Đề tài Mô phỏng anten dipole bằng phần mềm HFSS (Wire Dipole)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN TỬ    ĐỀ TÀI: MÔ PHỎNG ANTEN DIPOLE BẰNG PHẦN MỀM HFSS (WIRE DIPOLE) GVHD: ThS. Phạm Minh Nam SVTH: Lê Hồng Khanh 09086991 Phạm Thế Linh 09193371 Bùi Tấn Vang 09083181 Nguyễn Vũ Châu 09090541 Dương Danh Phú 09220901 Tp. HCM, tháng 10 năm 2012 Nội dung đề tài Phần I: Tìm hiểu phần mềm HFSS Phần II: Khảo sát các đặc tính của anten Wire dipole bằng phần mềm HFSS gồm: o Cường độ bức xạ o Công suất bức xạ o Điện trở bức xạ o Đồ thị bức xạ o Hướng tính và độ lợi anten Phần I TÌM HIỂU PHẦN MỀM HFSS 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.. Hình 1. Giao diện thiết kế phần mềm HFSS Để thuận tiện cho việc thiết kế và tính toán hãng phần mềm Ansoft cũng đã cung cấp một công cụ tự tao project cho một số loại anten thông dụng vói các thông số được thiết lập trước. phần mềm này có tên là : HFSS_ADK (HFSS- Antenna Design Kit) Hình 2. Giao diện phần mềm Ansoft HFSS Antenna Design Kit HFSS_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_ADK B2. Chọn loại anten cần tạo B3. Chọn các thông số vật lý cho anten như hình sau và chọn “Create Model” Hình 3. Nhập thông số và tạo project cho anten Phần II KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH CỦA ANTEN WIRE DIPOLE Các thông số của anten khảo sát: o Độ dài l = 15 cm o Bán kính: 0.25 cm o Khoảng cách hai nhánh Feed Gap =0.25 cm o Tần số hoạt động: 0.9 GHz o Hướng anten theo trục oz o Công suất vào 1W Hình 5. Các thông số của anten đang khảo sát Hình 6. ảnh 3D của anten Wire dipole Tính toán lý thuyết cho anten Tần số hoạt động f=0.9 GHz => λ= m = 33 cm Chiều dài l = 15 cm ≈ λ/2 Khi l = λ/2 thay vào công thức trên ta được: | | Ta có: ∫ ∫ = | | Hệ số định hướng D: ( ) | | | | Độ định hướng tối đa đạt được khi θ = π/2 khi đó = 1.643 Điện trở bức xạ: | | Xem hiệu xuất anten e ≈ 1 Ta có: G( ) ≈ ( ) => G=1.643 √ ( ) | | (W/SteRadian) Đồ thị bức xạ: Hình 7. Đồ thị bức xạ anten wire dipole Kết quả mô phỏng bằng phần mềm HFSS: 1/ đồ thị bức xạ: Hình 8. Bức xạ của anten dạng 3D Hình 9. Đồ thị bức xạ của anten dạng 2D Hình 10. Cường độ bức xạ cực đại Nhận xét: hướng bức xạ cực đại tại góc θ =π/2 Khi đó Umax = 0.133565 ( so với lý thuyết Umax= 0.13)  Kết quả mô phỏng gần giống tính toán 2/ Hướng tính: Hình 11. Đồ thị hướng tính của anten Nhận xét: Độ định hướng thay đổi theo hàm sin và đạt giá trị lớn nhất tại θ =π/2 Khi đó D=1.72 ( tại m1 trên đồ thị) 3/ công suất bức xạ của anten Hình 12 công suất bức xạ của anten (RadiatedPower) 4/ công suất đầu vào của anten Hình 13. Công suất vào của anten (Accepted Power) 5/ hiệu suất anten Hình 14. Hiệu suất anten (Radiation Efficiency) Kết luận Căn cứ vào kết quả tính toán và kết quả mô phỏng ta thấy giống nhau chứng tỏ các kiến thức đã học đúng với thực tế. Tài liệu tham khảo 1. Constantine A.Balanis, Antenna theory analysis and design, John Wiley & Son.Inc.,1997. 2. Wikipedia – Dipole Antenna, Accessed 2008-05-07