la frecuencia central, el ancho de banda, la eficiencia y la directividad/ganancia. Pero igual de importante es su ubicación: la plataforma sobre la que se coloca puede influir significativamente en su rendimiento instalado. La propagación en entornos reales complejos puede causar problemas de cobertura o interferencias entre sistemas de radio.
Simulación de antenas
La simulación puede utilizarse en todas las fases del desarrollo y la integración de antenas para producir diseños de antena viables, optimizarlos para que cumplan las especificaciones y analizar su rendimiento instalado y la exposición a RF. Las herramientas de síntesis de antenas y simulación electromagnética de SIMULIA proporcionan a los ingenieros de antenas las herramientas que necesitan para cualquier aplicación.
Sistemas de antenas de radio
Además de las antenas propiamente dichas, las herramientas de simulación electromagnética de SIMULIA también pueden utilizarse para diseñar alimentadores y otros componentes, como circuitos de sintonización, filtros, multiplexores y guías de ondas. Para obtener más información, consulte Simulación de microondas y radiofrecuencia.
Flujo de trabajo de diseño y simulación de antenas
- Selección
- Asistentes de diseño
- Simulación 3D
- Simulación de conjunto
- Adaptación de impedancia
Selección de antenas
El éxito de cualquier sistema inalámbrico comienza con la selección de la antena adecuada para la aplicación. Con tantos tipos de antena diferentes y nuevos diseños que aparecen en la literatura todo el tiempo, puede ser difícil encontrar la antena más adecuada para el trabajo. SIMULIA Antenna Magus es una herramienta que permite a los usuarios buscar y explorar una base de datos de antenas.
Asistentes de diseño de antenas
El asistente de diseño SIMULIA Antenna Magus puede sugerir automáticamente tipos de antena que se ajusten a las especificaciones y dimensiones necesarias, y construye modelos listos para simulación sintonizados con las frecuencias especificadas. Otras herramientas de síntesis de SIMULIA, como CST Studio Suite, WASP-NETy Fest3D , ofrecen potentes herramientas de automatización del diseño para aplicaciones especializadas de antenas y alimentación.
Simulación de antenas 3D
El diseño de la antena puede modificarse y analizarse en 3D en CST Studio Suite. Pueden añadirse otros elementos, como alimentadores, y modificarse los materiales. La optimización puede optimizar el rendimiento de la antena, teniendo en cuenta los efectos de acoplamiento y parasitarios. Los usuarios pueden calcular los KPI de antena estándar, como el diagrama de radiación de campo lejano, la directividad, la ganancia y los parámetros S, así como los KPI definidos especialmente para aplicaciones como 5G. Los campos cercanos también pueden calcularse y exportarse como fuentes para la simulación de colocación de antenas.
Simulación de conjuntos de antenas
Los conjuntos de antenas pueden construirse utilizando el asistente para conjuntos de antenas de CST Studio Suite. Cada etapa del diseño, desde el elemento individual, pasando por la optimización como conjunto infinito, hasta la simulación final del conjunto finito en 3D, puede combinarse en un flujo de trabajo integrado para ayudar a los usuarios a construir rápidamente un modelo de conjunto de antenas. Incluso los conjuntos de antenas extremadamente grandes pueden simularse rápidamente con un alto rendimiento.
Adaptación de impedancia de la antena
Una antena suele formar parte de un módulo mayor, y los efectos de proximidad de alimentadores, radomos, planos de tierra y otros elementos repercuten en el rendimiento. Un circuito de adaptación puede corregir el desajuste de impedancia causado por la instalación de una antena en un módulo. La simulación puede encontrar los valores del circuito de adaptación que logran el mejor rendimiento.
- Componentes de alimentación de alta potencia
- Rendimiento de instalación
- Efectos de interferencia
- Certificación
Componentes de alimentación de alta potencia
Para aplicaciones de vacío de alta potencia, especialmente en el espacio, los efectos multipactor y corona pueden dañar la alimentación. La simulación revela posibles modos de error, incluidos los efectos térmicos, para garantizar el funcionamiento seguro de la antena tras el lanzamiento.
Análisis de rendimiento de antena instalada
Los efectos de plataforma también son importantes. La plataforma sobre la que se instala una antena puede reflejar, difractar o absorber ondas de radio y afectar a su rendimiento, mientras que el acoplamiento entre la antena y el cuerpo metálico de la plataforma puede desintonizarla. Tanto si la plataforma es pequeña y compleja, como un ordenador portátil o un smartphone, como si es eléctricamente muy grande, como un coche, un avión o una torre de telefonía móvil, la simulación puede calcular el rendimiento de instalación y ayudar a encontrar la ubicación ideal de la antena.
Análisis de interferencias en un mismo sitio
Entornos complejos como calles, oficinas y fábricas pueden simularse para calcular la propagación multitrayecto y la cobertura esperada en escenarios realistas. La interferencia en un mismo sitio y la desensibilización de antena también pueden analizarse y mitigarse con simulación. La interferencia entre sistemas de antena puede analizarse con la tarea de interferencia de CST Studio Suite, que destaca los riesgos potenciales de interferencia electromagnética (EMI) y ayuda a los ingenieros a mitigarlos rápidamente.
Certificación mediante simulación
Cualquier dispositivo con funcionalidad de transmisión debe estar certificado conforme a numerosas normativas de seguridad que abarcan temas como la interferencia electromagnética (EMI) y la exposición humana a radiofrecuencia. La simulación revela patrones de campo en el interior de modelos realistas del cuerpo humano, calculando la tasa de absorción específica (SAR) y otros KPI de exposición a radiofrecuencia de forma más eficaz que la medición.
Organismos como la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) aceptan los datos de simulación como alternativa a las mediciones para muchos fines de certificación. Construir y probar un prototipo virtual de antena mediante simulación ahorra tiempo y costes en comparación con los prototipos físicos tradicionales. Los resultados pueden obtenerse en cuestión de horas o días, en lugar de semanas o meses. Si se detecta un problema, puede resolverse rápidamente y volver a simularse, lo que reduce el riesgo de que se produzcan costosos fallos en las últimas fases de la prueba.
Comience su viaje
Explore los avances tecnológicos, las metodologías innovadoras y la evolución de las demandas del sector que están remodelando el mundo del diseño y la simulación de antenas. Vaya un paso por delante con SIMULIA. Descubrir.
Preguntas frecuentes sobre el software de diseño de antenas
Una antena dipolo, a menudo considerada el tipo más simple de antena, consta de dos elementos conductores de igual longitud y alineados a lo largo del mismo eje. Un dipolo tiene un ancho de banda comparativamente estrecho en torno a la frecuencia de funcionamiento, que viene determinada por la longitud de la antena. El dipolo clásico mide media longitud de onda.
Sin embargo, debido a los campos de franja, la longitud efectiva del dipolo es superior a media longitud de onda, lo que da lugar a una frecuencia de resonancia ligeramente inferior a la que sugiere la longitud física. La antena dipolo funciona haciendo que la señal se aplique en el centro, lo que hace que los elementos irradien campos electromagnéticos principalmente perpendiculares al eje del dipolo. El dipolo es omnidireccional en el plano del eje, lo que da lugar al diagrama de radiación en forma de donut característico de un dipolo de media longitud de onda.
Una antena funciona en la interfaz entre las señales electromagnéticas guiadas y la propagación de ondas de radio en el espacio libre. Una antena suele proporcionar una estructura conductora de la que pueden desprenderse las señales alimentadas y viajar por el espacio. La misma antena también puede recibir campos electromagnéticos y emitirlos como tensiones y corrientes en los terminales. El diagrama de radiación determina la dirección de radiación preferida.
El diseño de antenas es un campo complejo y difícil dentro de la ingeniería eléctrica. La dificultad surge de la interacción entre principios teóricos, modelización matemática y consideraciones prácticas. El diseño de una antena requiere un profundo conocimiento de la teoría electromagnética, las características de propagación y los requisitos específicos de la aplicación. Sin embargo, un software específico de diseño de antenas puede simplificar la vida de un Ingeniero de Diseño de Antenas.
Antenna Magus es una herramienta de software para la aceleración del diseño de antenas y el proceso de modelado. Con su base de datos de más de 350 antenas, simplifica la selección del modelo de antena más adecuado para satisfacer los requisitos.
De la adecuación a los requisitos básicos de las antenas...
Antenna Magus ofrece diseños fiables de primer orden que han sido validados con datos de referencia. Cada antena se investiga exhaustivamente y los algoritmos de diseño se someten a diversas pruebas y rutinas de validación para confirmar que funcionan correctamente para una amplia gama de combinaciones de objetivos.
Los ingenieros pueden diseñar antenas para objetivos específicos como la ganancia, el ancho de haz, el ancho de banda y la impedancia con tan solo pulsar un botón.
La función "Estimación del rendimiento" permite un análisis rápido de la antena diseñada para indicar si un elemento es un candidato adecuado para el diseño final.
... a la definición de un modelo de antena para fines de simulación electromagnética 3D
La función de exportación de Antenna Magus libera tiempo para el diseño de antenas, reduciendo la necesidad de dominar el software de simulación. Esto permite probar rápidamente nuevos conceptos e ideas de diseño. Los modelos de simulación paramétrica "listos para funcionar" permiten a los usuarios aprovechar más eficazmente las funcionalidades de las herramientas de simulación de campos electromagnéticos (EM) en 3D compatibles. Las combinaciones de modelos pueden agilizar la realización de nuevas topologías.
Descubra también
Descubra lo que SIMULIA puede hacer por usted
Hable con un experto de SIMULIA para descubrir cómo nuestras soluciones permiten colaborar sin problemas e innovar de manera sostenible en organizaciones de todos los tamaños.
Póngase en marcha
Los cursos y las clases están disponibles para estudiantes, instituciones académicas, profesionales y empresas. Encuentre la formación de SIMULIA adecuada para usted.
Obtener ayuda
Encuentre información sobre certificación de software y hardware, descargas de software, documentación del usuario, contacto con soporte y oferta de servicios