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= cf= 3.108

0,9. 106 =0,33 m = 33 cm

Chiều dài l = 15 cm ≈ λ/2

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

¿>U max=η|I o|

2

8 π2

Ta có: Prad=∫0

2 π

∫0

π

U sinθdθ dφ=¿¿

= η|I o|

2

8 π2.435

Hệ số định hướng D:

D (θ , φ )=4 πU

Prad

=4πη|Io|

2

8 π2 sin3 θ

η|I o|

2

8π2.435

=1.643 sin3 θ

Độ định hướng tối đa đạt được khi θ = π/2 khi đó D0 = 1.643

Điện trở bức xạ:

Rrad=2 Prad

I o2 =2

η|I o|

2

8π2.435

I o2 =73Ω

Xem hiệu xuất anten e ≈ 1

Ta có: G(θ , φ ) ≈ D (θ , φ ) => G=1.643

Prad ≈ P A ≈1=¿ I 0=√2Prad

Rrad

=0.165( A)

Umax=η|I o|

2

8 π 2=0.13 (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