Introduction

By BENAMRANE FOUAD TDMO2

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Contenu Introduction ........................................................................................................................................................ 2

Installation du HFSS ............................................................................................................................................. 3

Description gnrale des outils HFSS ................................................................................................................... 6

Barre des outils ................................................................................................................................................ 6

Barre des menus .............................................................................................................................................. 6

Project.................................................................................................................................................. 7

Draw .................................................................................................................................................... 7

Modeler/3D Modeler ........................................................................................................................... 8

HFSS ..................................................................................................................................................... 8

Tools .................................................................................................................................................. 21

Fentre des proprits ................................................................................................................................... 21

fentre des modles 3D ................................................................................................................................. 22

Gestionnaire de projet arborescent: .............................................................................................................. 22

Comment cre un projet de A Z ...................................................................................................................... 23

Cration du projet file .................................................................................................................................... 23

Configuration initial ....................................................................................................................................... 23

Dessin du model ............................................................................................................................................ 24

Compilation et visualisation des rsultats ...................................................................................................... 25

Rfrences27


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Introduction :

HFSS (High Frequency Structure Simulator) est un outil performant onde lectromagntique (EM)

commercial qui fait la simulation du champ dun model arbitraires en 3D.

Il intgre la simulation,visualisation, modlisation des solides, et l'automatisation dans un

environnement facile utiliser o les solutions des problmes EM 3D sont obtenus rapidement et avec

prcision. HFSS emploie la mthode des lments finis (FEM)[1],

Ansoft HFSS peuvent tre utilises pour calculer des paramtres tels que

Paramtres S, frquence de rsonance, et des champs lectriques et magntiques.

Modlisation par paquet :

Silicon / Gasa - Inductances Spiral, Transformers

EMC / EMI - Botiers Shield, Attache remorque, rayonnement proche ou en champ lointain

Antennes / Mobile Communications : Patches, diples, corne, antennes de tlphone cellulaire,Helix

quadrafilaires, dbit d'absorption spcifique (SAR), des ensembles infinis, la surface quivalente radar

(RCS),Surfaces slectives en frquence (FSS)

Connecteurs cble coaxial, Transitions

Guide d'ondes - filtres, rsonateurs, Transitions, coupleurs

Filtres - Filtres cavit, Microstrip, dilectrique

Quest ce que vous donne HFSS ?

Prototypes virtuel et rapide

Structures Arbitraire en 3D

Plusieurs ports / Modes multiples

supporte tous les matriaux micro-ondes

Calcul

paramtres S, Y, Z

Sous Circuits SPICE

Modes nuds, Paires diffrentielles, Modes propres, Les champs lectromagntiques


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Installation du HFSS Pour installer HFSS il suffit de commencer par double clic sur Autorun

Installer dans un premier temps HFSS, cliqu une seule fois sur Install HFSS


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Et suivre les tapes :

Pour ajouter la bibliothque en cliquant sur Install Libraries

Et suivre les tapes :


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Remarque : Linstallation de la bibliothque est indispensable pour le bon fonctionnement du logiciel.

Maintenant vous pouvez accder HFSS en cliquant sur licne et cette page apparait sur vos

crans.


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Description gnrale des outils HFSS :

Barre des outils : Il englobe tous les outils pour crer un model

Copier/coller

Rotation et zoom du model

Type du matriau utilise

Le plan ou dans lequel on dessine lobjet

Raccourci des modles du carr jusquau cne :

Slectionner une face :

Barre des menus :Il contient toutes les options dHFSS notamment :

HFSS>>Edit [2] :

Arrange >

Move : translater un lment de la structure le long dun vecteur.

Rotate : dplacer un lment de la structure par un angle.

Mirror : faire translater un objet choisi autour d'un plan spcifi.


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Offset: Effectue une chelle uniforme en x, y et z.

Duplicate>

Along lines : Crer des copies multiples dun objet le long d'un vecteur.

Around axis : crer des copies multiples dun objet en rotation par un

angle fixe autour de x, y ou z.

Mirror : Fixer limage dun objet autour d'un plan spcifi et cre son

double.

Project : Pour insert le dsigne HFSS

Draw : Regroupe tous les modles, rectangle, ellipse, cercle, boite..


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Modeler/3D Modeler : On trouve boolean (fusionner deux objets), unit

utilise(mm,cm,km), measures(mesurer les distances), coordinate system(les

coordonnes utilis),mode analysis(analyse les proprits et les performances des objets,

des surfaces).

HFSS :


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Solution Type [2]:

Driven Modal : calcule des paramtres S. les solutions de la matrice S

seront exprims en termes de puissance incidente et rflchie.

Driven Terminal : calcule les paramtres S de ports multiconducteurs ligne de transmission.

Les solutions de la matrice S seront exprimes en termes de tensions aux bornes et des

courants.

Eignemode : calcule les modes propres, ou de rsonances, d'une structure. La solution des

Modes propre retourne les frquences de rsonance de la structure et les champs ces

frquences de rsonance.

Validate (compiler le projet),Analyze all

Boundaries(conditions aux limites)[2],

Conducteur

Electrique parfait

Conducteur H

parfait

Dfinir

Sensible aux Radiations


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Perfect E : galement appel conducteur parfait ce type de limite forces du

champ lectrique est perpendiculaire la surface.

il y a galement deux affectations dfinissant un conducteur automatiquement

parfait

* Toute surface de l'objet qui touche le fond est automatiquement dfini comme

un limite parfaitement conducteur et donn le nom de condition au limite

extrieure

*Toute objet assign par un matriel PEC(Perfect Electric conductor) il est

automatiquement attribu au condition au limite lectriquement parfait .

Perfect H : est un conducteur magntiquement parfait, il est tangentiel a la

surface du champ E.

Finite Conductivity : limite de conductivit finie vous permet de dfinir la surface

d'un object comme un conducteur avec perte (imparfaite).

Impedance : surface rsistive qui calcule le comportement des champs et des pertes

en utilisant des formules analytiques(Rs+jXs).

Rs :rsistance, Xs :ractance . Layered Impedance : plusieurs couches minces dans une structure peut tre

modlise comme une surface dimpdance.

Lumped RLC : une combinaison en parallle des rsistances localises, inductance, et /

ou de la surface du condensateur, la simulation est similaire celle dune

impdance(Impedance )aux bornes mais le programme de Calcul en ohms / carr avec

l'utilisation des valeurs fourni R, L, C

Radiation : limites de rayonnement, aussi appel frontires absorbantes, vous

permettent de modliser une surface lectriquement ouverte: ondes peuvent alors

sortir de la structure et sarrt vers la limite de rayonnement

Excitations,

Excitation par cble coaxiale

Appel aussi externe

Par surface

rectangle par

exemple

appel interne


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Wave Port /Lumped Port: les ports d'ondes ont pour rle indiquer la zone ou

l'nergie entre et sort du conducteur comme une alternative l'utilisation de

ports d'onde(wave port) que vous pouvez appliquer ports localiss(Lumped

port) une structre, il applique une excitation interne interne utile au sein d'une

structure.

Analyze Setup : les conditions danalyse notamment la frquence et son intervalle

dutilisation

Add Solution Setup :

Frquence dutilisation

Le nombre de calcul du

det S pour avoir la

convergence de la

mthode

Le seuil du calcul det

jusqu quel valeur du

dterminent en arrt


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Exemple :Max numbre 20(HFSS>Results>Solution Data);

Add frequency sweep[2] :

Ici le calcul sarrt car 0.017793


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Discrete : effectue une solution complte toutes les frquences en utilisant

le maillage actuel, le temps requis est la frquence rsoudre fois le nombre

de points de frquence ainsi que le champs peuvent tre affichs n'importe

quelle frquence dans la plage de balayage.

Fast : utiliser un Solver adaptative lanczos-Pade balayage de la base (ALPS)

d'extrapoler (dduire) un ensemble dinformations dans une bande passante

autour de la frquence centrale.

le temps et la mmoire ncessaires pour rsoudre un balayage de frquence

peut tre beaucoup plus grand quune seule frquence rsoudre.

Interpolating : effectue une rsolution des points de frquences discrtes

qui sont adapts par interpolation.

Frequency Setup :

Linear Step (tape linaire) : spcifier une plage linaire des valeurs avec un pas constant

LinearCount (compter linaire): spcifier une plage linaire de valeurs et le nombre ou le

compter des points au sein de la gamme de variables

Star et Stop : Dsigne lintervalle de frquence afin de calculer les frquences de

rsonance.

Type de balayage

Count Size


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Fields (visualiser le champ E et H le long du dispositifs),

Exemple : Reprsentation du champ Electrique avec une antenne patch :


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Radiation (dfinir la forme du champ Near field proche (ligne ou sphre) ou Far field

lointain (sphre)),

Cette partie est consacre au calcul des paramtres dune antenne qui ncessite une

configuration particulire de calcul pour dterminer rgion au cours de laquelle les

champs doivent tre calculs,

Slectionner HFSS>>Radiation>>Insert Far Field Setup>>Infinite Sphere

Entrez les valeurs et le pas suivre pour theta et Phi

* Vous pouvez galement modifier le systme de coordonnes pour calculer les

paramtres sur une CS

* Vous pouvez galement modifier la surface de rayonnement sur laquelle les champs

loigns sont calculs par un simple passage l'onglet de rayonnement en surface, et

slectionnez une nouvelle surface de toutes celles qui ont t pralablement dfinies

Cliquez sur OK


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Results : cest la rubrique la plus intressante parmi toutes les fonctionnalits de HFSS

Les donnes de traage peut prendre diverses formes. le format le plus souvent utilis est le

trac cartsien en 2D, mais nous avons aussi la possibilit de mise au tracer en 3D .

Create modal Solution Data Report : cette partie est consacr pour

laffichage ou la visualisation des paramtres de lantenne en 2D ou 3D

(S,Y,Z,TOS,Gamma)


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Prenons lexemple de rectangular Plot : Pour visualiser il suffit de choisir le paramtre et

son unit (db,re,im,ang) et cliquer sur New Report

Remarque : Les paramtres S avec un seul port (que ) indique le coefficient de

rflexion ce qui est fortement lier la frquence de rsonnance

Cartsien Polair Diagramme de ray

Abaque de smith


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TOS=

et alors TOS=

| |

| |

Or dpend de la frquence et TOS lest aussi alors on cherche dans lallure les points ou le TOS est minime ce qui signifie le maximum dnergie transmis

Figure 1: Reprsentation du VSWR(TOS) en fonction de la frquence

Remarque : m1 point ou aura lieu la frquence de rsonnance.

Create Fields Report/Create Far Fields Report :

Calcul du champ

proche

Calcul du champ

lointain


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Dans les ondes lectromagntiques, chaque paramtre dpend de R,, donc il faut dfinir le

champ lointain sous forme dune sphre HFSS>>Radiation>>Insert Far Field Setup>>Infinit

Sphere. Apres cette option sajoute automatiquement sur langlet de Results comme montre

limage en dessus.

Exemple Create Far Fields Report>>Radiation Pattern :

Energie en W

Gain

Directivit


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Figure 2 :Le diagramme de rayonnement de la directivit en Phi=0et Phi=90

Figure 3:Representation 3D polar du Gain en phi=0 et phi=90


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Table de

proprit

Boutons de

proprit

Tools :Configure Libraries( on peut ajouter un matriaux quelconque)

Fentre des proprits : Attribues

Commandes : on trouve la position et les paramtres (hauteur, largeur) du model


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Fentre des modles 3D

Gestionnaire de projet arborescent:

Larbre de la conception

des modles en 3D

Lespace graphique Model

Classer par

objet

Projet Gestionnaire

Configuration de

la conception

Cration

automatique

Rsultat de la

conception


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Comment cre un projet de A Z [3]:

Chaque projet passe de 3 tapes essentiels :

Cration et configuration initial

Dessin du model

Compilation et visualisation des rsultats

Cration du projet file>>new, insertion du HFSS design pour se faire clic droit sur le projet et

Slectionne Insert>>insert HFSS design

Et enregistrer avant de commencer dessiner dans nimporte quel dossier

Configuration initial : avant de commencer tablir le model il faut savoir davance la solution voulue (HFSS>>solution type) qui dpend de lapplication pour cela il y a trois choix :

Driven Modal

Driven Terminal

Eignemode

Unit de travail Modeler>>units (mm, in, nm)

Et les variables quand va utiliser HFSS>>design properties:


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HFSS s'appuie sur des variables pour tout le paramtrage / optimisation au sein du projet.

Variables ont galement de nombreux autres avantages qui les rendent ncessaires pour tous les

projets.

Rapports fixes (longueur, largeur, hauteur) sont facilement maintenus en utilisant des variables.

Optimetrics utilis des variables pour optimiser la conception selon les critres dfinis par

l'utilisateur.

Toutes les dimensions peuvent tre rapidement chang dans une fentre, par contre la

modification individuelle de chaque objet.

Dessin du model : cette partie englobe la conception et le paramtrage du model : Pour tablir un model il faut allez Draw>>choix du model


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Paramtrage : chaque objet a ces propres paramtres modifiables :

Compilation et visualisation des rsultats : Apres avoir dessin le model avec les conditions au bord et lexcitation il faut compiler en

analysant le projet puis il faut allez au resultats clic droit sur results et choisir ce que vous

voulez visualiser (diagramme de rayonnement, coefficient de rflexion, gain )


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Rfrence :

1_An_Introduction_to_HFSS_Optimetrics.pdf, pages 4 :6

Ecrit par : Lawrence Unterberger, Matt Commens

ANSOFT CORPORATION

2_ AnSoft HFSS version 9.2 Full Documentation.pdf, Pages 1_19, 18, 1.1-2, 2-18

Ansoft High Frequency Structure Simulator V9 Users Guide

3_HFSS tutoriel.pdf, Page 1

Prpar par :Dr. Otman El Mrabet

IETR, UMR CNRS 6164, INSA, 20 avenue Butte des Cosmes 35043 Rennes, FRANCE

2005 - 2006

Documents

Introduction