- Tính chất phân cực của anten thành phần:
3.3 Phần mềm mô phỏng Ansoft HFSS 1 Giới thiệu
3.3.1 Giới thiệu
Ansoft HFSS (Ansoft High Frequency Structure Simulator) là một phần mềm mô phỏng dùng để giải trường điện từ dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) tồn sóng cho cấu trúc ba chiều bất kỳ [8].
HFSS sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn tồn sóng ba chiều để tính tốn các đặc trưng điện học của các linh kiện tần số cao và tốc độ cao. Với HFSS, các kỹ sư có thể tách các tham số kí sinh (S, Y, Z), hình dung trường điện từ ba chiều (trường khu gần và trường khu xa), tạo ra các mẫu chương trình mơ phỏng chun dùng cho mạch
in (SPICE - Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis), và thực hiện thiết kế tối ưu.
HFSS mơ tả chính xác hoạt động điện của các linh kiện và đánh giả hiệu quả chất lượng tín hiệu, bao gồm tổn hao đường truyền, tổn hao phản xạ do khơng phối hợp trở kháng, đối ngẫu kí sinh, và phát xạ. HFSS có thể mơ phỏng các trường điện từ, dòng điện và phát xạ trong một cấu trúc ba chiều bất kỳ bao gồm kim loại, điện môi, vật liệu từ v.v… dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn ba chiều. HFSS được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp cho tần số vô tuyến RF, anten, và thiết kế mạch.
Theo www.ansoft.com, HFSS là phần mềm chuẩn công nghiệp cho việc tách tham số S và chương trình mơ phỏng chun dùng cho mạch in tồn sóng (full wave SPICE) và cho mô phỏng điện từ của các linh kiện tần số cao với tốc độ cao. HFSS được sử dụng rộng rãi cho việc thiết kế của các phần tử thụ động nhúng trên chip, các đầu nối mạch in, anten, các linh kiện RF/vi ba, và các gói IC tần số cao. HFSS phát triển các sản phẩm khoa học, giảm thời gian phát triển và khẳng định rõ hơn thành công của thiết kế. Phiên bản mới nhất của HFSS đưa ra những phát triển sản phẩm tới các kỹ sư RF/vi ba và mở rộng việc phối hợp thiết kế điện từ tới các nhánh khác của kỹ sư làm việc trong các khu vực thiết kế IC RF/analog và các thiết kế multi-gigabit cũng như EMI/EMC.
HFSS được dùng để mơ phỏng các đầu nối, các ống dẫn sóng, các linh kiện trên chip, các anten, v.v… và dùng cho việc khảo sát các tham số, tối ưu cấu trúc, v.v…
HFSS là một phần của họ sản phẩm của Ansoft:
Hình 3. 5 Họ sản phẩm của Ansoft
3.3.2 Mô phỏng
a. Phương pháp phần tử hữu hạn
HFSS được dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn ba chiều. Đó là một phương pháp miền tần số (các lời giải được tính cho từng tần số riêng biệt). Phương pháp phần tử hữu hạn chia cả không gian thành các phần tử hữu hạn (tam giác hoặc tứ diện) và mô tả trường trong mỗi miền con bằng một hàm cục bộ. Với thể tích tổng cộng của
miền con, trường tán xạ có thể được mở rộng thành một loạt các hàm cơ bản đã biết với các hệ số mở rộng chưa biết. Giá trị của số lượng trường véc-tơ ở các điểm trong mỗi tứ diện được nội suy số học từ các giá trị ở các đỉnh và trung điểm các cạnh. Bộ mô phỏng biến đổi các phương trình Maxwell thành các phương trình ma trận, có thể
được giải sử dụng các phương pháp số học. Thời gian mô phỏng tỉ lệ với (khi được
giải theo phương pháp lặp) hay (nếu ma trận hệ thống được đảo trực tiếp)
(a) (b)
Hình 3. 6 Cách chia phần tử hữu hạn trong HFSS: (a) thành các tam giác trên bề mặt, (b) thành các tứ diện trong khơng gian ba chiều
b. Tính tốn