Tai lieu huong dan su dung hfss dai hoc vinh.pdf

1

HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM HFSS

I. GIỚI THIỆU CHUNG

HFSS (Hight Frequency Structure Simulator) 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 HFSS là có giao diện người dùng đồ họa, 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: hệ số tổn hao, tần số cộng

hưởng, giản đồ hướng tính, trở kháng vào, ... 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 giác và dễ dàng sử dụng để phát triển các mô hình thiết bị RF

thụ động.

II. HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM HFSS ĐỂ MÔ PHỎNG VÀ THIẾT KẾ

ANTEN VI DẢIKhởi động chương trình

Programs=>Ansoft=>HFSS11=>HFSS11

1. Mở một cửa sổ làm việc:

2. Thiết lập thông số:

2

Tool=>option=>HFSS option

Tại khung General tích chọn như sau:

3. Tool=>Options=>HFSS options=>Modeler options

Trong khung 3D modeler options mục Operation tích chọn Automatically Cover

Closed Polylines:

Trong Drawing tích chọn Edit propertic of new primitives:

3

4. Moderler=>units:

Khung Set Model Unit chọn đơn vị mm:

6. HFSS=>Solution Type:

4

7. Quá trình vẽ:

Vào Draw=> box: Vẽ mặt phẳng đất

Lựa chọn loại vật liệu và đặt tên:

5

Thiết lập các kích thước và tọa độ đặt mặt phẳng đất:

8. Thiết kế lớp điện môi:

Draw=>Box:

Chọn thông số cho lớp điện môi như sau:

Nhập tọa độ và kích thước của lớp điện môi:

6

10. Thiết kế mặt bức xạ Patch

Draw=>Box

Sau khi vẽ Box, thiết lập các thông số, tọa độ và kích thước cho mặt bức xạ:

Chọn mặt bức xạ cho mặt Patch:

7

- Edit=>selec=>face

- HFSS=>Boundaries=>Assign=>Perfect E:

Đặt như sau:

11. Thiết kế đường Feed Line

Draw => Box

Sau khi vẽ Box, thiết lập các thông số, tọa độ và kích thước cho feed line

12. Thiết lập mặt cấp nguồn cho đường truyền vi dải

8

Draw=>Rectangle

Đặt Lumper Port cho đường cấp nguồn:

Chọn mặt để cấp nguồn:

HFSS=>Excitations=Assign=>Lumped Port

-Khung Reference chọn Line=>add=>ok

Cuối cùng ta được:

9

13. Vẽ hộp tạo không gian để bức xạ

Draw => Box

Đặt thông số:

10

Tạo mặt bức xạ:

HFSS=>Boundaries=>Asign=>Radiation…

Kích chọn lần lượt 4 mặt bên và mặt trên chọn mặt bức xạ như sau:

11

14. Thiết lập hướng bức xạ

HFSS=>Radiation=>Insert Far Field Setup=>Infinte

Hiển thị khung hình với thông số như sau:

15. Thiết lập chọn tần số làm việc

HFSS => Analysis Setup => Add Solution Setup

Đặt tần số cộng hưởng như hình sau:

12

16. Thiết lập giới hạn tần số quét

HFSS => Analysis Setup => Add Frequency Sweep...

Thiết lập thông số:

17. Kiểm tra lỗi thiết kế

HFSS=>Validation Check

Nếu thiết kế không lỗi:

18. Phân tích thiết kế

Trước khi phân tích Save file

HFSS=>Analyze all

19. Kết quả mô phỏng

a. Tần số cộng hưởng

HFSS=>Result=>Create Terminal Solution Data Report=>Rectangular Plot

13

Chọn New report có kết quả:

b. Đồ thị smith để xác định trở kháng vào

HFSS=>Result=>Create Terminal Solution Data Report=>Smith Chart

c. Xem búp sóng bức xạ

HFSS=>Result=>Create Far fields Report=>3D Polar Plot

d. Độ lợi

Gain total: Chọn New report

14

e. Gain Total theo đơn vị dB

15

III. TÓM TẮT QUY TRÌNH MÔ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM HFSS

Để mô phỏng một anten bất kì,về cơ bản ta thực hiện các bước sau:

Chọn HFSS\Solution Type\Driven Terminal

Chọn đơn vị : 3D Modeler \ Units, chọn mm

Dựa vào các công cụ trên thanh công cụ vẽ cấu trúc của anten vào giao diện làm

việc

Tạo Port để cấp nguồn

Chọn mặt cấp nguồn,sau đó vào HFSS\Excitation\Assign

- Nếu cấp nguồn bằng probe thì chọn Wave Port

- Nếu cấp nguồn bằng đường vi dải thì chọn Lumped Port

Khai báo các mặt bức xạ(thường khai báo cho mặt phẳng đất): Chọn mặt bức

xạ,sau đó vào HFSS\Boundaries\Assign\Perfect E

Tạo không gian bức xạ cho anten

- Vẽ một Box bao trùm cả anten,thông thường khoảng cách từ rìa anten đến mặt

box khoảng ¼ bước sóng cộng hưởng cần thiết kế, sau đó vào:

HFSS\Boundaries\Assign\Radiation…

- Chọn các mặt của Box ở phía mà anten có bức xạ

- Chọn HFSS\Radiation\Insert Far Field Setup\Infinite Sphere…

- Màn hình hiện lên bảng phía Far Field Radiation Sphere Setup

- Nhập các thông số mình muốn và nhấn OK

Khai báo tần số cộng hưởng mong muốn,số bước lặp và sai số lớn nhất chấp nhận

được: HFSS\Analysis Setup\Add Solution Setup

- Solution Frequency: nhâp vào tần số cộng hưởng mong muốn

- Maximum Number of Passed: số bước lặp tối đa của mô phỏng

- Maximum Delta S Per Pass: sai số chấp nhận được, càng nhỏ càng chính xác

Chương trình mô phỏng sẽ chạy cho đến khi sai số tính toán nhỏ hơn hoặc bằng Delta

S.Khi đó xem như mô phỏng chính xác và có hội tụ (Converged). Nếu chạy hết tất cả các

bước lặp mà vẫn không có sai số nào nhỏ hơn Delta S, chương trình cũng sẽ tự động dừng

lại. Khi đó quá trình mô phỏng sẽ không hội tụ và cho kết quả không chính xác. Muốn

khắc phục ta phải tăng giá trị Detla S lên hoặc là tăng số bước lặp lên để nhận được kết

quả chính xác. Tuy nhiên, nếu sai số tính ra ngay những bước lặp đầu tiên đã nhỏ hơn

Delta S thì kết quả nhận được cũng không đáng tin. Để tránh hiện tượng này ta phải giảm

Delta S để tăng số bước lặp của chương trình.

16

Thông thường nếu chương trình chạy nhiều hơn 5 bước lặp và có hội tụ thì ta sẽ nhận

được kết quả chính xác.

Khai báo vùng tần số khảo sát (xung quanh tần số trung tâm)

Vào HFSS\Analysis Setup\Add Sweep

Sau khi thực hiện tất cả công đoạn trên,ta vào HFSS\Validation Check để kiểm tra

lỗi của thiết kế. Nếu không có lỗi, vào HFSS\Analyze và bắt đầu chạy mô phỏng.

- Hiển thị kết quả mô phỏng: vào HFSS\Results\...