Zвх укороченной 1/4 лямбда антенны (меандр PCB), Рзультаты измерения противоречат теории? Опции

[bsp]

Уважаемые форумчане, помогите разобраться. Попался мне Application note AN3359 от фирмы ST, где подробнейшим образом расписана конструкция антенны в виде меандра на печатной плате.
Там-же приведены результаты измерения этой антенны. Эта антенна представляет собой укороченный четвертьволновой вибратор, настроенный в резонанс на требуемой частоте. Что смущает - авторы утверждают, что входное сопротивление антенны настолько хорошо соответствует 50 Омам ( даже равно! ), что не нужна внешняя согласующая цепь, место для которой было даже заранее разведено. Причем демонстрируются снимки и результаты измерений подтверждающих эту мысль. А мне из чтения литературы и общения с форумчанами казалось, что такая укороченная антенна, настроенная в резонанс имеет сопротивление меньше, чем полноразмерный четвертьволновой вибратор, имеющий сопротивление в пределах 30 - 36 ом. Это они нарочно, или где-то получилось нечаянное согласование? Файл с апликейшеном прикладываю.

Прикрепленные файлы

 STM_DM00024648.zip ( 691.12 килобайт ) Кол-во скачиваний: 74

 

[Proffessor]

Эта антенна представляет собой укороченный четвертьволновой вибратор, настроенный в резонанс на требуемой частоте. Что смущает - авторы утверждают, что входное сопротивление антенны настолько хорошо соответствует 50 Омам ( даже равно! ), что не нужна внешняя согласующая цепь, место для которой было даже заранее разведено. Причем демонстрируются снимки и результаты измерений подтверждающих эту мысль. А мне из чтения литературы и общения с форумчанами казалось, что такая укороченная антенна, настроенная в резонанс имеет сопротивление меньше, чем полноразмерный четвертьволновой вибратор, имеющий сопротивление в пределах 30 - 36 ом. Это они нарочно, или где-то получилось нечаянное согласование? Файл с апликейшеном прикладываю.

Если информация в записке честная, скорее всего согласование получилось за счет того, что меандр-излучатель находится не в свободном пространстве, а прилеплен одной стороной к РСВ-материалу с диэлектрической проницаемостью 4,4. Но неплохо было бы для уверенности проверить КСВ моделированием в каком-нибудь HFSS или CST. Для этого в записке есть все исходные данные: геометрия излучателя, толщина и эпсилон материала.

Сообщение отредактировал Proffessor - Jun 27 2012, 08:09

[bsp]

А меандр и расположен на подложке с проницаемостью 4,4. Я промоделировал на HFSS эту антенну, получилось сопротивление на частоте резонанса ( частота совпала неплохо) 16 Ом.
Беда в том, что в моделировании на HFSS я совершенный дебютант и в своей проверке тоже не очень уверен.

[Aner]

1) Эта антенна НЕ представляет собой укороченный четвертьволновой вибратор! 2) Забыли, что сверху она покрыта лаком, тоже с диэлектрической проницаемостью 4,4. Отсюда и укорочение и такое сопротивление. Не все компании, производители PCB, обеспечивают совпадающие параметры (PCB и лак + учет толшины) диэлектрической проницаемости и по это причине антенны разбегаются по параметрам. 3) Толщина меди на PCB тоже не из стандартных.

[Rull]

это верно что такая антена будет иметь сопротивление обязательно меньше её идеального аналога 37 Ом.
Разница этих сопротивлений - есть сопротивление потерь.

[uve]

А меандр и расположен на подложке с проницаемостью 4,4. Я промоделировал на HFSS эту антенну, получилось сопротивление на частоте резонанса ( частота совпала неплохо) 16 Ом.
Беда в том, что в моделировании на HFSS я совершенный дебютант и в своей проверке тоже не очень уверен.

Bsp, у Вас расчёт намного ближе к реальности. Спасибо ребятам, создавшим такой красивый по оформлению, но неверно созданный проект антенны. Будет Вам наука, что многие проекты в инете некорректны и нужно самому разбираться в тонкостях антенностроения.
Просто, без расчётов, посмотрите на этот проект: излучатель расположен асимметрично по отношению к Ground, а на картинке у них идеально симметричная 3D ДН - явный ляп.
0.25L излучатель при сворачивании в меандр понижает свою активную составляющую (Re), а у них получилось 50 Ом.


Сообщение отредактировал uve - Jun 27 2012, 13:47

[EVS]

>bsp
Самый критичный параметр в данной конфигурации - длина земли. Сделайте ее около лямбда/3 в воздухе - получите вожделенные 50 Ом на резонансе.

[Proffessor]

Самый критичный параметр в данной конфигурации - длина земли. Сделайте ее около лямбда/3 в воздухе - получите вожделенные 50 Ом на резонансе.

Да, но здесь роль противовеса выполняет довольно приличных размеров земляной полигон самой платы. Посмотрите на Fig.11 в appnote, стр.13.

uve:
Проверить ДН - это хорошо, но какой у Вас получился расчетный входной импеданс на 2450MHz?

Сообщение отредактировал Proffessor - Jun 28 2012, 06:46

[uve]

Да, но здесь роль противовеса выполняет довольно приличных размеров земляной полигон самой платы. Посмотрите на Fig.11 в appnote, стр.13.

uve:
Проверить ДН - это хорошо, но какой у Вас получился расчетный входной импеданс на 2450MHz?

Добрый день, Proffessor. Я по фото, зная указанные размеры, определил длину полигона Ground - 25 мм.
При этом ДН, та что я указал ранее. А входной импеданс около 16+j0 Ом. Если, по совету EVS, длину полигона ( вместе со стеклотекстолитом) довести до 40 мм, то 39+j0 Ом. Но тогда мы уходим от основного требования ТС - минимизации габарита антенны и по сути получаем почти полноразмерный полуволновый вибратор с асимметричной( не в центре) запиткой.

[Proffessor]

входной импеданс около 16+j0 Ом. Если, по совету EVS, длину полигона ( вместе со стеклотекстолитом) довести до 40 мм, то 39+j0 Ом. Но тогда мы уходим от основного требования ТС - минимизации габарита антенны и по сути получаем почти полноразмерный полуволновый вибратор с асимметричной( не в центре) запиткой.

Ну что ж, 16 ом - скорее близко к истине. Но это далеко от 50 ом, поэтому без узкополосной согласующей цепи не обойтись. Только чистые емкости тут не помогут. Если делать классическую Г-образную LC-цепь на сосредоточенных элементах, надо поставить параллельную емкость 1,89pF со стороны приемопередатчика, и со стороны антенны последовательную индуктивность 1,52nH. Можно на полусосредоточенных элементах в виде коротких отрезков последовательно соединенных полосковых линий: линия с низким волновым сопротивлением (широкая), имитирующая параллельную емкость, и линия с высоким волновым сопротивлением (узкя), имитирующая последовательную индуктивность. В общем, для коэффициента отражения минус 20dB (на центральной частоте 2450MHz) емкостная линия шириной 5мм должна быть длиной 5,6мм, индуктивная линия шириной 0,3мм должна иметь длину 2,7мм. Посчитал в схемном симуляторе AWRDE.

Сообщение отредактировал Proffessor - Jun 28 2012, 09:37

[uve]

Ну что ж, 16 ом - скорее близко к истине. Но это далеко от 50 ом, поэтому без узкополосной согласующей цепи не обойтись. Только чистые емкости тут не помогут. Если делать классическую Г-образную LC-цепь на сосредоточенных элементах, надо поставить параллельную емкость 1,89pF со стороны приемопередатчика, и со стороны антенны последовательную индуктивность 1,52nH. Можно на полусосредоточенных элементах в виде коротких отрезков последовательно соединенных полосковых линий: линия с низким волновым сопротивлением (широкая), имитирующая параллельную емкость, и линия с высоким волновым сопротивлением (узкя), имитирующая последовательную индуктивность.

Думаю, что не всё так просто. Этот проект антенны вообще имеет мало общего с практическим исполнением, если только это законченная конструкция с питанием от микроаккумулятора. Любой провод питания или кабель изменит все значения входного импеданса, да и ДН тоже. Для практической реализации надо моделировать полную конструкцию .

Сообщение отредактировал uve - Jun 28 2012, 09:08