1 of 40

실험(6) 8주차 – HFSS simulation

실험(6) – IT시스템종합설계

HONGIK UNIVERSITY

2 of 40

2

HFSS-Patch antenna simulation

  • Tools 🡪 Options 🡪 General options 🡪 HFSS 🡪 Boundary assignment�🡪 Duplicate boundaries/mesh operations with geometry 체크 하기!!

실험(6) – IT시스템종합설계

HONGIK UNIVERSITY

3 of 40

3

HFSS-Patch antenna simulation

  • simulation 🡪 HPC options 🡪 Edit�Num variations to distribute: 4 (4이상으로 절대 설정 X), cores: 4 설정.
  • Analysis 진행시 error code 259 발생? 🡪 위에 설정한 값 1, 1로 변경 후 시뮬레이션 진행.

실험(6) – IT시스템종합설계

HONGIK UNIVERSITY

4 of 40

4

HFSS-Patch antenna simulation

  • Probe feed type rectangular patch antenna 설계

실험(6) – IT시스템종합설계

HONGIK UNIVERSITY

5 of 40

5

HFSS-Patch antenna simulation

https://www.pasternack.com/t-calculator-microstrip-ant.aspx?srsltid=AfmBOoodKkpMXHMWke_eUJfZbjUb5Ygkpo1H2-XGlqH5xsKLTTFewvUg

 

실험(6) – IT시스템종합설계

HONGIK UNIVERSITY

6 of 40

6

HFSS-Patch antenna simulation

  • 기판 크기는 10GHz기준 반 파장으로 설정.

실험(6) – IT시스템종합설계

HONGIK UNIVERSITY

7 of 40

7

HFSS-Patch antenna simulation

1

2

3

4

  • 1) 객체의 material 설정
  • 2) 해석 or 비해석 model설정가능(check 해제🡪 해석 X, non model)
  • 3) 색상 설정
  • 4) 투명도 설정

실험(6) – IT시스템종합설계

HONGIK UNIVERSITY

8 of 40

8

HFSS-Patch antenna simulation

  • Material 🡪 Edit 🡪 Taconic TLY로 설정
  • Add Material 🡪 임의의 물질 생성 가능

실험(6) – IT시스템종합설계

HONGIK UNIVERSITY

9 of 40

9

HFSS-Patch antenna simulation

  • Global을 기준으로 설정한 값만큼 떨어진 곳에 새로운 좌표 생성 가능.�🡪 복잡 & 다층 구조 모델링 시 용이. 모델링 시 기준 좌표 항상 체크

실험(6) – IT시스템종합설계

HONGIK UNIVERSITY

10 of 40

10

HFSS-Patch antenna simulation

  • 유전체 기판의 윗면 중앙과 패치 중심이 맞게 모델링�좌표가 Global 🡪 Patch로 설정되어 있는것 check

실험(6) – IT시스템종합설계

HONGIK UNIVERSITY

11 of 40

11

HFSS-Patch antenna simulation

Brass

Teflon

실험(6) – IT시스템종합설계

HONGIK UNIVERSITY

12 of 40

12

HFSS-Patch antenna simulation

  • Coaxial cable을 그릴 기준 좌표 생성.(off_y는 impedance matching을 위한 변수)

off_y

실험(6) – IT시스템종합설계

HONGIK UNIVERSITY

13 of 40

13

HFSS-Patch antenna simulation

  • Coaxial cable의 유전체 부분 모델링.

실험(6) – IT시스템종합설계

HONGIK UNIVERSITY

14 of 40

14

HFSS-Patch antenna simulation

  • 같은 방식으로 나머지 부분 모델링.

실험(6) – IT시스템종합설계

HONGIK UNIVERSITY

15 of 40

15

HFSS-Patch antenna simulation

  • HFSS는 model끼리 겹치는 부분이 있으면 simulation 불가!!
  • Blank Parts - Tool Parts

Tool Parts를 남기는 경우에 check

실험(6) – IT시스템종합설계

HONGIK UNIVERSITY

16 of 40

16

HFSS-Patch antenna simulation

  • 같은방식으로 Teflon과 via/Taconic TLY와 via가 겹치지 않도록 Subtract.
  • Coaxial cable 모델링 완료.

실험(6) – IT시스템종합설계

HONGIK UNIVERSITY

17 of 40

17

HFSS-Patch antenna simulation

  • Ground plane 모델링. 기준 좌표계 Global로 설정.

Sheet에서 Teflon 부분 subtract 필요

실험(6) – IT시스템종합설계

HONGIK UNIVERSITY

18 of 40

18

HFSS-Patch antenna simulation

  • 기준 좌표계 주의하여 모델링.�(그라운드 면과 시각부분의 기준 좌표계가 다름)

실험(6) – IT시스템종합설계

HONGIK UNIVERSITY

19 of 40

19

HFSS-Patch antenna simulation

  • Sheet model은 기본 설정이 material 지정 안된 상태.
  • Patch와 ground plane에 Boundary Condtion 설정. (Copper)

실험(6) – IT시스템종합설계

HONGIK UNIVERSITY

20 of 40

20

HFSS-Patch antenna simulation

  • Lumped Port: 양극과 음극을 설정하여 정해진 impedance로 강제 급전하는 방식.
  • Lumped Port를 인가하기위해, coaxial cable의 경계면에 sheet 그리기.

실험(6) – IT시스템종합설계

HONGIK UNIVERSITY

21 of 40

21

HFSS-Patch antenna simulation

  • Circle 2에 Lumped port 인가. Lumped port는 integration line 설정이 필수.
  • Integration line: 전계를 적분하여 전압을 계산하기 위한 기준 경로.

실험(6) – IT시스템종합설계

HONGIK UNIVERSITY

22 of 40

22

HFSS-Patch antenna simulation

  • Integration line의 방향은 Signal 🡪 Ground 방향으로 그리기.

실험(6) – IT시스템종합설계

HONGIK UNIVERSITY

23 of 40

23

HFSS-Patch antenna simulation

  • HFSS는 model제외 부분이 PEC로 설정🡪 Far-field simulation 시, Radiation Boundary 설정 필요!!
  • Region: 모델들의 최외각 기준 모든 축의 크기가 설정한 값 만큼 더 큰 직육면체 생성.�Default: vacuum, 설계 주파수 대비 λ/4~λ/2정도 떨어지게 그림.

실험(6) – IT시스템종합설계

HONGIK UNIVERSITY

24 of 40

24

HFSS-Patch antenna simulation

  • 생성한 Region에 Radiation boundary 설정.

실험(6) – IT시스템종합설계

HONGIK UNIVERSITY

25 of 40

25

HFSS-Patch antenna simulation

  • 1) 모든 모델 보이도록 설정.
  • 2) 선택한 모델 보이도록 설정.
  • 3) 선택한 모델 보이지 않도록 설정.
  • 4) 선택한 모델만 보이도록 설정.

2

3

4

1

실험(6) – IT시스템종합설계

HONGIK UNIVERSITY

26 of 40

26

HFSS-Patch antenna simulation

  • 시뮬레이션 설정.(Frequency sweep은 수렴도 확인 후 설정)

실험(6) – IT시스템종합설계

HONGIK UNIVERSITY

27 of 40

27

HFSS-Patch antenna simulation

  • Simulation 🡪 Validate, 누락된 설정 없는지 확인.

실험(6) – IT시스템종합설계

HONGIK UNIVERSITY

28 of 40

28

HFSS-Patch antenna simulation

  • 설정한 6 pass로 수렴 X 🡪 Pass수 늘려서 시뮬레이션(9 pass)

실험(6) – IT시스템종합설계

HONGIK UNIVERSITY

29 of 40

29

HFSS-Patch antenna simulation

  • Patch antenna는 보통 협대역(약 5%) 안테나임. 🡪 설계 주파수 대비 40%정도 frequency sweep.

실험(6) – IT시스템종합설계

HONGIK UNIVERSITY

30 of 40

30

HFSS-Patch antenna simulation

  • 매칭 X 🡪 coaxial cable의 위치 조절하여 매칭 진행.

실험(6) – IT시스템종합설계

HONGIK UNIVERSITY

31 of 40

31

HFSS-Patch antenna simulation

  • off_y 변수를 parameter sweep하여 매칭 진행

실험(6) – IT시스템종합설계

HONGIK UNIVERSITY

32 of 40

32

HFSS-Patch antenna simulation

  • 1) Parameter sweep 한 모든 변수 중 HFSS🡪 design properties 값의 데이터를 plot.
  • 2) Parameter sweep 한 모든 변수의 모든 데이터를 plot.

2

1

실험(6) – IT시스템종합설계

HONGIK UNIVERSITY

33 of 40

33

HFSS-Patch antenna simulation

  • off_y= 2.5mm 일때, 9.7 GHz에서 공진.
  • Patch의 크기(w,l)과 off_y 조절하여 공진 주파수 10 GHz로 조절.

실험(6) – IT시스템종합설계

HONGIK UNIVERSITY

34 of 40

34

HFSS-Patch antenna simulation

  • Radiation 🡪 Insert Far Field Setup 🡪 Infinite Sphere.. 설정을 해야 안테나 방사패턴 확인 가능.

실험(6) – IT시스템종합설계

HONGIK UNIVERSITY

35 of 40

35

HFSS-Patch antenna simulation

  • 1) Solution setup 변경
  • 2) Infinite Sphere 변경
  • 3) 각도, 주파수, 파라미터 등 변경

1

2

3

실험(6) – IT시스템종합설계

HONGIK UNIVERSITY

36 of 40

36

HFSS-Patch antenna simulation

 

실험(6) – IT시스템종합설계

HONGIK UNIVERSITY

37 of 40

37

HFSS-Patch antenna simulation

  • 새로운 project 생성 후, 앞서 설계한 패치 모델 copy and paste. �(버튼 클릭 마우스 드래그 🡪 전체 모델 선택 가능. 3D 모델의 면, 변 선택시 copy and paste 불가)

실험(6) – IT시스템종합설계

HONGIK UNIVERSITY

38 of 40

38

HFSS-Patch antenna simulation

  • 전체 모델 중 Region 제외 모든 모델 선택 후, Along line 클릭(모델 선택시 활성화 됨.)

실험(6) – IT시스템종합설계

HONGIK UNIVERSITY

39 of 40

39

HFSS-Patch antenna simulation

  • 단일 패치 duplicate 가능. 간격도 변수화 하면 파라미터 스윕 가능.
  • 이후 9.7GHz에서만 시뮬레이션 진행(Num. pass = 13설정, Frequnecy sweep X).
  • Infinite Sphere 설정은 단일 패치 시뮬레이션과 동일하게 설정.

실험(6) – IT시스템종합설계

HONGIK UNIVERSITY

40 of 40

40

HFSS-Patch antenna simulation

  • Excitation 🡪 Edit Sources, port에 인가하는 전력, 위상 조절 가능.�전력, 위상 값을 바꿔도 이미 설정한 mesh들 기반으로 필드 or 방사패턴이 바로 계산됨.

실험(6) – IT시스템종합설계

HONGIK UNIVERSITY