СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №5/2016

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 54 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2016 Приёмная антенна Эхо-сигнал Прямой сигнал Падающая волна Моделирование больших объектов в среде FEKO Рис. 1. Модель летательного аппарата САПР стали важным инструментом каждого инженера-проектировщика СВЧ-техники и антенн. Работа современных инженеров практически невозможна без освоения автоматизированных средств проектирования, расчёта, анализа и моделирования СВЧ-устройств. Программные продукты совершенствуются так быстро, что требуют непрерывного изучения новых методов и подходов для решения современных задач. Таков и популярный комплекс FEKO фирмы Altair. В статье рассмотрены его новые возможности по решению задач электромагнитной совместимости антенных систем, расположенных на летательных аппаратах (ЛА). Александр Курушин (Москва), Илья Мюхкеря (Санкт-Петербург), Сергей Подковырин (г. Вышний Волочёк) Требования к вычислительным ресурсам рабочих станций САПР по мере увеличения размеров и сложно- сти рассчитываемых антенн быстро растут и для некоторых задач, напри- мер на электрически больших объек- тах, могут легко опередить имеющие- ся ресурсы. Комплекс FEKO предостав- ляет следующие возможности решения таких проблем: ● эффективное решающее устрой- ство записывает матричные блоки на жёстком диске во время обработ- ки, позволяя решать задачи на ком- пьютерах с недостатком оператив- ной памяти; ● более высокая эффективность распа- раллеливания вычислений на много- ядерных процессорах; ● многоуровневый быстрый муль- типольный метод (MLFMM) значи- тельно уменьшает вычислительные потребности в ресурсах, по сравне- нию с методом моментов (MoM); ● применение приближённых асимп- тотических методов, таких как ме- тод физической оптики (PO) и ме- тод однородной теории дифрак- ции (UTD). Анализ рассеяния электромагнитно- го поля на электрически больших объ- ектах всегда был серьёзной проблемой. Для очень точных решений задач рас- сеяния в FEKO обычно используется метод электродинамического анали- за MoM или MLFMM. Для электрически огромных структур требуется асим- птотический метод физической опти- ки (PО). Для очень больших задач элек- тродинамические методы упираются в вычислительные возможности ЭВМ, в то время как PO может потребовать очень плотной сетки разбиения для больших задач, и время расчёта мето- дом PO с многократными рассеяниями растёт по экспоненте (см. рис. 1). Чтобы решить эти задачи, в FEKO был реали- зован метод «Ray Launching Geometrical Optics» (RL-GO), разрешающий исполь- зовать возбуждения плоской волны. Метод RL-GO основан на моделирова- нии лучей, падающих и отражённых от объектов, используя теорию распро- странения, отражения и преломления оптических лучей. Воздействие лучей на металлические и диэлектрические структуры смодели- рованы при помощи источников Гюй- генса, помещённых в каждую точку ray- contact на материальных границах. Процессом ray-launching легко управ- лять, основываясь на угловом интерва- ле (для локализованных источников) или поперечном интервале (для источ- ников плоской волны) лучей и коли- честве многократных разрешённых интерференций. RL-GO даёт хорошее совпадение с MLFMM при меньших требовани- ях к вычислительным ресурсам. Так, для решения задачи, показанной на рисунке 1, метод RL-GO потребовал 4,6 Мбайт памяти, тогда как MLFMM – 440 Мбайт при существенно большем времени выполнения. Это кардиналь- ное снижение требований к вычисли- тельным ресурсам – решающий фак- тор для очень больших задач. Были показаны и преимущества метода RL-GO для большой структу- ры – решения задачи ЭПР на СВЧ (RCS). Другие подходящие приложения мето- да RL-GO включают анализ зеркальных антенн, а также линз. В таких случаях факт, что RL-GO был объединён с мето- дом моментов (MoM), становится очень важным. Антенны излучения, освещаю- щие линзу или зеркало, могут быть смо- делированы методом MoM, в то время как с большой структурой может очень эффективно работать RL-GO, используя связь по дальнему или ближнему полю. Одной из важных задач, стоящих перед проектировщиками радиока- налов ЛА, является обеспечение элек- тромагнитной совместимости радио- каналов. Это обусловлено, во-первых, большим количеством разнообразных радиоэлектронных средств (РЭС), в том числе с перекрывающимися частотны- ми диапазонами, а во-вторых, быстро меняющимся взаиморасположением ЛА в пространстве и в группировке. Для обеспечения ЭМС функциониро- вание РЭС в составе комплекса (вклю- чение, выключение и переключение режимов работы) должно регламен- тироваться по пространственному