NG DẪN SỬ D DỤNG PHẦN MỀM HFSS HƯỚ NG I. GIỚ I THIỆU CHUNG HFSS (Hight Frequency Structure Simulator) là ph ần mềm mô phỏng
trường điệ n từ theo phương pháp toàn sóng (full wave) để mô hình hóa b ất k ỳ thi ết b ị th ụ động 3D nào. Ưu điểm nổi bật của HFSS là có giao di ện người dùng đồ họa, tích hợ p mô phỏng, ảo hóa, mô hình hóa 3D và t ự động hóa (t ự động tìm l ờ i giải) trong một môi trườ ng ng d ễ dàng để học, trong đó lờ i giải cho các bài toán điệ n từ 3D thu đượ c một cách nhanh chóng và chính xác. Ansoft HFSS s ử d ụng ụng phương ph áp phần t ử h ữu h ạn (Finite Element Method, FEM), k ỹ thu ật chia lướ i thích nghi (adaptive meshing) và k ỹ thu ật đồ h ọa. Ansoft HFSS ụng để tính toán các tham s ố ch ẳng h ạn như: hệ s ố t ổn hao, tần s ố c ộng có thể đượ c sử d ụng hưở ng, ở kháng ng, giản đồ hướ ng ng tính, tr ở kháng vào, ... HFSS là m ột h ệ th ống mô phỏng tương tác, trong đó phầ n tử mắt lưới cơ bả n là một tứ diện. Điều này cho phép b ạn có thể tìm lờ i giải cho bất k ỳ vật th ể 3D nào. Đặc bi ệt là đối v ớ i các cấu trúc có d ạng cong ph ức tạ p. Ansoft ụng phương pháp phầ n tử hữu hạn (FEM) để mô phỏng trườ ng là công ty tiên phong s ử d ụng ng điện từ bằng các k ỹ thuật như: phần tử hữu hạn, chia lưới thích nghi, … Ansoft HFSS ụng để phát triển các mô hình thi ết bị RF cung cấ p một giao di ện tr ực giác và d ễ dàng s ử d ụng thụ động. II. HƯỚ NG NG DẪN S Ử DỤNG PHẦN MỀM HFSS ĐỂ MÔ PHỎNG VÀ THIẾT KẾ ANTEN VI DẢIKhởi động chương trình Programs=>Ansoft=>HFSS11=>HFSS11
ở m một cử a sổ làm 1. M ở làm việc:
2. Thiế t lậ p thông số : 1
Tool=>option=>HFSS option Tại khung General tích ch ọn như sau:
3. Tool=>Options=>HFSS options=>Modeler options
Trong khung 3D modeler options m ục Operation tích chọn Automatically Cover Closed Polylines:
Trong Drawing tích ch ọn Edit propertic of new primitives: 2
4. Moderler=>units: Khung Set Model Unit ch ọn đơn vị mm:
6. HFSS=>Solution Type: 3
7. Quá trình vẽ :
Vào Draw=> box: V ẽ mặt phẳng đất
Lựa chọn loại vật liệu và đặt tên: 4
Thiết lập các kích thướ c và tọa độ đặt mặt phẳng đất:
8. Thiế t k ế lớp điện môi:
Draw=>Box: Chọn thông s ố cho lớp điện môi như sau:
Nhậ p tọa độ và kích thướ c của lớp điện môi: 5
10. Thiế t k ế mặt bứ c xạ Patch
Draw=>Box Sau khi v ẽ Box, thi ết lậ p các thông số, tọa độ và kích thướ c cho mặt bức xạ:
Chọ n mặ t bứ c xạ cho mặ t Patch:
6
- Edit=>selec=>face - HFSS=>Boundaries=>Assign=>Perfect E:
Đặt như sau:
11. Thiế t k ế đườ ng Feed Line
Draw => Box Sau khi v ẽ Box, thi ết lậ p các thông số, tọa độ và kích thướ c cho feed line
12. Thiế t lậ p mặt cấ p nguồn cho đườ ng truyề n vi d ải 7
Draw=>Rectangle
Đặt Lumper Port cho đườ ng cấ p nguồn:
Chọn mặt để cấ p nguồn: HFSS=>Excitations=Assign=>Lumped Port -Khung Reference ch ọn Line=>add=>ok
Cuối cùng ta đượ c: 8
13. V ẽ hộ p t ạo không gian để bứ c xạ
Draw => Box
Đặt thông s ố:
9
Tạo mặt bức xạ: HFSS=>Boundaries =>Asign=>Radiation… Kích chọn lần lượ t 4 mặt bên và mặt trên ch ọn mặt bức xạ như sau:
10
14. Thiế t lập hướ ng bứ c xạ
HFSS=>Radiation=>Insert Far Field Setup=>Infinte Hiển thị khung hình v ớ i thông s ố như sau:
15. Thiế t lậ p chọn t ần số làm việc
HFSS => Analysis Setup => Add Solution Setup
Đặt tần số cộng hưởng như hình sau:
11
16. Thiế t lậ p giớ i hạn t ần số quét
HFSS => Analysis Setup => Add Frequency Sweep... Thiết lậ p thông số:
17. Kiể m tra lỗ i thiế t k ế
HFSS=>Validation Check Nếu thiết k ế không lỗi:
18. Phân tích thi ế t k ế
Trướ c khi phân tích Save file HFSS=>Analyze all 19. K ế t quả mô phỏng
a. Tần số cộng hưở ng HFSS=>Result=>Create Terminal Solution Data Report=>Rectangular Plot
12
Chọn New report có k ết quả:
b. Đồ thị smith để xác định trở kháng vào HFSS=>Result=>Create Terminal Solution Data Report=>Smith Chart
c. Xem búp sóng bứ c xạ HFSS=>Result=>Create Far fields Report=>3D Polar Plot
d. Độ lợ i Gain total: Ch ọn New report
13
e. Gain Total theo đơn vị dB
14
III. TÓM TẮT QUY TRÌNH MÔ PH ỎNG BẰNG PHẦN MỀM HFSS Để mô phỏng một anten bất kì,về cơ bản ta th ực hiện các bướ c sau: Chọn HFSS\Solution Type\Driven Terminal Chọn đơn vị : 3D Modeler \ Units, ch ọn mm Dựa vào các công c ụ trên thanh công c ụ vẽ cấu trúc c ủa anten vào giao di ện làm việc
Tạo
Port để cấ p nguồn Chọn mặt cấ p nguồn,sau đó vào HFSS\Excitation\Assign - Nếu cấ p nguồn bằng probe thì ch ọn Wave Port - Nếu cấ p nguồn bằng đườ ng vi d ải thì chọn Lumped Port
Khai báo các mặt bức xạ(thườ ng khai báo cho m ặt phẳng
đất): Chọn mặt bức
xạ,sau đó vào HFSS\Boundaries\Assign\Perfect E
Tạo không gian b ức xạ cho anten - Vẽ một Box bao trùm c ả
anten,thông thườ ng khoảng cách từ rìa anten đến mặt box khoảng ¼ bướ c sóng cộng hưở ng cần thiết k ế, sau đó vào: HFSS\Boundaries\Assign\ Radiation… - Chọn các mặt của Box ở phía mà anten có b ức xạ - Chọn HFSS\Radiation\Insert Far Field Setup\In finite Sphere… - Màn hình hi ện lên bảng phía Far Field Radiation Sphere Setup - Nhậ p các thông số mình muốn và nhấn OK
Khai báo tần số cộng
hưở ng mong muốn,số bướ c lặ p và sai số lớ n nhất chấ p nhận
đượ c: HFSS\Analysis Setup\Add Solution Setup - Solution Frequency: nhâp vào t ần số cộng hưở ng mong muốn - Maximum Number of Passed: s ố bướ c lặ p tối đa của mô phỏng - Maximum Delta S Per Pass: sai số chấ p nhận đượ c, càng nhỏ càng chính xác Chương trình mô phỏ ng s ẽ ch ạy cho đến khi sai số tính toán nh ỏ hơn hoặc b ằng Delta S.Khi đó xem như mô phỏ ng chính xác và có h ội t ụ (Converged). N ếu chạy hết t ất c ả các bướ c lặ p mà vẫn không có sai s ố nào nhỏ hơn Delta S, chương trình cũng sẽ tự động d ừng lại. Khi đó quá trình mô phỏ ng sẽ không h ội tụ và cho k ết quả không chính xác. Mu ốn khắc phục ta phải tăng giá trị Detla S lên ho ặc là tăng số bướ c lặp lên để nhận đượ c k ết quả chính xác. Tuy nhiên, n ếu sai số tính ra ngay nh ững bướ c lặp đầu tiên đã nhỏ hơn Delta S thì k ết qu ả nh ận được cũng không đáng tin. Để tránh hi ện tượ ng này ta ph ải giảm Delta S để tăng số bướ c lặ p của chương trình. 15
Thông thườ ng n ếu chương trình chạ y nhiều hơn 5 bướ c lặ p và có h ội t ụ thì ta sẽ nh ận đượ c k ết quả chính xác.
Khai báo vùng tần số khảo sát (xung quanh t ần số trung tâm)
Vào HFSS\Analysis Setup\Add Sweep
công đoạn trên,ta vào HFSS\ Validation Check để kiểm tra lỗi của thiết k ế. Nếu không có l ỗi, vào HFSS\Analyze và b ắt đầu chạy mô phỏng. - Hiển thị k ết quả mô phỏng: vào HFSS\Results\...
Sau khi thực hi ện t ất c ả
16
