Multimedija i inženjerstvo

Tekst pripremio Nikola Stojanović

Multimediju po pravilu povezujemo sa raznim vrstama zabave: fotografija, video, audio, igre,… To jeste tačno ali ne u potpunosti. Multimedijalne tehnologije su sada već obavezan sastavni deo inženjerskih, naučnih projekata i veoma su važan deo modernog obrazovanja.

Sigurno ste mnogo puta videli video klipove sa tro-dimenzionim crtežima motora, virtuelno kretanje kroz još neizgrađenu zgradu, vizualizaciju unutrašnjosti ljudskog tela,… Ima još veoma mnogo drugih primera.

Za ilustraciju inženjerske primene multimedijalnih tehnologija držaćemo se naše struke - Elektronike. Najsloženiji projekti traže da se u projektu kompletno odredi električno i magnetno polje, naponi, gustine struja, količine naelektrisanja,… Sve ovo u 3D prostoru, u funkciji vremena, frekvencije, faze, modulacionog signala,… Svaka od velikog broja tačaka koje čine 3D prostor ima svoje rešenje za sve nabrojane električne veličine koje je dato u obliku kompleksnih vektora. U pitanju je veoma kompleksan posao.

Uzećemo primer projektovanja antene. U principu svako parče provodnika je „pomalo“ antena, ali projektovanje optimalne antene je složeno. Obično se ne možemo osloniti na rezultate merenje jer oprema koja je za to potrebna izuzetno skupa.

Proces projektovanja počinje u multimedijalnom stilu, tako što se precizno u fizičkim dimenzijama nacrta 3D model antene sa opisom upotrebljenih materijala. Definiše se tačka preko koje se napaja antena, i ako je potrebno definišu početna stanja.

Matematički, rešenje se dobija uz primenu „strašnih“ Maksvelovih jednačina. Nije ni računaru lako da se izbori sa njima. Koriste se razne tehnike numeričke elektromagnetike, obično metod konačnih elemenata (Finite Element Method - FEM). 3D prostor antene se pretvori u diskretni skup tačaka, pa se onda rešavaju: polja, struje, impedanse… u svakom od velikog broja čvorova mreže.

Kao što je fizički opis antene nezamisliv bez crtanja odgovarajućeg 3D modela, tako je i vizualizacija neophodna za razumevanje izračunatih parametara antene. Kako bi inače mogli da shvatimo na hiljade (pa možda i milione) brojeva koje su dobijeni u procesu rešavanja. Vizualizacija rešenja se realizuje tako što se već nacrtani 3D model antene boji u bojama koje simbolizuju jače (crveno) ili slabije (plavo) elektromagnetno polje. Preko obojenih delova antene mogu da se nacrtaju strelice koje simbolizuju kompleksne vektore pomoću kojih možemo da „pročitamo“ pravac i smer polja ili struja.

Ovo je primer mikrotalasne eliptične horn antene, za 5.8 GHz. Maksimalno pojačanje antene je 16.89 dB.

Da bi prikazali kako se menja polje i kreću struje po anteni, radi se animacije koja se prezentuju u obliku kratkog filma.