Antennensysteme störungsfrei betreiben
Fachgebiet: ElektromagnetikDie Kopter Group entwickelt eine neue Generation von Helikopter. Für die Kommunikationsausstattung werden diese Fluggeräte mit einer Vielzahl von Antennensystemen ausgestattet. Um ein eindeutiges Sende- und Empfangsverhalten zu gewährleisten hilft elektromagnetische Simulation Interferenzstörungen zu vermeiden.
Zusammenfassung
Aufgabe
In Hubschrauber der neuesten Generation sind eine Vielzahl von Hochfrequenzsystemen integriert. Fehlfunktionen aufgrund elektromagnetischer Interferenzen (EMI) sind bereits in der frühen Entwicklungsphase möglichst auszuschließen. Hierzu sollte mit einer Interferenzanalyse eine optimale Konfiguration der Antennensysteme identifiziert werden.
Lösung
Mit Hilfe von ANSYS HFSS und ANSYS HFSS SBR+ erfolgte eine zielgerichtete Untersuchung des Abstrahl- und Empfangsverhaltens der verschiedenen UKW-Antennen sowie die Interaktion untereinander. Neben der Untersuchung des Antennenverhaltens im Nahfeld stand besonders auch die Ermittlung der EMI-Matrix im Vordergrund. Der Vergleich unterschiedlicher Layouts ermöglichte die Wahl einer bestmöglichen Antennenkonfiguration.
Kundennutzen
Durch die numerische Betrachtung des Systemverhaltens wurde bereits im frühen Entwicklungsstadium
- die Entwicklung wesentlich beschleunigt,
- die bestmögliche Positionierung der Antennen identifiziert,
- bei gleichzeitiger Minimierung eines möglichen Fehlverhaltens.
Die Kopter Group wurde mit dem Ziel gegründet, eine neue Generation von Turbinenhubschraubern zu entwickeln, zu bauen und zu warten. Mit dieser industriellen Vision hat die Kopter Group den SH09 entwickelt, der dem Betreiber eine hervorragende Betriebsleistung, Sicherheit und Lebenszyklusökonomie garantiert.
Ein moderner Hubschrauber benötigt zur Kommunikation eine große Anzahl von Hochfrequenz-Systemen (HF). Fehlfunktionen, die durch elektromagnetische Störungen der verschiedenen HF-Systeme verursacht werden, sind zu vermeiden (elektromagnetische Interferenzen EMI). Um Zeit und Kosten zu sparen, galt es in einem frühen Projektstadium eine Interferenzanalyse mit Ansys HFSS (SBR+ ehemals Savant; EMIT) durchzuführen. Ziel der Untersuchung ist die bestmögliche Positionierung der Antennensysteme unter den genannten EMI-Gesichtspunkten.
Durch die Untersuchung verschiedener Anordnungen der Antennen konnte das bestmögliche Layout zur Positionierung ermittelt werden. Langwierige und kostspielige Tests und Neuausrichtungen der Antennen am Rumpf konnten dadurch eingespart werden. Eine erhebliche Beschleunigung des Entwicklungsprozesses bei einer gleichzeitigen Minimierung des Risikos von Fehlfunktionen der HF-Systeme war die Folge.
Um einen störungsfreien Betrieb aller HF-Systeme zu gewährleisten, müssen Antennen und Funkgeräte (einschließlich Filter) zielgerichtet gewählt werden. Die Abstrahlcharakteristik für die auf dem Rumpf installierten Antennen (Abb. 2) und die Koppelmatrizen für jedes Antennenpaar wurden mit Hilfe eines Shooting and Bouncing Rays Algorithmus berechnet (Abb. 3). Zusätzlich wurden die Radio Typen in das Modell integriert, was die Ermittlung realistischer EMI-Margen ermöglicht (Marge für ein störendes Störereignis). Die EMI-Matrix wurde für jedes Antennenpaar berechnet (Abb. 4) und für mehrere Antennenlayouts verglichen, wodurch optimale Positionen für die verschiedenen Antennen gefunden werden konnten.
