Suite CST Studio : conception et analyse d'antennes
La conception d'antennes de la suite CST Studio couvre un large éventail de secteurs. La radiodiffusion publique (TV/Radio), l'armée, l'aérospatiale et le nautisme utilisent des antennes depuis des décennies. Plus récemment, nous avons assisté à l'émergence d'antennes dans nos appareils domestiques et portables. Ces appareils sont souvent équipés de plusieurs antennes différentes pour des communications à différentes fréquences. L'exemple le plus évident est celui d'un smartphone.
Un téléphone intelligent nécessite des antennes pour le réseau mobile 4 ou 5G, pour les communications standard et la connexion internet. Une antenne Bluetooth est également disponible pour les accessoires comme une enceinte ou un casque. Une antenne Wi-Fi permet de se connecter à Internet à la maison ou au bureau, et une antenne NFC permet de payer d'un simple geste du téléphone.
Grâce à nos appareils « intelligents » ou « connectés », de plus en plus d’entreprises de tous les secteurs utilisent la simulation EM pour analyser les performances des antennes nécessaires pour communiquer avec le monde.
Suite Studio CST
Suite Studio CST est un logiciel d'analyse électromagnétique développé par Dassault Systèmes , utilisé pour concevoir, analyser et optimiser les systèmes électromagnétiques. CST Studio Suite contient de nombreux solveurs différents, tous dans une seule interface utilisateur, qui nous permettent de simuler les performances d'une grande variété de systèmes électromagnétiques pour les applications basse et haute fréquence.
Les problèmes courants d'analyse électromagnétique comprennent :
- Conception d'antenne et de filtre
- Compatibilité électromagnétique et interférences (CEM/EMI)
- Exposition du corps humain aux champs électromagnétiques
- Effets électromécaniques dans les moteurs et les génératrices
- Effets thermiques dans les appareils de haute puissance
Analyse d'antenne
La suite CST Studio offre des outils faciles à utiliser pour nous guider dans notre processus de conception et d'optimisation d'antennes. Un des outils qu'on utilise souvent en premier estAntenne MagusAntenna Magus est une application qui nous permet de choisir certaines spécifications de conception, réparties par secteur, qui contiennent des informations telles que les bandes de fréquences et les diagrammes de rayonnement.
Une fois les spécifications définies et réduites à ce que nous concevons, des options de conceptions d'antennes qui ont été étudiées dans le milieu universitaire nous seront présentées et qui pourraient convenir à notre conception.
Une fois la forme spécifique sélectionnée, Antenna Magus estime les paramètres de taille permettant d'obtenir une antenne fonctionnant dans les bandes de fréquences et/ou les diagrammes de rayonnement définis par la spécification. On peut estimer la performance de l'antenne choisie, puis ajuster légèrement les paramètres de taille et comparer les résultats. Dans l'exemple ci-dessous, j'ai choisi d'utiliser une antenne patch conforme à la spécification Bluetooth pour concevoir une antenne pour haut-parleur.
Une fois qu'on a trouvé une conception qui nous convient, on peut exporter le modèle d'antenne vers CST Studio pour exécuter des études plus complexes qui incluent des composants supplémentaires.
Comme je l'ai mentionné précédemment, la suite CST Studio couvre un large éventail d'analyses électromagnétiques. Concernant la conception d'antennes, on peut créer ou importer des géométries directement dans l'interface du logiciel.
Si on importe le modèle d'antenne d'Antenna Magus, les études sont configurées à partir de ce qu'on a exporté. On peut simplement ouvrir le fichier de simulation et exécuter l'étude sans configuration supplémentaire. Cela produirait des résultats très similaires à ceux obtenus avec les estimations de performances dans Antenna Magus.
Cependant, la suite CST Studio nous offre bien plus d'options et d'outils pour l'analyse de nos antennes. Dans l'exemple de l'enceinte Bluetooth, on veut ajouter un boîtier, une batterie et la géométrie du cône de l'enceinte à notre modèle. Ceci peut être facilement réalisé en important une géométrie CAO 3D depuisSOLIDWORKS.
Une fois cette géométrie importée, on peut appliquer des matériaux à chaque solide. Nous pouvons aussi modifier les signaux d'excitation, les ports d'entrée et d'autres options précédemment définies par la spécification d'Antenna Magus.
Pour les analyses à haute fréquence, on peut tirer parti de la rapidité du solveur temporel. Une fois la configuration ajustée, on peut exécuter l'étude dans CST Studio Suite pour produire des résultats.
Deux résultats nous intéressent : le gain en champ lointain et les paramètres S. Vous pouvez constater que nous pouvons produire une vue 3D du gain en champ lointain ainsi qu'un graphique montrant le paramètre S pour le coefficient de réflexion au centre de la fréquence Bluetooth de 2,4 à 2,485 GHz.
À ce stade, vous pouvez aller plus loin dans vos études grâce à l'outil Optimiseur. Cet outil nous permet de choisir les valeurs des paramètres à modifier, comme le diamètre du patch, puis d'effectuer plusieurs études pour obtenir nos résultats. Il nous permet aussi d'établir des objectifs précis. Dans notre cas, nous pourrions modifier le diamètre du patch de notre antenne pour déplacer la fréquence minimale du paramètre S à 2,4425 GHz.
Comme vous pouvez le constater, plusieurs paramètres peuvent être utilisés pour guider l'outil Optimiseur. On peut créer nos propres paramètres dimensionnels. Cependant, comme nous avons commencé avec Antenna Magus, presque toutes les dimensions utilisées pour créer le modèle d'antenne 3D sont déjà incluses dans notre liste de paramètres.
On peut choisir un ou plusieurs paramètres, puis choisir une plage de dimensions à laquelle s'adapter. Après avoir exécuté l'optimiseur, vous pouvez enregistrer les résultats de chaque exécution et les comparer afin d'optimiser la conception de votre antenne.
La conception et l'analyse d'antennes à l'aide de CST Studio Suite ne sont qu'un sous-ensemble des problèmes auxquels les utilisateurs sont confrontés avec les systèmes électromagnétiques. CST Studio Suite, jumelé à Antenna Magus, rend ce processus très rapide et facile afin que vous puissiez prendre des décisions de conception dès le début du processus de mise en marché de vos produits.
Suite Studio CST 2023 Guide d'achat
Principales fonctionnalités, applications, forfaits, matériel et plus
À propos de Eric Weber
Eric Weber est ingénieur d'application chez GoEngineer. Lorsque Eric ne travaille pas avec des clients ou n'enseigne pas divers cours de simulation, vous le trouverez probablement en train de construire un drone quadricoptère ou d'expérimenter avec des microcontrôleurs Arduino.
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