Logiciel de simulation EM FEKO. Il existe de nombreux autres logiciels commerciaux pour la simulation EM (

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1 Simulation électromagnétique d'antennes : manipulations avec le logiciel FEKO (EMSS) Formation continue mai 2014 Francois.LePennec@telecom-bretagne.eu Institut Mines-Télécom Simulation EM Objectifs Prédire les grandeurs d intérêt (EM & dérivées) selon les hypothèses de milieux, frontières et sources Réduire le prototypage (pré-dimensionnement des dispositifs / intégration processus CAO) Améliorer les performances nominales, les rendements, la sensibilité aux conditions de mise en œuvre, etc Contribuer à l analyse de l origine de difficultés Méthode Modélisation informatique (3D paramétrique, native ou import) Résolution automatique des équations fondamentales Post-traitement adapté au problème étudié Export / co-simulation A noter Différences modèle / réalité (toujours!) Résolution dont la précision dépend des techniques utilisées et des réglages adoptés Notamment : maillage Adéquation des ressources? (temps de calcul, mémoire ) 2

2 Logiciel de simulation EM FEKO Il existe de nombreux autres logiciels commerciaux pour la simulation EM ( ) 3 CADFEKO Les modules de FEKO Maillage (Mesh) PREFEKO FEKO SOLVER POSTFEKO 4

3 Déroulement de la séance Présentation de séance Simulation EM & FEKO Antennes filaires Dipôle, monopôle, GPA Dipôle avec réflecteur polarisé, Antenne panneau (uniforme, binomial, déphasé) Patch ISM 2,4 GHz Sur air, polarisation linéaire, circulaire Substrat infini, fini PiFa Réseau de patchs : périodicité, couplages 5 Du dipôle à l antenne panneau pour réseaux cellulaires Prise en main du logiciel FEKO et étude graduelle d antennes filaires 6

4 Dipôle filaire dipole.cfx Paramètres principaux ld= lam/2 d= lam/1000 (dipôle fin) f0 = 2 GHz On souhaite connaître L impédance ramenée Le coefficient de réflexion La distribution des courants et charges Le rayonnement Les champs proches 7 Construction du modèle dipole Construct Définition des paramètres f0=2e9, lam=c0/f0, ld=lam/2, d=lam/1000 Définition de la position d excitation Wire-port /middle Configuration Frequency : 1,8 à 2,2 GHz, Continuous interpolated Source : Voltage 1V/50 Ohm Request : currents, all currents Maillage Mesh : custom : lam/40, segment radius : d Simulation Post-Feko Coefficient de réflexion : cartésien (min, BP) Impédances : parties réelles / imaginaires, résonance, abaque de smith Ré-accord à 2 GHz Adaptation 8

5 ld=lam/2*f1/f0 Dipôle ajusté et adapté Excitation VoltageSource GHz Reflection coefficient [db] Minimum: ( GHz, db) Frequency [GHz] Reflection coefficient Magnitude [db] - dipole 9 Courants et charges sur le dipôle Frequency = 1.8 GHz Frequency = 2.2 GHz Frequency = 2 GHz Segment index Current Magnitude - dipole 10

6 Rayonnement du dipôle Dans cad feko frequency : 2 GHz (seulement) Request Post-Feko Far field 3D (5 ) Near fields : grilles horizontales (xy) et verticales (xz) de 22X22 points sur une surface de lamxlam Rayonnement qualitatif (3D) Rayonnement quantitatif (polaire), gain, ouverture Champ proches dans chaque plan : E, animation, H 11 Dipôle : champs proches et lointains à la résonance 12

7 Champs proches 13 Monopôle dipole.cfx monopole.cfx l= lam/4*1,91/2 d= lam/1000 (monopôle fin) f0 = 2 GHz Corriger le modèle + Plan de masse Modifier les request - Champs lointains - Champs proches 14

8 0 Monopôle GHz Minimum: ( GHz, db) Frequency [GHz] Courant X2 / dipôle Impédance / 2 par rapport au dipôle 15 Monopôle : champs lointains Gain + 3dB 16

9 Monopôle : champs proches 17 Monopôle avec PM filaire 36 Ohms / 200 MHz pour le plan de masse infini Remplacer le plan de masse par 6 fils 18

10 Monopôle avec PM filaire 2,15 dbi / 76 pour le dipôle 19 GPA GPA.cfx L angle des brins contrôle le niveau d impédance ramenée 20

11 GPA à 2 GHz 21 Dipôle devant un réseau réflecteur PanneauFilsHorizontaux.cfx Plans de symétrie Distance inter fils : lam/10 Distance dipôle/pr : lam/4 22

12 Fils horizontaux 23 Dipôle devant un PR (fils verticaux) PanneauFilsVerticaux.cfx 24

13 Antenne panneau UMTS Symétries EM? Panneau plein (mailles triangles) 25 Rayonnement de l antenne panneau 26

14 Effet des différentes lois d alimentation Uniforme 1V-0 Binomial 1V/2V/1V-0 10,92 dbi Théorie des réseaux (logiciel Antenna Magus) Déphasé 0,57V-0 /0,59V-37,5 /0,57V Antennes imprimées Patch isolé sur substrat air, diélectrique, PIFA, patchs en réseaux 28

15 Patch z e patch2p4.cfx Config 1 f0=2,4 GHz h=lam/50 Er=1 (fr=2,23ghz) l=lam/? w=l e= 0,25*l/2 x y l Er w h Config 2 Polarisation circulaire Config 3 Er=2 (fr=2,32ghz) => w, l, h Adaptation Impédances Diagramme de rayonnement Champs proches (V, H, sphère (lam)) 29 Patch substrat air avec plan de masse infini 30

16 Patch substrat air avec plan de masse infini 31 Patch sur substrat infini Er=2 patch2p4er.cfx f0=2,4 GHz h=lam/50 Er=2 l=lam/2/sqrt(er) w=l e= 0,25*l/ /05/2014 Institut Mines Institut Telecom/TB/Dpt. Mines-TélécomMO/FLP

17 Patch sur substrat infini Er=2 33 Patch à polarisation circulaire patch2p4bimode.cfx 34

18 Patch bimode : résultats 35 PIFA sur plan de masse infini PIFA2-MasseInfinie.cfx 36

19 PIFA sur plan de masse infini 37 PIFA sur plan de masse infini 38

20 Réseau de 10X10 patchs couplés A partir de l utilisation des conditions périodiques 39 Réseau de 10X10 patchs couplés Beam angle = 0 40

21 Réseau de 10X10 patchs couplés - dépointage 41 Fin des manipulations Questions? 42