Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu cách thực hiện mô phỏng anten xoắn lò xo trên ANSYS ELECTRONICS. Đây là một công cụ mạnh mẽ giúp kỹ sư thiết kế và phân tích hiệu năng của anten xoắn lò xo, một loại anten phổ biến trong các ứng dụng truyền thông không dây.
Xem thêm:
1. Cơ sở thiết kế Anten
Yêu cầu: Thiết kế một Ăngten Xoắn lò xo làm việc trong dải tần 3-4GHz và hệ số tăng ích ≥8dBi.
Thiết kế ăngten hoạt động theo chế độ Trục (Axial Mode) cần đạt một số thông số nhất định như:
+) \(\frac{3}{4} < \frac{C}{λ} < \frac{4}{3}\) (với \(\frac{C}{λ}\) ≈ 1 sẽ tối ưu)
+) Khoảng cách S (Space) giữa hai vòng Xoắn liên tiếp là S ≈ 0.22λ
+) Đường kính hình Xoắn ốc (theo hình chiếu đứng) D_he ≈ 0.32λ
+) 12° < < 14° (pitch angle)
+) \(\frac{λ}{2}\) ≤ Đường kính mặt phẳng đất ≤
+) Cấp điện bằng dây cáp đồng trục
Và để ăngten làm việc trong dải tần số 3-4GHz và G ≥ 8 dBi (dB isotropic)
Từ các công thức, đề bài và tham khảo, chúng em đưa ra các thông số để thiết kế như sau:
+ Tần số hoạt động trung tâm
+ Bước sóng λ = \( \frac{c}{f}\) = 85,714 mm
+ D_he = 0.32 λ = 27,428 mm
+ S = 0.22 λ = 18,857 mm
+ C = πD = 86,169 mm
+ L = \(\sqrt{S^2+(πD)^2}\) = 88,2083 mm
+ Tổng chiều dài Xoắn ốc: A = S*n = 169,713 mm
+ N = 9 (vòng)
+ \(r_0\) = 0.005 λ = 0,4285 mm
+ = \(tan^{-1} (\frac{S}{πD})\) = 12,343°
+Axial Ratio AR = 1,056
Dựa vào công thức, ta ước tính được hệ số khuếch đại \(G=\frac{(15 C^2 NS) }{λ^3}\) với các thông số như trên.
=> G ≈ 25,119. Quy đổi ra dB thì G=10 log(25,119)=14 (dBi).
2. Mô phỏng Anten
- Thiết lập các thông số như hình bên dưới:
Hình ảnh ăngten khi đã được thiết kế:
Validation check & setup tần số trung tâm (Port Field Display):
3. Kết quả thu được sau khi mô phỏng
Kết quả S11 (Hệ số Return Loss) (-23,47 dB tại 3.5GHz. Càng bé thì ăngten càng hoạt động hiệu quả, trong trường hợp này, trong băng tần 3-4 GHz, S11 có thể đạt tới nhỏ hơn -50 dB):
Qua bài viết này, hy vọng bạn đã nắm được quy trình mô phỏng anten xoắn lò xo trên ANSYS ELECTRONICS và hiểu rõ hơn về các bước thiết kế cũng như phân tích hiệu năng của loại anten này. Cảm ơn bạn đã tham khảo anten và truyền sóng trên ttnguyen.net.
