Los UAVs (Unmanned Aerial Vehicles) son aeronaves que vuelan sin tripulación controladas desde una base terrestre. Su uso en los últimos años ha aumentado en gran medida debido a su polivalencia. Existen UAVs con fines civiles y militares. Emergen cada vez más empresas que se benefician de esta tecnología, lo que ha supuesto la progresiva popularización de sus aplicaciones comerciales.
Los UAVs tienen múltiples aplicaciones y posibilidades, tales como:
- Cobertura y protección de unidades terrestres en tiempo real.
- Recopilación de información en terrenos desconocidos.
- Agricultura de precisión.
- Servicios forestales.
Estas aplicaciones requieren de la interoperabilidad entre múltiples sistemas de navegación y comunicaciones, como por ejemplo los sistemas para la localización con GPS, sistemas para el control desde tierra o para la transmisión de telemetrías.
En este ámbito, CST Studio Suite es una herramienta clave en el proceso de diseño que permite simular el comportamiento de las antenas, tanto aisladamente como analizando su interoperabilidad, además de evaluar la compatibilidad electromagnética y potenciales interferencias a las que se pueden ver sometidos otros sistemas embarcados. Este software permite integrar en la misma simulación modelos de elementos de muy diverso tamaño empleando para cada elemento el mallado y el método numérico más adecuada para cada caso. De este modo se ayuda a reducir los tiempos de simulación, impactando directamente en los tiempos del desarrollo del producto.
Figura 1. Antena monopolo
Figura 2. Diagrama de directividad de la antena
El posicionamiento de las antenas es esencial para el funcionamiento de la aeronave. Mediante la herramienta de optimización que nos proporciona el programa se pueden definir metas para localizar la mejor posición donde nuestras antenas no sufran de EMI. Mediante el sistema SAM (System Assembly and Modeling) se pueden combinar de forma intuitiva todos los elementos en un modelo 3D que asegure la ausencia de problemas de interoperabilidad o prestaciones, evitando así el uso de múltiples softwares de simulación con la complejidad en el desarrollo e inversión que esto supone.
Se pueden recrear fácilmente situaciones donde pongamos a prueba el sistema de los UAVs. Se simula la aeronave junto con los elementos que se quieran estudiar, como puede ser una antena control desde tierra que se comunique con la aeronave enviando datos de control y otra antena encargada de la comunicación de la aeronave con tierra enviando diferentes valores de telemetría. Esta función es de gran utilidad para disminuir el número de prototipos necesarios, con su consecuente coste y tiempo asociado.
Figura 3. Farfield 3D
Figura 4. Farfield 2D
Además, esta herramienta permite simular antenas de forma aislada para a continuación integrarlas como fuentes en un modelo más grande como puede ser un UAV, ahorrando gran cantidad de tiempo en simulación. Los resultados se pueden observar posteriormente tanto de forma individual de cada uno de los elementos como en el conjunto grupal.
Por otro lado, el simulador crea automáticamente un mallado que puede ser hexaédrico, tetraédrico o de superficie según el modelo escogido. Este mallado por defecto se genera adecuándose a cada proyecto, siendo posible modificarlo y refinarlo. CST Studio Suite tiene un método propio para los mallados llamado PBA (Perfect Boundary Approximation) que incrementa la precisión en estructuras esféricas o tubulares, consiguiendo una simulación más precisa y eficiente.
Figura 5. Mallado de superficie
Asimismo, CST Studio Suite permite monitorizar los campos electromagnéticos de interés en cualquier posición del entorno y observar en este la potencia recibida de cada una de las antenas. Siendo esta característica de gran utilidad para el estudio de las interferencias causadas por el acoplamiento de ambas antenas o por los campos generados por la circuitería eléctrica.
Figura 6. Punto de estudio del modelo
Según lo expuesto a lo largo de la publicación, se puede concluir que con esta tecnología se asegura minimizar el efecto de EMIs en los sistemas de comunicación y navegación de los UAVs, haciéndose viable la inversión en este mercado reduciendo no solo los costes de prototipos sino también los tiempos de desarrollo del producto, con su consecuente ventaja competitiva.
Autores: Marta Rodriguez y Carlos Company, Electronics & Software Development & RF Engineers en The CT Engineering Group.
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