안테나 설계 조정

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엔지니어링 시뮬레이션을 이용하여, 큰 컴퓨팅 그리고 3D 프린팅, 옵티시스 안테나 크기와 무게를 대폭 줄이는 동시에 개발 시간도 단축합니다. 활용하여 ANSYS Rescale의 대규모 컴퓨팅 플랫폼에서 실행되는 전자기 및 구조 시뮬레이션 도구인 이 스타트업의 엔지니어는 3D 프린팅이 제공하는 설계 자유를 최대한 활용하여 통합 어레이 안테나에 대한 무선 주파수(RF) 성능 요구 사항을 충족합니다.

고주파 안테나는 전통적으로 필요한 RF 성능과 구조적 무결성을 제공하기 위해 수십에서 수백 개 이상의 개별 구성 요소와 하드웨어를 제작 및 조립하여 제작되었습니다. RF 에너지는 인터페이스, 이음새, 불연속성을 통해 구성요소에서 구성요소로 전파되므로 이러한 장애물을 보상하려면 RF 경로 길이를 늘려야 합니다. 각 구성 요소에는 장착 표면과 하드웨어가 필요하므로 불필요한 무게와 공간이 추가됩니다. 또한 부품 재료 두께는 제조 설계 제약 조건을 충족하기에 적합해야 하며 조립 여유 공간을 위해 전체적으로 추가 공간이 필요합니다.

금속 3D 프린팅의 발전으로 이제 밀리미터 범위의 파장에 필요한 규모로 안테나와 RF 부품을 제작할 수 있게 되었습니다. 전체 안테나는 단일 구성 요소로 하나의 빌드로 인쇄될 수 있습니다. 인터페이스, 이음새 및 불연속성을 제거하면 RF 경로 길이를 크게 줄일 수 있으며 장착 표면과 하드웨어가 없어 크기와 무게가 더욱 줄어듭니다. 재료 벽 두께를 줄임으로써 추가 감소를 달성할 수 있습니다. 조립 간격이 필요하지 않기 때문에 엔지니어는 전체 3D 볼륨에 기능을 촘촘하게 넣어 크기를 더욱 줄일 수 있습니다. Optisys 엔지니어는 ANSYS 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 새로운 64요소 X-band SATCOM 통합 어레이 안테나(XSITA)의 크기, 무게 및 개발 시간을 대폭 단축했습니다. 이러한 작업을 수행하는 데 필요한 시뮬레이션의 양은 엄청나게 계산 집약적이며 Optisys는 고성능 컴퓨팅(HPC)을 위한 Rescale의 클라우드 플랫폼에서 대량의 시뮬레이션을 수행하여 온프레미스 IT 설치 공간을 최소화합니다.

"Rescale의 대규모 컴퓨팅 플랫폼과 함께 엔지니어링 시뮬레이션을 사용하여 Optisys는 엄청난 효율성을 얻었고 설계 주기를 몇 개월에서 몇 주로 단축할 수 있었습니다."

혁신적인 안테나 설계

3차원 인쇄는 기존에 제작된 안테나보다 훨씬 뛰어난 통합 수준과 성능을 실현함으로써 고주파수 안테나 설계에 혁명을 일으키고 있습니다. XNUMXD 프린팅 및 기타 새로운 제조 공정의 잠재적인 이점을 최대한 활용하려면 엔지니어가 처음부터 안테나를 다시 설계해야 합니다. 이는 초기 설계를 수작업으로 계산하고, 프로토타입을 제작하고, 프로토타입을 테스트한 후 수동으로 조정하는 전통적인 RF 설계 방법을 사용하는 시간이 오래 걸리고 힘든 작업입니다. 이러한 단계는 설계가 모든 사양을 충족할 때까지 계속해서 반복되며, 이는 XNUMX년 이상이 걸릴 수 있습니다.

프로토타입을 제작하기 전에 더 광범위한 대체 설계를 평가하고 최적화된 설계를 반복하기 위해 Optisys는 시뮬레이션을 사용합니다. 가입함으로써 앤시스 스타트업 프로그램, 회사는 ANSYS에 대한 액세스 권한을 얻었습니다. HFSS 전자기 시뮬레이션 소프트웨어와 ANSYS Mechanical 유한 요소 분석 소프트웨어를 사용하여 설계의 RF 및 구조적 성능을 평가합니다. 엔지니어는 로컬에서 시뮬레이션 모델을 생성하고 Rescale 클라우드 플랫폼에 업로드하여 ANSYS 소프트웨어를 기본적으로 실행하고 컴퓨팅 인프라를 유지 관리할 필요 없이 강력한 HPC 리소스에 액세스할 수 있습니다. Rescale은 ITAR(국제 무기 거래 규정)을 준수하므로 Optisys는 국방 및 국토 안보 애플리케이션에 사용되는 안테나에도 이 플랫폼을 사용할 수 있습니다.

RF 설계 최적화

Optisys 엔지니어는 초기 개념 설계를 매개변수화하고 HFSS를 사용하여 안테나 각 섹션의 S 매개변수를 계산했습니다. 그들은 ANSYS Optimetrics 전자기 최적화 프로그램을 사용하여 S-파라미터 결과를 기반으로 한 번에 여러 설계 변수를 평가했으며, 주로 전송된 RF 입력의 양과 반사된 양을 비교했습니다. 최적화 프로그램은 삽입 손실과 반사 에너지를 최소화하는 최적 설계를 향한 기울기를 따라 설계 공간을 단계적으로 진행했습니다. 엔지니어들은 성능을 시각화하고 개선이 가장 필요한 영역을 결정하기 위해 최적화 프로그램에서 생성된 설계에 대한 도파관 공동의 전기장 및 표면 전류 플롯을 자주 생성했습니다.

XSITA 방사 요소는 구조적 지지대에서 형성된 초크가 있는 64개의 정사각형 도파관 요소로 구성됩니다. 단일 모드 입력을 원형 편파 출력으로 변환하는 기존 2포트 격막 설계를 기반으로 왼쪽 원형 편파(LHCP)와 오른쪽 원형 편파(RHCP)가 모두 생성됩니다. LHCP 및 RHCP 네트워크는 전체 방사 요소 배열의 각 사분면이 16개 요소 x 1개 요소 하위 집합으로 분할되도록 설계되었습니다. 편광판 출력은 각 사분면을 모노펄스 비교기에 공급되는 결합기 네트워크로 끌어오는 XNUMX:XNUMX 기업 공급 네트워크에 연결됩니다. RHCP 및 LHCP 출력에는 두 편파를 추적하기 위한 별도의 모노펄스 비교기가 있어 총 XNUMX개의 출력 포트가 있습니다. 각 극성에 대한 모노펄스 비교기는 추가 볼륨을 가능한 한 적게 추가하는 컴팩트한 방식으로 기업 피드의 하단 섹션에 중첩됩니다.

여러 영역에서 도파관 간격이 0.020인치에 근접하는 높은 수준의 통합으로 인해 모델의 모든 구성 요소가 보이는 상태에서 도파관 경로를 라우팅해야 하지만 최적화를 위한 시뮬레이션 속도를 향상시키기 위해 형상의 하위 집합만 시뮬레이션해야 합니다. HFSS를 사용하면 모델러 창에서 형상을 제거하지 않고도 시뮬레이션에서 형상을 포함하거나 제외할 수 있습니다. 이를 통해 Optisys 엔지니어는 RHCP 및 LHCP 네트워크를 서로 감으면서 독립적으로 설계하여 3D 볼륨과 도파관 길이를 최소화할 수 있습니다.

구조적 지지대 설계

엔지니어들은 ANSYS Mechanical을 사용하여 격자 지지 구조를 분석하여 RF 구성 요소의 두께를 줄여 안테나 무게를 최소화할 수 있는 충분한 기계적 강도를 보장했습니다. 엔지니어들은 또한 로킹 암과 기어를 포함하고 외부 모터에 연결되는 인쇄된 고도 ​​축을 설계했습니다.

스타트업을 위한 클라우드 컴퓨팅

클라우드 기반 시뮬레이션 플랫폼이 신제품을 위한 디지털 프로토타입을 구축하는 유일하고 실행 가능하고 비용 효율적인 방법이기 때문에 스타트업에서는 클라우드 기반 시뮬레이션 플랫폼을 점점 더 많이 채택하고 있습니다. 스타트업은 때때로 증가된 컴퓨팅 용량이 필요하지만 적절한 하드웨어 인프라를 구매, 설정 및 유지하는 데 필요한 IT 직원 및/또는 자본 예산이 부족한 경우가 많습니다. ANSYS는 Rescale과 같은 클라우드 호스팅 파트너와 적극적으로 협력하여 ANSYS 시뮬레이션 및 HPC 리소스에 대한 원활한 턴키 액세스를 제공합니다. 이 접근 방식은 스타트업부터 대기업까지 ANSYS 고객에게 HPC, 원격 호스팅 및 데이터 보안 전문가인 파트너가 제공하는 HPC 클라우드 솔루션을 제공합니다.

– Wim Slagter, ANSYS HPC 및 클라우드 제휴 이사

" Optisys 엔지니어들은 ANSYS 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 새로운 어레이 안테나의 크기, 무게 및 개발 시간을 대폭 단축했습니다."

XSITA 어레이의 설계는 엔지니어가 ANSYS HFSS를 활용하여 복잡한 RF 설계를 최적화하고 Rescale의 클라우드 HPC 플랫폼에서 사용할 수 있는 거의 무제한의 확장 기능을 활용할 때 3D 프린팅으로 달성할 수 있는 통합 수준을 보여줍니다. Optisys와 같은 스타트업의 성공은 자금이 풍부한 기업보다 더 빠르게 시장에 혁신적인 솔루션을 제공하는 데 달려 있습니다. Rescale의 대규모 컴퓨팅 플랫폼 기능과 함께 엔지니어링 시뮬레이션을 사용하여 여러 프로젝트를 병렬화함으로써 Optisys는 엄청난 효율성을 얻고 설계 주기를 몇 달에서 몇 주로 단축할 수 있었습니다. 이 공간의 기존 안테나는 평균 50파운드이고 100개 이상의 구성 요소를 포함하지만 Optisys XSITA는 8파운드에 불과하며 단일 구성 요소로 구성됩니다. 이러한 기능을 통해 Optisys와 같은 스타트업은 기하급수적으로 확장되고 전례 없는 기능을 가능하게 하는 이 새로운 3D 프린팅 분야에서 경쟁할 수 있습니다.