תכנון אנטנות מרובות אלמנטים בסביבת MATLAB

אני מתכבד לארח בבלוג הזה פעם נוספת את רונן כהן, העובד יחד עמי בחברת סיסטמטיקס והאחראי הטכני אצלנו על כלי MathWorks לפיתוח מערכות תקשורת (לחצו כאן לפוסט הקודם בהשתתפותו של רונן).

הקדמה

אנטנות הן חלק אינטגרלי בכל מערכת אלחוטית היום, והתכנון שלהן נעשה על ידי מומחים בתחום.  הכלים בהם מומחים אלו משתמשים הינם יקרים מאד, ולמרבה הצער ברוב המקרים קשה לשלבם בשלב החשוב של הסימולציה המערכתית. לעומת אותם כלים, בכלים Antenna Toolbox ו-Phased Array System Toolbox יש למהנדסי מערכת אפשרות לשלב בשלבים מוקדמים של תכנון המערכת שלהם מערכי אנטנות, בצורה נוחה ומהירה.

אנליזת אנטנה מרובת אלמנטים - Antenna Toolbox

ה– Antenna Toolbox הינו כלי שיצא לפני כשנה, ובאמצעותו ניתן לבצע אנליזה על מערך אנטנות. הגדרת האלמנט הבודד הינה פשוטה ביותר, וניתן לבחור מתוך למעלה מ-20 אנטנות מוכנות מראש או לייבא את הRadiation Pattern מתוכנות עיבוד אחרות (דוגמת CST). לאחר בחירת האלמנט הבודד נדרש להגדיר את המיקום של כל אלמנט בתוך מבנה מוגדר מראש (דוגמת URA) או בתוך מבנה שמוגדר על ידי המשתמש. דוגמאות לתוצאות אנליזה ניתן לראות בתרשים 1 למטה (ניתן ללחוץ להגדלה) - במקרה זה נבנה מערך של ארבעה אלמנטי-דיפול המסודרים בצורה ריבועית, וסביבת MATLAB ביצעה חישוב מלא של משוואות Maxwell על מנת לחשב השפעות coupling, edge ו-substrate characteristics.

 תרשים 1 – אנליזה של מערך אנטנות עם ארבעה אלמנטי דיפול. מצד שמאל-למעלה בכיוון השעון: כיווניות אנטנה תלת-ממדית, הצגה של מערך האנטנות, חתך דו-ממדי של כיווניות האנטנה, התפלגות הזרם באלמנטים

שילוב בסימולציה - Phased Array System Toolbox

Phased Array System Toolbox הינו כלי בעל יכולות רבות לעיבוד אות מרחבי, אך בפוסט הנוכחי נתעמק רק בתחום האנטנות. לאחר אנליזת האנטנה והחלטה על מבנה המערך, שבוצעו בחלק הקודם, נרצה לראות את אפקט האנטנה בסימולציה. ובעזרת ה- Phased Array System Toolbox ניתן לבצע חישוב מרחבי של מעבר אות דרך האנטנה אל מגוון ערוצים וחזרה לאנטנה אחרת, וכמובן שהפלטפורמות לא חייבות להיות נייחות.

גם באמצעות ה- Phased Array System Toolbox קיימת אפשרות לבנות מערך אנטנות, אך במקרה זה לא יבוצעו חישובי משוואות Maxwell אלא חישובי סופרפוזיציה. קרי, תופעות לא לינאריות כמו coupling או edge effects לא יבואו לידי ביטוי. מצד שני – זמני החישוב יהיו קצרים יותר. מתי נעדיף להשתמש בכלי אחד לצורך סימולציה ולא בכלי האחר ? אפשר לראות סיכום ממצה בתרשים 2 (ניתן ללחוץ להגדלה).

תרשים 2 – תרשים החלטה לחישוב כיווניות אלמנט בודד בסביבת MATLAB

מידע נוסף
למידע נוסף על  Antenna Toolbox, לחצו פה.

למידע נוסף על Phased Array System Toolbox, לחצו כאן.

חידושים בגרסת R2015a - ארבעה כלים חדשים והמון פיצ'רים משמעותיים

גרסת R2015a של כלי MathWorks כוללת עדכונים משמעותיים ב-MATLAB, Simulink ובעוד עשרות כלים, וכן ארבעה כלים שימושיים חדשים (מודגשים בהמשך בצהוב). 

להלן עיקרי החידושים:

MATLAB

פונקציות חדשות כמו repelem ו-milliseconds; הרצת אלגוריתמי mapreduce על כל cluster מחשבים התומך ב-parallel pools (דורש MATLAB Distributing Server); תמיכה בהתקני BeagleBone Black, Arduino Leonardo, מצלמות IP ואחרים; תוספת הערה בתחתית עמוד תיעוד ממנה ניתן ללמוד באיזו גרסה נוסף הפיצ'ר הנדון בעמוד.

MATLAB Compiler

מעתה הכלי כולל יכולת ליצור add-ins ל-Excel.

MATLAB Compiler SDK

הרחבה ל-MATLAB Compiler המאפשרת יצירת ספריות C/C++, Java ו-.NET (לא ניתן יותר לרכוש את ה-Builder-ים שהיו בעבר).

Statistics and Machine Learning Toolbox

אפליקציית Classification Learner לאימון מודלים וסיווג מידע באמצעות Supervised machine learning; יצירת קוד C מתוך הפונקציות pca ו-kmeans (דורש MATLAB Coder).

Communications System Toolbox

עדכונים רבים, וביניהם שיטות סנכרון חדשות למקלטים אלחוטיים וספריה הכוללת את כל הבלוקים הנתמכים ליצירת קוד HDL באמצעות HDL Coder.

Phased Array System Toolbox

מידול ושערוך פשוטים יותר של מספר מטרות מכ"מ; כיול מערך; דוגמה של מערכת מתקדמת לסיוע לנהג.

Antenna Toolbox

כלי חדש לתכנון, ניתוח והצגת אלמנטי אנטנה ומערכי אנטנות. הכלי מרחיב את יכולות הכלים SimRF ו-Phased Array System Toolbox. למידע נוסף - לחצו פה.

Image Processing Toolbox

אפליקציית Image Batch Processor המאפשרת ביצוע batch processing – הפעלת פעולת עיבוד תמונה על קבצים נבחרים מתוך תיקייה או אפילו על התיקייה כולה; אפשרות לייצר קוד C מתוך פונקציות דוגמת bwlabel, regionprops ו-watershed (דורש MATLAB Coder); יכולת להפעיל את אפליקציית ה-Color Thresholder על תמונות המוזרמות ב-live; אפשרות להאיץ חמש פונקציות נוספות באמצעות ה-GPU, וביניהן – regionprops (דורש Parallel Computing Toolbox).

Simulink

חיוויים גרפיים חדשים לשימוש בתוך המודל לצורך כוונון סימולציות, ביצוע בדיקות והצגת תצוגות (שעונים, מתגים ובלוקים נוספים הנמצאים בספריית Dashboard של ה-Simulink  הבסיסי); עדכון מהיר יותר של מודלים באמצעות קימפול JIT לבלוקי MATLAB Function ותרשימי Stateflow; יצירה מהירה של bus מתוך אוסף של סיגנלים; מירקור לולאות אלגבריות; אפשרות ליצור אפליקציות ל-Apple iOS המריצות מודלי Simulink.

Robotics System Toolbox

כלי חדש לתכנון ובדיקת אלגוריתמים לאפליקציות רובוטיות. למידע נוסף - לחצו פה.

Computer Vision System Toolbox

תמיכה ביצירת קודC  מתוך פונקציות המשמשות לכיול מצלמה ו-Optical Flow (דורש MATLAB Coder); פונקצית plotCamera המאפשרת לראות היכן היתה המצלמה ולאן הסתכלה); שיפור ביצועים של מגוון מרכיבים ובראשם של אלמנטי תצוגה; פונקציות יעילות לעיבוד Point Cloud; חיפוש תמונות ושליפה באמצעות Bag of visual words;

Vision HDL Toolbox

כלי חדש לתכנון מערכות עיבוד תמונה, וידאו וראיה ממוחשבת עבור FPGAs ו-ASICs. הכלי מכיל System Objects ב-MATLAB ובלוקים ב-Simulink. למידע נוסף - לחצו פה.

HDL Coder

שערוך נתיב קריטי ללא צורך בביצוע סינטזה.

MATLAB Coder

אפליקציית ייצור קוד משופרת, הכוללת editor משולב ותהליך עבודה פשוט יותר; קוד יעיל יותר עבור logical indexing; תוספת פונקציות רבות מהן ניתן ליצר קוד C מכלי עיבוד האות, עיבוד התמונה, התקשורת והסטטיסטיקה, וכמובן מ-MATLAB עצמו.

Parallel Computing Toolbox

תוספת של עשרות פונקציות לרשימת הפונקציות הניתנות להאצה באמצעות כרטיס המסך (GPU);

Simulink Test

כלי חדש ליצירת test harnesses, חיבור תרחישי בדיקות מורכבים וניהול בדיקות מבוססות-סימולציה. למידע נוסף - לחצו פה.

לעמוד הגרסה - לחצו פה.

.......................