ПРИМЕНЕНИЕ ПРОГРАММЫ ANSOFT HFSS ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СВЧ АНТЕНН

Аннотация. Рассмотрена возможность применения программы HFSS для моделирования рупорной СВЧ антенны для устройства обнаружения людей, находящихся за оптически непрозрачными преградами.

Ключевые слова: сверхвысокие частоты, High Frequency System Simulator, СВЧ антенна, HFSS Antenna Design Kit, рупорная антенна.

Введение

Степень быстрого прогресса СВЧ устройств во многом определяет состояние телекоммуникационных систем, радиолокации, навигации, связи, радиоуправления, телеметрии радиоастрономии. Одним из важнейших направлений СВЧ техники можно считать разработку устройств для обнаружения людей, находящихся за оптически непрозрачными преградами, то есть создание биорадаров или детекторов жизни.

Требования, возникающие при проектировании, современных радиосистем, требуют для своего решения применения новых методов анализа и синтеза. Современные программы моделирования трехмерных структур [1] – это новый, активно внедряемый в последние годы подход, который становится основным инструментом проектирования, значимо увеличивая скорость и качество разработки новых антенн и СВЧ устройств.

Появление мощных компьютеров значительно упростило работу проектировщикам техники. Проектирование перешло на новый автоматизированный уровень, поскольку расчеты и построение антенных устройств, выполняемые в ручном режиме [2] занимало много времени.

Основным направлением развития программ проектирования СВЧ антенн и устройств можно считать интеграцию подсистем проектирования нацеленных на разработку узких классов радиоэлектронной аппаратуры в единую систему, поддерживающую процесс разработки всех устройств от цифровых схем формирования и обработки сигналов до СВЧ схем и антенн.

Задача заключается в изучении возможности применения профессионального пакета программ компании Ansoft для расчета и анализа СВЧ устройств и антенн и выполнение расчетов на примере рупорной антенны.

Основные достоинства программы High Frequency System Simulator (HFSS) и ее преимущества при расчете рупорных антенн

Версия программы HFSS (2013 год) – это мощнейший пакет для расчета электромагнитного поля СВЧ структур методами конечных элементов и интегральных уравнений.

К достоинствам программы следует отнести:

1. HFSS совместима [3] с другими программами, утилитами (Microwave Office, Serenade Ansoft или ADS), что значительно расширяет возможности профессионального проектирования СВЧ устройств.
2. Программа имеет простой и понятный интерфейс.
3. Наглядное изображение получаемых результатов, например 3D диаграмма направленности рупорной антенны.

Утилита – это вспомогательная программа в составе общего программного обеспечения для выполнения специализированных типовых задач. Такой вспомогательной программой может являться HFSS Antenna Design Kit.

HFSS Antenna Design Kit – это автономная утилита, основанная на простом графическом интерфейсе. Данная утилита автоматизирует создание, расчет и отчеты после обработки более чем для 50 антенных элементов, в том числе СВЧ антенн. HFSS Antenna Design Kit позволяет проектировщику антенн и устройств эффективно анализировать общие типы антенн с использованием HFSS, а также помогает новым пользователям научиться использовать HFSS для проектирования антенн. Конструктивный набор утилита может быть интегрирован в пользовательский интерфейс HFSS или запущен из стандартного меню Windows. Все модели антенн, созданные в Antenna Design Kit, готовы имитироваться в HFSS.

Результаты моделирования с помощью программы HFSS

В процессе проектирования рупорной антенны на первоначальном этапе создана 3D модель рупорной антенны (Рис. 1), а также заданы параметры антенны (Рис. 2).

Рисунок 1. 3D модель рупорной антенны.

При создании 3D модели антенны была использован утилита Antenna Design Kit.

Рисунок 2. Задание параметров рупорной антенны.

На рис. 3 изображена диаграмма направленности рассчитанной рупорной антенны. Диаграмма направленности антенны – графическое представление зависимости антенны или коэффициента направленного действия антенны от направления антенны в заданной плоскости [4].

Рисунок 3. 3D диаграмма направленности рупорной антенны.

Рисунок 4 иллюстрирует распределение электромагнитного поля.

Рисунок 4. Распределение электромагнитного поля внутри рупорной антенны

Заключение

1. Рассмотрены основные преимущества программы HFSS.

2. Приведены результаты моделирования рупорной антенны в программе HFSS.

3. Показано Распределение электромагнитного поля внутри рупорной антенны.

4. Построена 3D диаграмма направленности рупорной антенны.

Список литературы:

1. Банков С.Е. Проектирование СВЧ устройств и антенн с Ansoft HFSS. / C. Е. Банков , А. А. Курушин // ЗАО «НПП «РОДНИК» – Москва, 2009. 246 с.
2. Дубровин В.С. К расчету параболической антенны для сверхширокополосных систем радиодоступа. / В. С. Дубровин, И. В. Колесникова. // Электроника и информационные технологии. – Саранск, 2010. № 1 (8). С.25.
3. Банков С.Е. Анализ и оптимизация СВЧ структур с помощью HFSS. / С. Е. Банков, А. А. Курушин , В. Д. Разевиг – Москва, 2004. 283 с.
4. ГОСТ 24375-80. Радиосвязь. Термины и определения.