BÁO CÁO MÔ PHỎNG ANTEN DIPOLE BẰNG PHẦN MỀM HFSS 13.0

Nội dung:

1. Giới thiệu phần mềm HFSS 13.02. Giới thiệu lý thuyết anten3. So sánh kết quả mô phỏng và nhận xét

Phần 1GIỚI THIỆU PHẦN MỀM HFSS 13.0

1. Giới thiệu phần mềm HFSS 13.0

HFSS là viết tắt của Hight Frequency Structure Simulator. HFSS là phần mềm mô phỏng trường điện từ theo phương pháp toàn sóng (full wave) để mô hình hóa bất kỳ thiết bị thụ động 3D nào. Ưu điểm nổi bật của nó là có giao diện người dùng đồ họa. Nó tích hợp mô phỏng, ảo hóa, mô hình hóa 3D và tự động hóa (tự động tìm lời giải) trong một môi trường dễ dàng để học, trong đó lời giải cho các bài toán điện từ 3D thu được một cách nhanh chóng và chính xác. Ansoft HFSS sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method, FEM), kỹ thuật chia lưới thích nghi (adaptive meshing) và kỹ thuật đồ họa. Ansoft HFSS có thể được sử dụng để tính toán các tham số chẳng hạn như: tham số S, tần số cộng hưởng, giản đồ trường, tham số γ…

HFSS là một hệ thống mô phỏng tương tác, trong đó phần tử mắt lưới cơ bản là một tứ diện. Điều này cho phép bạn có thể tìm lời giải cho bất kỳ vật thể 3D nào. Đặc biệt là đối với các cấu trúc có dạng cong phức tạp. Ansoft là công ty tiên phong sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) để mô phỏng trường điện từ bằng các kỹ thuật như: phần tử hữu hạn, chia lưới thích nghi, …Ansoft HFSS cung cấp một giao diện trực quan và dễ dàng sử dụng để phát triển các mô hình thiết bị RF thụ động.

Chu trình thiết kế bao gồm các bước sau:1. Vẽ mô hình với các tham số cho trước: vẽ mô hình thiết bị, các điều kiện biên và nguồn kích thích.

2. Thiết đặt các thông số để phân tích: thực hiện thiết đặt các thông số để tìm lời giải.3. Chạy mô phỏng: quá trình này hoàn toàn tự động.4. Hiển thị kết quả: đưa ra các báo cáo và đồ thị trường 2D.

Trong quá trình thực hiện phân tích, HFSS sẽ chia toàn bộ cấu trúc thành các tứ diện nhỏ (gọi là mắt lưới). Hệ thống mắt lưới sẽ lấp kín toàn bộ cấu trúc. Kỹ thuật mô phỏng được sử dụng trong HFSS để tính toán trường điện từ 3D bên trong một cấu trúc dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method, FEM). Một cách tổng quát, phương pháp FEM chia toàn bộ không gian của bài toán thành hàng ngàn vùng con nhỏ hơn (gọi là phần tử mắt lưới) và biểu diễn trường trong mỗi phần tử mắt lưới theo một hàm cơ sở riêng cho phần tử đó. Còn trong HFSS, toàn bộ cấu trúc được chia tự động thành một số lượng lớn các khối tứ diện. Tập hợp toàn bộ các khối tứ diện này gọi là hệ thống mắt lưới phần tử hữu hạn. Ta phải chọn lựa giữa kích thước mắt lưới, độ chính xác mong muốn và tài nguyên (bộ nhớ) mà máy vi tính sẵn có. Bạn luôn mong muốn đạt được độ chính xác tối đa, điều đó có nghĩa là mắt lưới cực nhỏ. Nhưng rất có thể tràn bộ nhớ và vượt quá khả năng xử lí của máy vi tính.

Để tạo ra hệ thống mắt lưới tối ưu, HFSS sử dụng quy trình lặp, gọi là phân tích thích nghi (adaptive analysis), trong đó mắt lưới được tự động “cải tiến” trong các vùng con quan trọng. Trước tiên, nó đưa ra một lời giải dựa trên một hệ thống mắt lưới được khởi tạo “thô”. Sau đó, nó “cải tiến” mắt lưới trong các vùng có tỷ trọng lỗi cao và tạo ra lời giải mới. Khi các tham số đã chọn hội tụ trong một giới hạn mong muốn, HFSS sẽ thoát khỏi quy trình lặp.

2. HFSS Antenna Design Kit

Để thuận tiện cho việc thiết kế và tính toán hãng phần mềm Ansoft cũng đãcung cấp một công cụ tự tao project cho một số loại anten thông dụng vói cácthông số được thiết lập trước. phần mềm này có tên là : HFSS_ADK (HFSSAntenna Design Kit)

Giao diện phần mềm Ansoft HFSS Antenna Design KitHFSS_ADK hỗ trợ rất nhiều loại anten như: Monopole, dipole, patch,horm….

Để tạo một project từ HFSS_ADK ta thực hiện các bước sau:B1. Khởi động phần mềm HFSS_ADKB2. Chọn loại anten cần tạoB3. Chọn các thông số vật lý cho anten như hình sau và chọn “Create Model”

Phần 2KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH CỦA ANTEN WIRE DIPOLE

Các thông số của anten khảo sát:o Độ dài l = 50 cmo Bán kính: 0.1 cmo Khoảng cách hai nhánh Feed Gap =0.4 cmo Tần số hoạt động: 0.3 GHzo Hướng anten theo trục oz

Tính toán lý thuyết cho anten

Tần số hoạt động f=0.3 GHz => λ= cf= 3×108

0.3×106 =1m

=> chiều dài anten l = 50cm ≈ /2

Khi l = λ/2 thay vào công thức trên ta được:

Đồ thị bức xạ anten wire dipole:

Kết quả mô phỏng bằng phần mềm HFSS:

Đồ thị bức xạ 2D

Bức xạ của anten dạng 3D

Cường độ bức xạ cực đại

Hệ số định hướng

Nhận xét:

Độ định hướng thay đổi theo hàm sin và đạt giá trị lớn nhất tại

Khi đó D=1.7563 (tại m1,m2 như đồ thị)

- Công suất bức xạ của anten

- Công suất đầu vào của anten

- Hiệu suất của anten