Dada a grande vantagem em utilizar e o bom desempenho dos simuladores, as licenças destes têm custos relativamente elevados. Desta forma, os simuladores analisados foram o MultiSTRIP40, Sonnet Lite e FEKO, uma vez que têm versões gratuitas.
3.1.1 Simulador MultiSTRIP40
O simulador MultiSTRIP40 foi desenvolvido por Georg Splitt [33] para projectar e analisar antenas impressas com formas diferentes em múltiplas camadas dieléctricas.
Os resultados são obtidos através da solução das equações integrais através do Método dos Momentos (MoM) [34] e com a correcta utilização das funções de Green. Portanto, todos os efeitos relevantes, como por exemplo, a radiação, a propagação das ondas no substrato e as perdas dieléctricas são tidas em conta. Estes métodos são geralmente restritos a computadores e estações de trabalho eficazes, devido ao elevado tempo de processamento e elevados requisitos de memória [35]. A janela principal do simulador MultiSTRIP40 é a apresentada na Figura 3.1.
38 Na parte superior do simulador encontra-se a barra com as diversas funcionalidades do mesmo, criar estrutura, ver o diagrama de radiação, o diagrama de Smith, iniciar a simulação, entre outros. Do lado direito é apresentado o desenho da antena a simular e por baixo desta as características da placa. Para realizar uma simulação é necessário criar a estrutura, especificar o intervalo e o número de frequências a simular, as características do substrato da antena e por último iniciar a simulação. No Anexo A apresenta-se um manual de instalação e utilização do simulador MultiSTRIp40.
3.1.2 Simulador Sonnet Lite
A Sonnet desenvolveu um conjunto de ferramentas RF para simular sistemas de alta frequência, como linhas impressas e antenas planares. O software requer uma descrição física do circuito a ser analisado (propriedades do materiais dieléctricos) e aplica uma análise rigorosa através do Método dos Momentos baseada nas equações de Maxwell que incluem os efeitos de ressonância e acoplamento [36].
Na Figura 3.2 é mostrada a janela principal do software Sonnet, onde se observa a barra de ferramentas na parte superior com as opções de abrir, guardar, zoom, ferramenta de medição e ainda o botão de que permite iniciar a simulação. Do lado esquerdo é apresentada uma caixa de ferramentas com as funcionalidades necessárias para implementar as linhas e/ou antenas. No centro encontra-se a área onde deve ser desenhado o circuito e do lado direito é exposto uma guia de iniciação rápida onde são apresentados os passos e as configurações que devem ser feitas para realizar uma simulação.
Figura 3.2 - Janela principal do simulador Sonnet.
O tutorial do simulador Sonnet e os requisitos de instalação do mesmo encontram-se no Anexo B.
39
3.1.3 Simulador FEKO Lite
O FEKO é um programa destinado à análise de uma ampla gama de problemas electromagnéticos. As aplicações incluem desenho de antenas, de circuitos e de meios dieléctricos. O núcleo fornece um conjunto de métodos computacionais e tem sido estendido para a análise de camadas dieléctricas e múltiplos campos dieléctricos homogéneos. Este é baseado no Método dos Momentos que consiste numa solução de onda completa das equações de Maxwell no domínio das frequências [37].
O FEKO permite a modelização de meios magnéticos e dieléctricos devido à incorporação de extensões especiais na elaboração do MoM tais como [37]:
Princípio de equivalência de superfícies (SEP): O SEP introduz correntes eléctricas e magnéticas nas superfícies do dieléctrico. Estas superfícies podem ser feitas e colocadas de forma discreta através da utilização de triângulos.
Princípio de equivalência de volume (VEP): O VEP permite a criação de corpos dieléctricos a partir de cubos.
Funções de Green planares: As funções de Green permitem a modelização de meios dieléctricos com várias camadas, como por exemplo de substratos para uma arquitectura microstrip. A elaboração destas funções implementa planos infinitos 2D com alturas finitas de modo a controlar cada uma das camadas do dieléctrico. As superfícies e os fios metálicos podem ser orientados arbitrariamente no meio e podem cruzar várias camadas.
Camadas dieléctricas finas: No FEKO podem ser analisadas várias camadas com dieléctricos finos como sendo uma única camada [37].
A interface da janela principal do simulador FEKO é a apresentada na Figura 3.3.
40 Através da Figura 3.3 observa-se que o FEKO é um software bastante mais apelativo e de mais fácil utilização que os apresentados anteriormente. Do lado esquerdo da janela encontram-se as funcionalidades necessárias para a criação do circuito a simular, opções de alimentação, configuração da frequência, entre outros. No canto superior direito podem ser encontradas as diversas interfaces do FEKO e no centro é mostrado o desenho do circuito a ser simulado.
O FEKO Lite é uma versão gratuita, com as mesmas características do FEKO, mas com algumas limitações, tal como pode ser observado na Tabela 3.1.
Tabela 3.1 - Limitações do FEKO Lite [38].
Número de segmentos 100 Número de superfícies triangulares 300 Número total de funções MoM 600 Número de camadas para a função de Green planar 2
Direcções de observação do campo distante 703 Número de frequências 10
Memória 20 MB
As ferramentas utilizadas para realização das simulações no âmbito do projecto foram unicamente o CADFEKO e o POSTFEKO, sendo apresentado no Anexo C um tutorial da utilização destas.
3.1.4 Comparação de simuladores
Na Tabela 3.2 são apresentadas as vantagens e desvantagens dos simuladores estudados.
Tabela 3.2 - Vantagens e desvantagens dos simuladores.
Simulador Vantagens Desvantagens
Mstrip
Gratuito
Parâmetros que podem ser analisados:
Diagrama de radiação Impedância de entrada Distribuição da corrente
Desenho da antena usando ASCII Difícil garantir precisão nas
dimensões da antena
Tempo de simulação elevado
Sonnet Lite
Versão gratuita
Tempo de simulação reduzido Parâmetros que podem ser
analisados: SWR Impedância Parâmetros S Diagrama de Smith Distribuição de correntes Memória de 16 MB
Parâmetros que não são analisados: Diagrama de radiação
41 Feko Lite Fácil utilização Rápido Apelativo Ferramentas de análise Parâmetros que podem ser
analisados: SWR Impedância Parâmetros S Ganho Directividade Diagrama de Smith Diagrama de radiação 2D e 3D
Plano de substrato infinito Memória de 20 MB
Número de frequências: 10