1. Introdução
O uso de planos de simetria em simulações pelo método dos elementos finitos (FEM) no HFSS é uma abordagem eficaz para otimizar recursos computacionais, aumentando a eficiência do cálculo. Ao identificar simetrias geométricas ou de campo em um projeto, é possível reduzir o domínio de simulação a uma fração do modelo completo, diminuindo o tempo de processamento e mantendo a precisão dos resultados.
2. Desenvolvimento do Caso
A função de simetria no HFSS, denominada Symmetry, está disponível apenas na solução HFSS Driven Model, que utiliza o método dos elementos finitos. Nas formulações FE-BI (Finite Element - Boundary Integral) ou IE (Integral Equations), essa funcionalidade não está disponível devido à incompatibilidade com o método de cálculo abordado.
Para demonstrar a funcionalidade no HFSS, utilizou-se como exemplo uma antena do tipo corneta, conforme a Figura 2.1.
Figura 2.1: Antena Tipo Corneta
2.1. Split
O objetivo é analisar metade da antena, utilizando-se a função Split no plano YZ da coordenada global. Selecionam-se todos os objetos e aplica-se a operação, conforme ilustrado nas Figuras 2.2 e 2.3.
Figura 2.2: Como Aplicar a Operação Split
Figura 2.3: Como Aplicar a Operação Split
2.2. Domínio de Cálculo
É necessário determinar a condição de fronteira que delimita todo o domínio de cálculo, antes de aplicar a condição de simetria. Para isso, aplicou-se a Boundary Radiation utilizando o procedimento mostrado na Figura 2.4.
Figura 2.4: Radiation
2.3. Symmetry
Para aplicar a condição de simetria, define-se o comportamento do campo elétrico na interface do corte. Existem duas formas de definição: Perfect E ou Perfect H. A condição Perfect E é utilizada quando o campo elétrico é normal à superfície, enquanto a condição Perfect H é aplicada quando o campo elétrico é tangencial à superfície. A Figura 2.6 ilustra esses dois comportamentos.
Figura 2.5: Perfect E vs Perfect H
No caso da antena corneta, o comportamento do campo elétrico é tangencial à superfície, como pode ser confirmado ao verificar o modo de propagação da porta, conforme Figura 2.7.
Figura 2.6: Modo de Propagação da Porta
Para aplicar a Boundary Symmetry, pressiona-se a tecla F no teclado para habilitar a seleção de faces e, em seguida, seleciona-se a face cortada. Com a face selecionada, adiciona-se a Boundary Symmetry, conforme mostrado na Figura 2.5.
Figura 2.7: Aplicação da Symmetry na Face do Corte
Na janela subsequente, seleciona-se Perfect H e, em Edit Port Impedance Multiplier, altera-se o valor para 0,5, considerando que o interesse é analisar metade do dispositivo (Figura 2.8).
Figura 2.8: Symmetry Boundary
3. Resultados
A Figura 3.1 mostra um comparativo entre os ganhos da antena simétrica e da antena completa, onde se observa muito próximos.
Figura 3.1: Comparativo entre os ganhos das antenas
A Figura 3.2 apresenta a perda de retorno simulada para as duas situações, evidenciando uma diferença mínima entre as simulações.
Figura 3.2: Comparativo entre o Parâmetro S11
4. Conclusão
A aplicação de simetria no HFSS permite a redução do domínio de simulação sem comprometer a precisão dos resultados. Como demonstrado, o exemplo da antena corneta resultou em uma simulação eficiente e com resultados comparáveis ao modelo completo, validando a eficácia dessa abordagem para otimização de recursos computacionais.
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