فیلم آموزش نرم افزار HFSS

نرم افزار HFSS چیست؟

نرم افزار HFSS یکی از معتبرترین نرم‌افزارهای شبیه‌سازی الکترومغناطیس ساختارهای سه بعدی است. نام این نرم‌افزار مخفف عبارت High Frequency Structure Simulator به معنی شبیه‌ساز ساختارهای فرکانس بالا است. طراحی و شبیه‌سازی انواع آنتن و فیلتر از کاربردهای این نرم‌افزار است.

نرم‌افزار HFSS یکی از نرم‌افزارهای مجموعه Electronics Desktop و در حال حاضر متعلق به شرکت ANSYS است. این نرم‌افزار کاربردی به علت سرعت و دقت بالای شبیه‌سازی، مورد استقبال شرکت‌های بزرگ قرار گرفته است. شرکت‌های خودرویی برای طراحی سیستم‌های رادار خودرو، شرکت‌های فضایی برای تحلیل آنتن‌های ماهواره و اختلال امواج رادیویی از نرم‌افزار HFSS استفاده می‌کنند.

محیط‌های مختلف نرم افزار HFSS

محیط HFSS از روش المان محدود (FEM) برای حل مسائل الکترومغناطیس استفاده می کند. در این روش کل فضای موردنظر، مش بندی شده و میدان های الکتریکی برای کل فضا محاسبه می‌شود. این روش دقت بالایی دارد اما برای ساختارهای تشعشعی بزرگ مناسب نیست زیرا زمان موردنیاز برای شبیه‌سازی بسیار زیاد خواهد شد.
بخش HFSS-IE یک حل کننده تمام موج معادلات انتگرالی است (که بعضاً به آن روش ممان می‌گویند) که با تشکیل مش سطحی مثلثی، جریان‌ها را روی سطح المان‌های مدل محاسبه می‌کند. این روش برای مسائل ساختارهای بزرگ طراحی شده است. کاربردهای آن شامل سطح مقطع راداری (RCS)، جایگذاری آنتن‌ها (به عنوان مثال روی یک خودرو)، تزویج و مسائل EMC/EMI است.

دو ابزار کاربردی EMIT و Savant هم از داخل نرم‌افزار HFSS و هم به‌طور مستقل قابل اجرا هستند. EMIT برای تحلیل تداخل رادیویی (RFI) بین فرستنده و گیرنده استفاده می‌شود. Savant هم برای تحلیل بازدهی آنتن‌های نصب شده روی ساختارهای بسیار بزرگ از لحاظ الکتریکی، کاربرد دارد. هر دوی این ابزار از داده‌های میدان دور و میدان‌های محاسبه‌شده در HFSS استفاده می‌کنند.

مراحل انجام پروژه در نرم افزار HFSS

۱- ایجاد پروژه و تنظیمات اولیه

گام اول برای شبیه‌سازی، آشنایی با محیط نرم‌افزار، ایجاد پروژه جدید و تنظیمات اولیه است. وقتی نرم‌افزار Electronics Desktop را اجرا می‌کنید، ابتدا باید یک دیزاین HFSS ایجاد کنید. تنظیمات مورد نیاز را اعمال کنید. حالا می‌توانید شبیه‌سازی ساختار مورد نظر را شروع کنید.

۲- انتخاب روش حل متناسب نوع مساله

روش حل یا Solution Type در نرم افزار HFSS مشخص می‌کند که ما چه توقعی از نرم‌افزار داریم. روش‌های حل Modal، Terminal، Transient، SBR و… هر کدام برای مسایل خاصی به کار می‌روند. اگر در انتخاب روش حل اشتباه کنیم، نتایج به‌دست آمده معتبر نخواهد بود.

۳- رسم ساختار با استفاده از ابزار موجود

پنجره اصلی در دیزاین HFSS ، پنجره رسم ساختار است. با ابزارهای رسم دو بعدی و سه بعدی مانند کره، مکعب، استوانه، دایره، مستطیل و… ساختار دلخواه را رسم می‌کنیم. با استفاده از ابزارهای اصلاح و ویرایش مانند انتقال، کپی، ابزارهای بولین و… ساختار را ویرایش می‌کنیم.

۴- تعریف شرایط مرزی

فضای حل مساله باید محدود باشد در غیراین‌صورت زمان نامحدودی برای پایان محاسبات لازم است! محدود کردن فضای محاسباتی برای کامپیوتر، با تعریف شرایط مرزی انجام می‌شود. به‌علاوه برای تحلیل ساختارهای پریودیک مثلا در متامتریال یا آنتن‌های آرایه‌ای، به این مرزها نیاز پیدا می‌کنیم.

۵- استفاده از نواحی ترکیبی درصورت نیاز

وقتی صحبت از حل ساختارهای بسیار بزرگ باشد، بهتر است از نواحی ترکیبی استفاده کنیم. مسایل PO و SBR با این نواحی سریع‌تر حل می‌شوند.

۶- افزودن پورت‌های تحریک

سیگنال تحریک از طریق پورت‌ها به ساختار اعمال می‌شود. پورت‌های Waveguide و پورت‌های Lumped دو مورد از پرکاربردترین پورت‌های تحریک هستند. علاوه بر این‌ها با استفاده از Plane Wave می‌توان موج را در جهت دلخواه به ساختار تاباند.

۷- تعریف پارامترها

در تعریف ساختار می‌توانیم از پارامترها استفاده کنیم. یعنی به‌جای واردکردن عدد ثابت برای ابعاد از یک متغیر استفاده می‌کنیم. این متغیرها می توانند به‌صورت محلی و عمومی تعریف شوند. این متغیرها امکان بهینه‌سازی ساختار را برای رسیدن به پاسخ مطلوب فراهم می‌کنند.

۸- تنظیمات حل‌کننده و تعیین بازه فرکانسی

بعد از نهایی شدن ساختار و تنظیمات مرزها و پورت‌ها، باید یک Solution Setup تعریف کنیم. در اینجا می‌توان یک فرکانس اصلی برای مش‌بندی در نظر گرفت. حتی می‌توان شبیه‌سازی را به‌صورت Broadband‌ انجام داد. یا یک محدوده فرکانسی مشخص را تعیین کرد.

۹- شبیه‌سازی و بررسی خطاها

قبل از شروع شبیه‌سازی، تمام موارد مورد نیاز یک بار توسط نرم افزار بررسی می‌شود. اگر موردی به درستی تنظیم نشده‌باشد، نرم‌افزار خطا اعلام می‌کند. حالا باید صبر کنیم تا شبیه‌سازی به اتمام برسد.

۱۰- ایجاد و بررسی نتایج مورد نیاز

بعد از اتمام شبیه‌سازی نوبت به ایجاد فرمت‌های مورد نظر برای نمایش نتایج است. انواع نمودارها، مشاهده گرافیکی میدان‌ها، پترن آنتن و… در این بخش تنظیم می‌شود.