Comparaison des simulations HFSS et CST de l'antenne patch

Date de sortie：2021-12-28Source de l'auteur：KinghelmVues ： 7645

Apprenez antenne est une cargaison sèche antenne chronique technologique axée sur antenne simulation et débogage, complétés par des principes théoriques, y compris une introduction à antenne, introduction de principe de divers antennes, modélisation de logiciels de simulation, conception, processus de débogage et idées. Si vous souhaitez voir le contenu ou les problèmes techniques, vous pouvez écrire un message à la fin du texte.

01、Brève introduction

À l'heure actuelle, les algorithmes de solution intégrés dans HFSS comprennent : l'algorithme d'éléments finis (FEM), l'algorithme d'équation intégrale (c'est-à-dire), l'algorithme haute fréquence (SBR + Solver), l'algorithme hybride (febi, c'est-à-dire région), l'algorithme de décomposition de domaine (DDM). , fa-ddm), algorithme du domaine temporel (transitoire), algorithme de mode propre (CMA), solveur de mode propre, etc.

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En fait, la plupart des gens simulent des choses simples. antennes et filtres. En utilisant l'algorithme d'éléments finis de HFSS et la technologie de génération de maillage adaptatif et de cryptage du logiciel lui-même, la définition du delta S Max MAG convergent (par défaut 0.02) est suffisante pour répondre à leurs exigences de simulation.

L'utilisation de logiciels et le paramétrage d'autres solveurs d'algorithmes ne seront pas décrits ici.

Lorsque la plupart des ingénieurs utilisent le logiciel HFSS, ils constateront qu'il présente des exigences élevées en matière de configuration informatique, notamment en matière de mémoire. De plus, il est difficile de répondre à la puissance de calcul des exigences de simulation électrique de grande taille et UWB.

CST compense simplement la carte courte de la simulation HFSS UWB, mais sa précision de simulation dans les structures de petite taille, circulaires et autres n'est pas élevée. Comme le montre la figure ci-dessous, la génération de maillage triangulaire de HFSS est particulièrement délicate au niveau des bords, notamment les accessoires de structure circulaire, tandis que la génération de maillage hexaédrique de CST est trop régulière.

Bien que le maillage local de CST puisse être utilisé pour chiffrer le maillage local à proximité de structures telles que des espaces et des cercles, les débutants peuvent toujours se tromper en subdivision adaptative de HFSS, qui est plus humanisée.

Le logiciel CST utilise l'algorithme de simulation du domaine temporel pleine onde du champ électromagnétique - méthode intégrale finie (FIT) pour discrétiser et résoudre de manière itérative l'équation intégrale de Maxwell. En raison de l’ajustement de l’algorithme dans le domaine temporel, il suffit de le résoudre étape par étape sans inversion matricielle. Cette caractéristique inhérente détermine que sa structure de simulation appropriée couvre les petites, moyennes et grandes et peut atteindre de bonnes performances. La quantité de calcul de la méthode du moment volumique, de la méthode des éléments finis et de la méthode d'intégration finie (reflétée dans le temps CPU et la mémoire requise) est respectivement proportionnelle à la 3ème, 2ème et 1.1 ~ 1.2ème puissance du nombre de grilles n. On peut voir que les exigences de force de calcul de la méthode d’intégration finie sont inférieures à celles de la méthode des éléments finis HFSS.

Pour le logiciel CST, le solveur de domaine temporel est également couramment utilisé. En outre, il dispose également d'un solveur de domaine fréquentiel, d'un solveur de modes propres, d'une méthode d'équation intégrale, d'un calcul asymptotique et d'un algorithme de milieu multicouche.

Dans la section suivante, nous comparerons la précision de la simulation des deux logiciels, en nous concentrant principalement sur la simulation de chiffrement par génération automatique de maillage FEM + de HFSS et sur le solveur de domaine temporel et le solveur de domaine fréquentiel de CST.

0 2Construction du script du patch back-feed antenne

Les méthodes d'alimentation courantes des parcelles rectangulaires antenne Inclut l'alimentation latérale et l'alimentation arrière. Ce tweet utilise l'alimentation arrière pour l'analyse de simulation.

Tout d'abord, le Rogers 4350b avec une épaisseur de substrat de 0.762 mm est sélectionné et la fréquence de résonance est de 5.8 GHz. (faites glisser vers la gauche et la droite pour voir la formule complète)

Selon la formule ci-dessus, la largeur et la longueur du patch antenne sont respectivement de 16.9 mm et 13.3 mm.

Après les deux derniers tweets, le premier point de l'introduction de hfss-api : dessiner une boîte et le deuxième point de l'introduction de hfss-api : forme et fonctionnement de base, vous pouvez maintenant déployer directement le script HFSS vbs d'un patch back-feed antenne (voir la fin du texte pour le lien de téléchargement, dans le dossier des exemples) :

clear;clc;path = mfilename('fullpath');i=strfind(path,'');path=path(1:i(end));cd(path);addpath(genpath(strcat(path,'hfssapi -by-Jianhui Huang'))) ScriptFile : tmpPrjFile = 'F:vbsScriptPatch_Probe_Feed.aedt'; tmpScriptFile = 'F:vbsScriptauto_code.vbs'; % hfssExePath：HFSS软件的路径 hfssExePath = 'D:softwareHFSS15AnsysEM15Win18.2ansysedt.exe'; % 创建一个可读写vbs脚本文件.  fid = fopen(tmpScriptFile, 'wt'); %创建一个新的HFSS项目并[敏感词]一个新的设计文件.  hfssNouveauProjet(fid); Design_name='élément'; hfssInsertDesign(fid, Design_name); Patch_W=16.9 ; Patch_L=13.3 ; Sub_W=35;Sub_L=30;Sub_H=0.762;cuivre_H=0.035; Probe_dy=-4;Probe_dx=0; Inner_R=0.5;Diel_R=exp(50/60*sqrt(1))*Inner_R;Outer_R=1.5;L0=2; % hfssVariableInsert(fid,DesignName,variableName, valeur, unités,drapeau) hfssVariableInsert(fid,Design_name,'Patch_W', Patch_W, 'mm',1); hfssVariableInsert(fid,Design_name,'Patch_L', Patch_L, 'mm',1); hfssVariableInsert(fid,Design_name,'Sub_W', Sub_W, 'mm',1); hfssVariableInsert(fid,Design_name,'Sub_L', Sub_L, 'mm',1); hfssVariableInsert(fid,Design_name,'Sub_H', Sub_H, 'mm',1); hfssVariableInsert(fid,Design_name,'copper_H', copper_H, 'mm',1); hfssVariableInsert(fid,Design_name,'Probe_dx', Probe_dx, 'mm',1); hfssVariableInsert(fid,Design_name,'Probe_dy', Probe_dy, 'mm',1); hfssVariableInsert(fid,Design_name,'L0', L0, 'mm',1); hfssVariableInsert(fid,Design_name,'Inner_R', Inner_R, 'mm',1); hfssVariableInsert(fid,Design_name,'Diel_R', 'exp(50/60*sqrt(1))*Inner_R', 'mm',2); hfssVariableInsert(fid,Design_name,'Outer_R', Outer_R, 'mm',1); % 画基板 % hfssBox(fid, BoxName, Start, Size, Units, Color, Material, Transparency, flag) hfssBox(fid, 'Sub1', {'-Sub_W/2', '-Sub_L/2', '0mm' }, {'Sub_W', 'Sub_L', 'Sub_H'}, 'mm',...  "(0 128 128)", "Rogers RO4350 (tm)", 0, 2); % dans hfssBox(fid, 'Patch', {'-Patch_W/2', '-Patch_L/2', 'Sub_H'}, {'Patch_W', 'Patch_L', 'copper_H'}, 'mm', ...  "(255 128 0)", "cuivre", 0, 2); % 画GND hfssBox(fid, 'GND', {'-Sub_W/2', '-Sub_L/2', '0mm'}, {'Sub_W', 'Sub_L', '-copper_H'}, 'mm', ...  "(128 128 128)", "cuivre", 0, 2); % 画同轴部分 % 画同轴内芯 % hfssCylinder(fid, NomCylindre, Axe, Centre, Rayon, Hauteur, Unités, Couleur, Matériau, Transparence, drapeau) hfssCylinder(fid, 'Inner', 'Z', {' Probe_dx', 'Probe_dy', 'Sub_H+cuivre_H'}, 'Inner_R','-(Sub_H+cuivre_H*2+L0)', 'mm',...  "(128 128 128)", "cuivre", 0, 2); hfssCylinder(fid, 'Diel', 'Z', {'Probe_dx', 'Probe_dy', '-copper_H'}, 'Diel_R','-L0', 'mm',...  "(0 128 128)", "vide", 0, 2); hfssCylinder(fid, 'Outer', 'Z', {'Probe_dx', 'Probe_dy', '-copper_H'}, 'Outer_R','-L0', 'mm',...  "(128 128 128)", "cuivre", 0, 2); % 地板开过孔 hfssCylinder(fid, 'GND_hole', 'Z', {'Probe_dx', 'Probe_dy', '0mm'}, 'Diel_R','-copper_H', 'mm',...  "(255 128 0)", "vide", 0, 2); % 布尔操作 hfssSubtract(fid, {'Outer'}, {'Diel'}, true); hfssSubtract(fid, {'Sub1','Patch','Diel'}, {'Inner'}, true); hfssSubtract(fid, {'GND'}, {'GND_hole'}, false); % 保存项目文件到指定路径 hfssSaveProject(fid, tmpPrjFile,1); % Fermez le fichier de script HFSS.

Le code ci-dessus modifie les chemins tmpprjfile, tmpscriptfile, hfssexepath et design en fonction de la situation individuelle_ Nom, le script vbs généré par MATLAB Le fichier m et le hfssapi téléchargé par Jianhui Huang sont placés dans le même dossier général. Cliquez sur Exécuter pour générer le script vbs (sous le chemin du fichier tmpscript auto-attribué). Le script Vbs peut être exécuté directement ou exécuté dans le logiciel HFSS.

Une fois la modélisation terminée, ajoutez vous-même la région, définissez les conditions aux limites de rayonnement et la configuration de l'analyse, puis la simulation peut être effectuée (une fois les limites et l'analyse ultérieures synchronisées, elles peuvent être établies dans le script).

Analyse设置

À ce stade, les résultats de la simulation peuvent montrer que antenne la fréquence de résonance est polarisée vers la basse fréquence et l'impédance d'entrée s'écarte de 50 ohms.

À ce moment-là, quelqu'un dira qu'il faut ajuster le antenne est métaphysique. Comment puis-je savoir quelles variables ajuster et combien de variables ajuster ? Puis-je utiliser directement l'optimisation ? En fait, ceux qui ont compris les principes pertinents du patch antenne sachez qu'à ce stade, il leur suffit d'ajuster la longueur de antenne et la position de l'écart d'alimentation par rapport au centre. Le premier affecte la fréquence de résonance et le second affecte la correspondance de antenne.

On peut voir sur la figure ci-dessus que l'adaptation d'impédance est meilleure lorsque le point d'alimentation est à 2.5 mm du centre du patch antenne.

Cependant, à ce moment-là, la fréquence de résonance du antenne est toujours biaisé vers la basse fréquence de 5.6 GHz, donc le réglage du patch back-feed de 5.8 GHz antenne peut être complété en raccourcissant de manière appropriée le antenne longueur.

形贴photos天线长度扫参结果

0 3Comparaison des résultats des simulations CST et HFSS

Sélectionnez modeleur -> exporter dans la barre de menu au-dessus de HFSS et enregistrez-le au format étape.

Ensuite, ouvrez CST, sélectionnez et importez le fichier d'étape ci-dessus sous exportation, supprimez les modèles non pertinents tels que la région et définissez les propriétés des matériaux et les conditions aux limites.

En utilisant le solveur de domaine temporel et le paramètre de génération de maillage par défaut, la fréquence de résonance simulée est de 5.759 GHz, ce qui est différent de 40 MHz des résultats de la simulation HFSS.

Propriétés du maillage du domaine temporel CST et résultats S11

Le solveur du modèle ci-dessus est directement remplacé par le solveur du domaine fréquentiel et la division de la grille est définie selon la figure ci-dessous. La fréquence de résonance simulée est de 5.825 GHz, ce qui est différent d'environ 25 MHz du résultat de la simulation HFSS, qui est très proche.

Propriétés du maillage du domaine fréquentiel CST et résultats S11

En général, les résultats de simulation d'un patch microruban électriquement petit antenne sous la simulation de cryptage FEM + génération automatique de maillage de HFSS et le solveur de domaine temporel et fréquentiel de CST sont acceptables. Après tout, antenne La conception appartient à la catégorie de l'ingénierie. En fait, la tolérance de traitement et de soudage doit être prise en compte, il est donc toujours nécessaire de frapper le PCB plusieurs fois pour l'analyse des tests, le débogage et l'optimisation. Il n'y a aucune importance à faire une différence de simulation rigide.

Il faut beaucoup de temps et d’énergie pour écrire du code de base et faire des commentaires. J'espère que vous aimerez partager davantage !

Zone de partage de codes

hfssapi-par-Jianhui Huang

Lien de téléchargement (le code de suivi est continuellement mis à jour dans le lien suivant) :

https://pan.baidu.com/s/1N0EE3Uv7krkypfzi9vxCvg

Code d'extraction :o5p5

Le code a été encapsulé et conditionné sous forme de fichier ap, qui ne peut pas être modifié. Chaque fois que vous le téléchargez et l'écrasez, vous pouvez l'échanger en fonction des commentaires de la fonction !

Remarque : MATLAB génère un script vbs. Le fichier m est placé dans le même dossier général que hfssapi par Jianhui Huang. Ne pas exécuter dans le dossier d'exemples du fichier M !

La marque « kinghelm » a été initialement enregistrée par la société Golden Beacon. Golden Beacon est un fabricant de vente directe de GPS antenne et Beidou antenneIl jouit d'une très grande popularité et d'une très grande réputation dans l'industrie de la navigation et du positionnement GPS Beidou. Les produits de R & D et de production sont largement utilisés dans la navigation et le positionnement par satellite BDS, la communication sans fil et d'autres domaines. Les principaux produits comprennent : réseau rj45-rj45, interface réseau connecteur, RF connecteur adaptateur, câble coaxial connecteur, type C connecteur, Interface HDMI, interface type C, broche et bus, SMA, FPC, FFC antenne connecteur, antenne transmission du signal étanche connecteur, Interface HDMI, Connecteur USB, ligne terminale, borne de bornier, barrette de connexion, balise RFID RF Navigation de positionnement antenne, communication antenne fil de connexion, tige en caoutchouc antenne, antenne ventouse433 ans antenne, 4G antenne, Module GPS antenne, etc. Il est largement utilisé dans l'aérospatiale, la communication, l'industrie, l'instrumentation, la sécurité, la médecine et d'autres industries.

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