СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 7/2016

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 86 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 7 2016 AntSyn – технология синтеза и оптимизации антенных устройств. Эволюция разработки антенн Высокий спрос на беспроводные сети, превышающий предложение на рынке труда инженеров-разработчиков антенн, привёл к появлению альтернативного подхода. Дерек Линден, AWR Group, National Instruments Рост потребности в беспроводных сетях тесно связан с созданием инте- грированных антенных систем, обе- спечивающих оптимальную произ- водительность, стоимость и размеры. Оптимизация таких характеристик, как согласование импеданса, коэффи- циент усиления, КПД излучения антен- ны и рабочей полосы пропускания – очень трудоёмкий процесс, требующий многократного повторения симуляций и хороших профессиональных знаний. В ходе исследований в области при- менения эволюционных алгоритмов (ЭА) – программных методов изуче- ния проектных параметров и автома- тического нахождения оптимальных конструкций антенны – были пред- ложены средства ускорения процес- са проектирования. ЭА подтверждают свою эффективность при создании конструкций антенн с более высокой производительностью по сравнению с антеннами, разработанными стандарт- ными методами. AntSyn™ – комбинация ЭА и ВЧ/СВЧ- симуляции, успешно проверенная при проектировании различных типов антенн для аэрокосмической отрас- ли, теперь доступная в виде коммер- ческого продукта компании National Instruments (NI). Созданный продукт – это автоматизированный инструмент проектирования, синтеза и оптимиза- ции антенн, позволяющий пользовате- лям вводить технологические требова- ния и получать на выходе готовый про- ект антенны. AntSyn был разработан таким образом, чтобы им могли поль- зоваться как эксперты, так и новички в области проектирования антенных устройств. Т РУДНОСТИ ПРИ РАЗРАБОТКЕ АНТЕНН Правильно спроектированная антенна обычно характеризуется несколькими важными параметра- ми, определяемыми назначением устройства. Наиболее существенны- ми из них являются пространствен- ные характеристики излучения (т.е. диаграмма направленности антенны) и результирующий коэффициент уси- ления. Таким образом, число возмож- ных вариантов конструкции антенны оказывается достаточно велико, т.к. варьируются размеры, формы, требо- вания и виды применения. Проекти- рование и оптимизация антенн вруч- ную требует серьёзного опыта работы в этой области. Процесс является край- не трудоёмким и напрямую зависит от навыков и опыта разработчика в под- боре подходящей базовой конструк- ции, которую затем нужно оптими- зировать для достижения требуемых результатов. Зачастую даже опытным разработ- чикам может потребоваться несколь- ко месяцев для создания новой кон- струкции антенны, в зависимости от требований к устройству. Время и усилия, затраченные на разработ- ку, существенно увеличиваются при рассмотрении таких факторов, как взаимодействие антенны с платфор- мой, беспроводным устройством или расположенными рядом объектами. Задержки в проектировании увеличи- ваются, если изменяются требования как на ранней стадии разработки, так и в случае, если интеграция антенны требует оптимизации «на месте». Воз- можность быстрого проектирования и перепроектирования антенн стано- вится важнейшей задачей в условиях быстро растущего числа беспровод- ных устройств. В начале 1990-х гг., в качестве альтер- нативы и дополнения ручного проек- тирования, исследователи начали изу- чать эволюционные методы разработ- ки и оптимизации антенн. Одна из наиболее успешных методик National Instruments основана на эволюцион- ных алгоритмах. Технология была превращена в полноценный инстру- мент синтеза антенн AntSyn и успешно применяется частными компаниями и государственными организациями в аэрокосмической, телекоммуника- ционной и беспроводной областях электронной промышленности для создания антенных устройств, рабо- тающих на частотах от нижней гра- ницы S-диапазона (2 МГц) до высших частот K a (40 МГц). В противовес руч- ному проектированию, требующему десятки часов для разработки гото- вой конструкции антенны, AntSyn способен создавать проект в течение нескольких часов, при этом находя оптимальное решение, удовлетворя- ющее требованиям разработки, часто предлагая нестандартные конструк- ции, по производительности превос- ходящие традиционные. Р АЗРАБОТКА ПО ТРЕБОВАНИЯМ AntSyn работает по принципу «полу- чите то, что вам нужно», т.е. пользова- тель вводит требования к антенне вме- сто физического (параметризованно- го) проекта. Такие параметры антенны, как полоса частот, согласование целе- вого импеданса (обратные потери), диаграмма направленности и дру- гие, задаются при помощи интуитив- ного интерфейса «SpecSheet», кото- рый автоматически создаётся в файле проекта, как показано на рисунке 1а. После запуска AntSyn предлагает одну или несколько конструкций антенны, выходные параметры которой отобра- жены на настраиваемой информацион- ной панели для быстрой оценки резуль- татов (см. рис. 1б). Информационную панель по жела- нию пользователя можно настроить на отображение: