בעולם בו מערכות התקשורת בכלי טיס הופכות מורכבות יותר ויותר, לעיתים קרובות ניתן למצוא מספר אנטנות הממוקמות באותו המטוס.
הדבר יוצר תופעה הנקראת "ערב דיבור", Crosstalk באנגלית, הפרעה באותות אשר זולגים מקו אחד למשנהו, דבר שעלול להפריע לתפקוד של כלי הטיס.
במודל אשר יוצג בפירוט במאמר זה, נראה כיצד לבנות בתוכנת COMSOL Multiphysics 5.1 סימולציה של ההתערבות בין שתי אנטנות זהות - אחת משדרת והשניה מקבלת - במרכב של מטוס, במטרה לנתח את ההשפעה של תופעת ה- Crosstalk.

תעופה יעילה

לאנטנות יש תפקיד משמעותי בעולם התעופה. הטייסים מסתמכים עליהן במטרה להבטיח כי כלי הטיס שומר על הפוזיציה ועל היישור הבטוחים והנכונים. הדבר חשוב ביותר במיוחד במצבים בהם הראות לקויה, כמו בלילה ובתנאי מזג אוויר לא נוחים. על כן, כדי להבטיח טיסה בטוחה, אנטנות אלו מוכרחות להיות בעלות אמינות גבוהה.

מיקומן של מספר אנטנות במרכב בודד של מטוס עשוי להיות בעייתי, שכן עלולה להתרחש התופעה של "Crosstalk" - "ערב דיבור". תופעה זו מתרחשת כאשר אותות אלקטרומגנטיים מאנטנה אחת מתערבבים עם האותות של אנטנה אחרת ויוצרים הפרעות. כאשר הפרעה מתרחשת בין אנטנה משדרת המשדרת לאנטנות על הקרקע ולמתקנים קולטים המקבלים אותות מאנטנות על הקרקע, הדבר עלול להשפיע על התפקוד של כל כלי הטיס.

ע"י סימולציה של Crosstalk אנטנות במרכב של מטוס, ניתן לקבוע היכן למקם את האנטנות המשדרות והמקבלות בכדי להבטיח תקשורת יעילה ובטוחה. לצורך כך, בואו נעיף מבט על מדריך חדש אשר שוחרר עם COMSOL Multiphysics גרסא 5.1.

סימלוץ Crosstalk במרכב של מטוס

מודל המטוס עשוי מגוף מתכתי ושתי אנטנות, בחלק העליון של המרכב ובחלק התחתון. השטחים העשויים מתכת ממודלים עם מוליך חשמלי מושלם (PEC - PERFECT ELECTRIC CONDUCTOR). את המטוס מקיף מרחב כדורי של אוויר, אשר סגור ע"י שכבות תואמות מושלמות (PMLs - PERFECTLY MATCHED LAYERS), אשר מחקות מקום פנוי אינסופי. ה- PMLs מבטיחות כי אין כלל השתקפות מהגבול של המרחב האווירי.

האנטנות עשויות מרצועות מתכת בבלוק דיאלקטרי. הן הוקטנו עם תכנון של קו מעוקל, אשר מקטין את העכבה החשמלית הנכנסת שלהן שתהיה נמוכה מהעכבה החשמלית המיוחסת של 50 אוהם. טכניקת עיצוב אנטנת מוט יחיד מתקפלת על מישור קרקע גדול משמשת להתאמת עכבה חשמלית נמוכה התחלתית.

בסימלוץ האנטנות מוקם גם lumped port ברווח שבין הקו המעוקל ומרכב המטוס. פרמטרים S חושבו מה- lumped ports הללו כדי להראות את התכונות התואמות של האנטנות כמו גם את רמת ההפרעה שלהן האחת עם השניה כאשר ממוקמות בקונפיגורציות שונות.

הסימולציה מציגה אזורים מוצלים ומוארים של מרכב המטוס. אזורים מוצלים הם תחומים בהם מבנה המטוס, כמו הכנפיים, הסנפירים, והמדפים, מעכבים את יכולת השידור של האנטנה המשדרת. מהצד השני, החלקים המוארים אינם מופרעים ע"י אף ציוד. המשמעות היא שהאזורים המוצלים הינם מיקום טוב יותר לאנטנה הקולטת, כיוון שתהיה פחות הפרעה מהאנטנה המשדרת, בעוד שהאזורים המוארים פחות אידיאליים. האיורים הבאים מציגים את עוצמת השדה החשמלי של האנטנה המשדרת ואת ההשפעה שלה על האנטנה הקולטת בשלוש תצורות שונות.

הנוכחות של אזורים מוארים ומוצלים עוזרת בקביעת המיקום הטוב ביותר של האנטנות במרכב המטוס. בסט חלופי של תמונות, המוצגות מטה, התנהגות השדה החשמלי מוצגת על סקלאת הדציבלים כאשר האנטנה הקולטת נבחנת בשלושה מיקומים שונים החל באחורי ועד לקדמת מרכב המטוס. מתמונות אלו אנו יכולים להסיק שהאזורים המוצלים הם הכי טובים כאשר האנטנה ממוקמת בצד האחורי של המטוס. עובדה זו מאושרת כאשר משווים את שלושת פרמטרי ה- S המחושבים בשלושת הקונפיגורציות השונות הללו.

ע"י מידול של Crosstalk אנטנות עם COMSOL Multiphysics גרסא 5.1 ומודול RF, באפשרותכם לבצע אופטימיזציה למיקום של האנטנות על מרכב המטוס לטובת תכנון כללי מעולה המבטיח טיסה בטוחה.