poltekom nov 2013

34
TUTORIAL ANSOFT HFSS 13 FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2013

Upload: edokopral

Post on 19-Jan-2016

41 views

Category:

Documents


1 download

DESCRIPTION

Poltekom Nov 2013tutorial ansoft hfss 13

TRANSCRIPT

Page 1: Poltekom Nov 2013

TUTORIAL ANSOFT HFSS 13

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA 2013

Page 2: Poltekom Nov 2013

TUTORIAL ANSOFT HFSS 13 NOVEMBER, 2013

2

ANTENA PORTABEL (ABEL)

Antena planar adalah merupakan suatu pengembangan dari antena mikrostrip dimana

pada dasarnya antena planar ini memiliki karakteristik yang lebih sederhana, dan bandwidth

yang cukup lebar. Antena planar terdiri dari 3 bagian utama yaitu patch peradiasi, substrate,

dan groundplane. Patch berfungsi untuk meradiasikan gelombang elektromagnetik,

sedangkan groundplane berfungsi sebagai reflektor.

Salah satu contoh antena planar yang akan dibuat dalam training ansoft ini adalah Antena

ABEL (Antena portaBEL) dengan bentuk patch peradiasi boneka salju, karya sekelompok

mahasiswa Jurusan Teknik Elektro konsentrasi Telekomunikasi Universitas Brawijaya.

Merupakan salah satu antena planar yang bekerja ultra wideband untuk menangkap siaran

televisi di Indonesia dengan frekuensi berada pada frekuensi 545 – 782 MHz.

Simulator Ansoft HFSS 13.0

Dalam makalah ini simulator yang digunakan adalah Ansoft HFSS 13.0. Pada HFSS,

model geometri secara otomatis dibagi kedalam sejumlah besar tetrahedron. HFSS adalah

simulator gelombang elektromagnetik penuh dengan performa yang baik untuk pemodelan

benda 3 dimensi yang memiliki volume yang berubah-ubah. HFSS ini menyatukan proses

simulasi, visualisasi, dan proses pemodelan ke dalam suatu bentuk yang mudah untuk

dipelajari. Simulator ini dapat dimanfaatkan untuk menghitung parameter seperti S-

parameter, frekuensi resonansi, dan medan. Simulator ini khususnya digunakan pada bidang:

a. Package Modeling: BGA, QFP, Flip-Chip

b. PCB Board Modeling: Power/Ground planes, Mesh Grid, Grounds,Backplanes

c. Silicon/GaAs: Spiral Inductors, Transformers

d. EMC/EMI: Shield Enclosures, Coupling, Near- or Far-Field Radiation

e. Antennas/Mobile Communications:Patches, Dipoles, Horns,

f. ConformalCell Phone Antennas, Quadrafilar Helix, Specific Absorption

g. Rate(SAR), Infinite Arrays, Radar Cross Section(RCS), Frequency

h. Selective Surfaces(FSS)

i. Connectors – Coax, SFP/XFP, Backplane, Transitions

HFSS adalah simulator interaktif yang elemen dasar mesh-nya adalah tetrahedron.

Hal ini membuat kita dapat menyelesaikan persoalan yang berhubungan dengan bentuk

geometri 3 dimensi yang berubah-ubah khususnyayang memilki bentuk dan kurva yang

kompleks.

Page 3: Poltekom Nov 2013

TUTORIAL ANSOFT HFSS 13 NOVEMBER, 2013

3

HFSS adalah kependekan dari High Frequency Structure Simulator. Ansoft

merupakan software pelopor yang menggunakan Finite Element Method (FEM) untuk

simulasi elektromagnetik dengan mengembangkan serta menerapkan teknologi seperti

tangential vector finite elements, adaptive meshing,dan Adaptive Lanczos-Pade Sweep

(ALPS).

Spesifikasi Substrat dan Bahan Konduktor

Bahan substrat yang digunakan adalah sebagai berikut:

1. Bahan aluminium

Permitivitas bahan ( r ) = 4.4

Permeabilitas bahan ( r ) = 1

Ketebalan (h) = 2 mm

2. Bentuk patch, stub, slot, groundplane terdiri dari betuk lingkaran dan persegi.

Bahan dari port yang digunakan pada simulasi dengan menggunakan Ansoft ini

adalah

a. Bahan Gold

Permitivitas bahan ( r ) = 1

Permeabilitas bahan ( r ) = 0.99996

b. Bahan Teflon

Permitivitas bahan ( r ) = 2.1

Permeabilitas bahan ( r ) = 1

Simulasi menggunakan radiation box dengan matrial udara, serta impedansi karakteristik

saluran sebesar 50 Ω.

Page 4: Poltekom Nov 2013

TUTORIAL ANSOFT HFSS 13 NOVEMBER, 2013

4

Instalasi Ansoft vs.11

1) Klik File Autorun.exe, sehingga muncul dialog box. Pilih Install Sofware

2) Kemudian Klik Next

3) Klik Next sampai pada window dibawah ini. Isikan nama dan nama organisasi sesuai

keinginan anda.

4) Pilih Lokasi Instalasi Program. Pada kondisi default adalah C:\Program

Files\Ansoft13

Page 5: Poltekom Nov 2013

TUTORIAL ANSOFT HFSS 13 NOVEMBER, 2013

5

5) Klik Next sampai pada dialog pengisian license key. Pilih I have new licence key.

6) Klik Browse, kemudian arahkan pada folder master ansoft berada. Pada folder

tersebut terdapat file licence.lic, kemudian pilih file tersebut dan klik Ok.

Page 6: Poltekom Nov 2013

TUTORIAL ANSOFT HFSS 13 NOVEMBER, 2013

6

7) Kemudian proses instalasi berlangsung

8) Klik Finish jika instalasi telah selesai

9) Copy file pada folder Crack. Untuk file licence.lic paste pada folder C:\Program

Files\Ansoft13\admin. Untuk file Ansoftfix.exe dan Patch.exe paste pada C:\Program

Files\Ansoft13\HFSS13.0, kemudian double klik kedua file untuk melakukan proses

patching.

10) Program Ansoft telah siap dijalankan.

Pembuatan port antenna

Sebuah port dalam antenna digunakan untuk menghubungkan antenna dengan kabel sebagai

sumber mengalirnya arus listrik sehingga sebuah antenna dapat digunakan dengan baik.

Page 7: Poltekom Nov 2013

TUTORIAL ANSOFT HFSS 13 NOVEMBER, 2013

7

Berikut ini akan dijelaskan bagaimana membuat port antena

1. membuka lembar kerja software Ansoft Klik shortcut HFSS 13.exe , kemudian pilih

File – New

2. membuat bentuk box 1 dengan klik posisi (-6,-6,0); Xsize = 12 mm,

Ysize = 12mm, Zsize = -2mm; dengan menggunakan bahan Gold.

Page 8: Poltekom Nov 2013

TUTORIAL ANSOFT HFSS 13 NOVEMBER, 2013

8

Page 9: Poltekom Nov 2013

TUTORIAL ANSOFT HFSS 13 NOVEMBER, 2013

9

3. membuat cylinder 1 dengan klik posisi (0,0,2) Axis: Z; radius = 3mm;

height = -11mm dengan bahan gold

4. Klik Ctrl +box 1+ cylinder 1. Klik substract antara box 1 dengan

cylinder 1. Tandai √ pada ”clone tool objects before operation”

Maka hasilnya akan seperti berikut

5. membuat cylinder 2 dengan posisi (0,0,2) Axis: Z; radius = 2.75mm; height = -11mm

berbahan Teflon

Page 10: Poltekom Nov 2013

TUTORIAL ANSOFT HFSS 13 NOVEMBER, 2013

10

6. Klik Ctrl + cylinder 1+ cylinder 2. Klik substract antara cylinder 2

dengan cylinder 1. Tandai √ pada ”clone tool objects before operation”

7. membuat cylinder 3 dengan posisi (0,0,2.5) Axis = Z; radius = 0.635mm dan height =

-11.5 mm berbahan Gold

8. Klik Ctrl + cylinder 2+ cylinder 3. Klik substract antara cylinder 2

dengan cylinder 3. Tandai √ pada ”clone tool objects before operation”

Dan menjadi

Page 11: Poltekom Nov 2013

TUTORIAL ANSOFT HFSS 13 NOVEMBER, 2013

11

9. membuat circle dengan klik icon dengan posisi (0,0,-9) Axis = Z,

radius = 2.75mm

10. membuat arah arus masuk ke dalam port dengan cara klik kanan circle, Assign

Excitation, Lumped Port.

Page 12: Poltekom Nov 2013

TUTORIAL ANSOFT HFSS 13 NOVEMBER, 2013

12

isi resistansi 50 ohm, next, Lalu muncul tampilan sebagai berikut:

Buat garis arah baru dengan klik New line

Page 13: Poltekom Nov 2013

TUTORIAL ANSOFT HFSS 13 NOVEMBER, 2013

13

Buat garis arah baru dengan klik New line

buat arah garis New Line lalu tarik garis dari pinggir circle menuju ke tengah sampai

Defined, Finish. Hasil Akhir dari pembuatan Lumped Port akan seperti ini

Dan pembuatan port antenna ini telah selesai.

Page 14: Poltekom Nov 2013

TUTORIAL ANSOFT HFSS 13 NOVEMBER, 2013

14

Membuat Patch Peradiasi boneka salju

11. klik koordinat pada ansoft dan ubah menjadi ZX

Page 15: Poltekom Nov 2013

TUTORIAL ANSOFT HFSS 13 NOVEMBER, 2013

15

12. membuat cylinder 4 dengan posisi (0,1,67.5) Axis = Y; radius = 65 mm dan height =

- 2 mm dengan number of segment = 200

13. membuat cylinder 5 dengan posisi (0,1,157) Axis = Y; radius = 45 mm dan height =

- 2 mm dengan number of segment = 200

Page 16: Poltekom Nov 2013

TUTORIAL ANSOFT HFSS 13 NOVEMBER, 2013

16

14. Klik Ctrl + cylinder 4+ cylinder 5. Klik unite untuk

menggabungkan cylinder 4 dengan cylinder 5.

Page 17: Poltekom Nov 2013

TUTORIAL ANSOFT HFSS 13 NOVEMBER, 2013

17

15. Ubah bahan menjadi aluminum

Hasil akhir antena dengan elemen peradiasi

Membuat ground plane

16. klik koordinat pada ansoft dan ubah menjadi XY

Page 18: Poltekom Nov 2013

TUTORIAL ANSOFT HFSS 13 NOVEMBER, 2013

18

17. membuat box 2 klik posisi (-75,-48,-2); Xsize = 150 mm, Ysize =

90mm, Zsize = -2mm;

18. Klik Ctrl + box 2 + cylinder 3 + cylinder 2+ cylinder 1. Klik substract

antara cylinder 2 dengan cylinder 1. Tandai √ pada ”clone tool objects before

operation”

Page 19: Poltekom Nov 2013

TUTORIAL ANSOFT HFSS 13 NOVEMBER, 2013

19

19. membuat box 3 klik posisi (-75,-48,-2); Xsize = 150 mm, Ysize =

2mm, Zsize = 220 mm;

Page 20: Poltekom Nov 2013

TUTORIAL ANSOFT HFSS 13 NOVEMBER, 2013

20

Antena dengan ground plane

Untuk elemen peradiasi klik kanan, assign boundary, Perfect E.

Page 21: Poltekom Nov 2013

TUTORIAL ANSOFT HFSS 13 NOVEMBER, 2013

21

Membuat radiating box

20. membuat box 4 sebagai box radiasi klik posisi (-80,-60,-15); Xsize =

160 mm, Ysize = 105mm, Zsize = 240 mm;

Page 22: Poltekom Nov 2013

TUTORIAL ANSOFT HFSS 13 NOVEMBER, 2013

22

21. Klik kanan box 4, assign boundary, radiation

Page 23: Poltekom Nov 2013

TUTORIAL ANSOFT HFSS 13 NOVEMBER, 2013

23

Akan muncul seperti tampilan berikut, klik OK

22. Untuk menghilangkan tampilan box 4 klik icon

hilangkan tanda √ pada box 4

23. Untuk selanjutnya klik Add solution setup . Ini untuk menentukan frekuensi

yang akan diamati

Page 24: Poltekom Nov 2013

TUTORIAL ANSOFT HFSS 13 NOVEMBER, 2013

24

24. Selanjutnya klik untuk frekuensi mana saja yang akan diamati. Sweep

Type klik fast untuk menganalisa secara cepat, dengan start 0,3 GHz, dan stop 3 GHz

denganstep size 0,1 GHz

Page 25: Poltekom Nov 2013

TUTORIAL ANSOFT HFSS 13 NOVEMBER, 2013

25

25. Klik pada menu HFSS, radiation, Insert far field Setup, Infinite Sphere

Page 26: Poltekom Nov 2013

TUTORIAL ANSOFT HFSS 13 NOVEMBER, 2013

26

26. klik Validate untuk melihat apakah semua langkah- langkah sudah dilakukan

dengan baik dan tidak ada error.

27. klik analyze All Maka program ansoft akan melakukan simulasi Antena yang telah

dibuat.

Page 27: Poltekom Nov 2013

TUTORIAL ANSOFT HFSS 13 NOVEMBER, 2013

27

MELIHAT HASIL PARAMETER ANTENA

1. VSWR

a. Klik kanan result, create modal solution data report, rectangular plot

b. Pilih VSWR

2. RL

a. Lakukan sama pada langkah VSWR (a)

b. Pilih S parameter -> S(1,1) -> dB

Page 28: Poltekom Nov 2013

TUTORIAL ANSOFT HFSS 13 NOVEMBER, 2013

28

3. Gain

a. Lakukan sama pada langkah VSWR (a)

b. Isikan data solution : setup 1 : sweep ; frequency sweep : Freq. Pilih gain -> gain

total -> dB

Page 29: Poltekom Nov 2013

TUTORIAL ANSOFT HFSS 13 NOVEMBER, 2013

29

c. Klik families -> ubah variabel theta dan Phi -> 0 degress

4. Pola radiasi 3D

a. Klik kanan result -> create far field report -> 3D polar plot

b. Solution : setup 1 : sweep. Isikan seperti pada gambar berikut

Page 30: Poltekom Nov 2013

TUTORIAL ANSOFT HFSS 13 NOVEMBER, 2013

30

c. Pilih families, ganti dengan frekuensi 1GHz

5. Pola radiasi 2D

a. Untuk membuat polarasiasi dalam bentuk 2 dimensi, pertama kita harus

menentukan arah radiasi terhadap theta dan phi sebesar 360o

Page 31: Poltekom Nov 2013

TUTORIAL ANSOFT HFSS 13 NOVEMBER, 2013

31

b. Isikan phi dengan stop 360 deg dan theta dengan stop 360 deg -> OK

c. Klik kanan result -> create far field report -> radiation pattern

Page 32: Poltekom Nov 2013

TUTORIAL ANSOFT HFSS 13 NOVEMBER, 2013

32

d. Isikan seperti gmbar dibawah ini

e. Pilih families -> isi phi = 0 dan freq = 1 GHz -> klik new report

Page 33: Poltekom Nov 2013

TUTORIAL ANSOFT HFSS 13 NOVEMBER, 2013

33

6. Polarisasi

a. Klik kanan -> create far field report -> rectangular plot

b. Pilih setup : sweep -> primary sweep : freq -> axial ratio -> axial ratio value -> dB

Page 34: Poltekom Nov 2013

TUTORIAL ANSOFT HFSS 13 NOVEMBER, 2013

34

c. Pilih families -> theta dan Phi 0 degress