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
m = 33 cm
Chiều dài l = 15 cm ≈ λ/2
Tần số hoạt động f=0.9 GHz => λ=
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
| |
Xem hiệu xuất anten e ≈ 1
Ta có: G( ) ≈ ( ) => G=1.643
( )
√
Điện trở bức xạ:
| | (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
http://en.wikipedia.org/wiki/Dipole_antenna
