Tutorial Antena Patch HFSS Simulação Traduzido, Notas de estudo de Eletrônica

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Tutorial

Antena de Plaqueta

(Probe Feed Patch Antenna)

Janeiro de 2016

Antenas de microfita são também chamadas de antenas de plaqueta. O termo em inglês é patch , e é comum também o termo antenas patch de microfita.

As orientações a seguir mostrarão como construir uma antena patch de microfita usando o HFSS.

Com o programa HFSS aberto, clique em Project → Insert HFSS Design na barra de ferramentas, da mesma forma que foi feito anteriormente para a antena dipolo. Para definir as opções de ferramenta, vá até Tools → Options → HFSS Options, e na aba “General” marque o seguinte ícone: “Duplicate boundaries/ mesh operations with geometry”. Clique ok.

Vá em Tools → Options → Modeler Options, que irá abrir a aba “Operations”. Se o ícone “Automatically cover closed polyline” estiver marcado, vá para a outra aba denominada “Drawing”. Marque a opção “Edit Property of new primitives”. Isso faz com que a janela “Properties” abra automaticamente para novas primitivas. Depois clique ok.

O tipo de solução para este exemplo, assim como para o anterior (antena dipolo), será o “Driven Modal”. Como esta opção já vem marcada por default , não é necessário defini-la. Para definir a unidade de medida, vá até Modeler → Units e altere para cm.

O resultado deve ser semelhante ao mostrado abaixo.

Para definir o nome: vá em “Box” na janela de comandos, clique com o lado direito em Properties, e na aba Attribute mude o nome para “Sub1” (abreviação de substrato).

Ajustando a visualização: View → Fit All → Active View, ou pressione apenas Ctrl + D.

Vamos criar um plano de terra infinito (infinite ground). Será criado da mesma forma que criamos o substrato anterior, com a única diferença que, agora, terá os seguintes valores, mostrados a seguir.

O resultado é semelhante ao mostrado abaixo.

O plano de terra fica imediatamente abaixo do substrato.

Vamos definir o nome, da mesma forma que antes. Nomeie o terra infinito de Inf_GND.

Atribuindo um limite perfeito E ao terra infinito: Edit → Select → By Name. O objeto “Inf_GND” estará selecionado na caixa de diálogo “Select Object”. Clique em OK.

Vá em HFSS → Boundaries → Assign → Perfect E.

Completando o Terra Infinito: Edit → Select → By Name. Na caixa de diálogo “Select Object” selecione “Cut_Out” e “Inf_GND”. OK.

Modeler → Boolean → Subtract. Faça as seguintes atribuições:

Blank Parts: Inf_GND Tool Parts: Cut_Out

Utilize as setas para a direita e para a esquerda para alterar. Deixe a ferramenta “Clone tool objects before operation” desmarcada.

Criando a antena Patch : Draw → Rectangle.

Primeiro canto diagonal: X: -2.0, Y: -1.5, Z: 0 Segundo canto diagonal: dX: 4.0, dY: 3.0, dZ: 0.

Mude o nome para “Patch”. Faça as seguintes alterações:

O resultado deve ser semelhante à imagem mostrada abaixo.

Atribuindo um limite perfeito E: Edit → Select → By Name. Na caixa de diálogo “Select Object”, selecione o objeto “Patch”. Depois OK.

HFSS → Boundaries → Assign → Perfect E. Na caixa de diálogo “Perfect E Boundary”, coloque o nome “PerfE1_Patch”. Clique OK.

Para conferir (ou analisar), vá em “Project Manager”, procure pelo ícone “Boundaries”. Clique em cada um dos itens “PerfE1_Inf_GND” e “PerfE1_Patch”.

Em “Port Name” coloque o nome “p1”.

Selecione “Use port object name” na caixa de diálogo “Reference Conductors for Terminals”.

Verifique se a opção “Highlight” está marcada.

O terminal é criado abaixo de “Excitations” na porta p1, na árvore de projeto.

Criando a “Probe”: Draw → Cylinder. Usando as coordenadas de campos de entrada, entre com a posição do cilindro: X: -0.5, Y: 0.0, Z: 0. Raio: dX: 0.07, dY: 0.0, dZ: 0. Altura: dX: 0.0, dY: 0.0, dZ: 0. Coloque o nome de “Probe”. Deixe as seguintes coordenadas.

O resultado deve ser semelhante ao mostrado abaixo.

Vá na barra de ferramentas 3D Modeler e escolha “vacuum”.

Criando uma caixa de Ar..

Draw → Box. Para o primeiro canto diagonal, escolha os pontos de referência: X: -5.0, Y: -4.5, Z: 0. Para o segundo canto diagonal, escolha os pontos de referência: dX: 10.0, dY: 9.0, dZ: 0 Para o terceiro ponto, clique em qualquer lugar acima do substrato. Coloque o nome “Air”. Modifique as coordenadas conforme abaixo.

Criando uma configuração de análise: Clique HFSS → Analysis Setup → Add Solution Setup. A caixa de diálogo “Solution Setup” abre.

Solution Frequency: 2.25 GHz Maximum Number of Passes: 20 Maximum Delta S per Pass: 0. Clique OK.

Adicionando uma frequência de varredura: a partir do “Project Manager”, clique Setup1 → Add Frequency Sweep.

Modifique os valores conforme mostrado abaixo.

Para visualizar a convergência: clique em “Convergence”.

Para visualizar “Matrix Data”:

Para visualizar “Mesh Statistics”:

Criando Relatórios: Clique HFSS → Results → Create Terminal Solution Data Report → Rectangular Plot.

A janela “Report” abre.

Selecione as seguintes opções.

Clique no botão “New Report”.

Selecione o traço no gráfico clicando sobre ele. Ao invés de verde, ele ficará vermelho. Clique com o botão direito do mouse em alguma parte branca do gráfico (como mostrado abaixo) para mostrar o menu. Escolha Marker → Add Minimum.

Uma marca de mínimo aparece no gráfico, e tabelas com marcas listam os valores das coordenadas x e y.