|
Расчет печатной антенны и реальность. |
|
|
|
Jun 15 2013, 00:24
|
Местный
  
Группа: Свой
Сообщений: 420
Регистрация: 22-12-04
Пользователь №: 1 608

|
Сделал я Inverted F антенну точно по рецепту TI. Вроде FR-4 0.062". Только для настройки на 915 МГц пришлось отрезать очень существенный кусок. В общем результат меня устраивает, но хотель бы понимать почему так. Из программ имеющихся в заветном месте, что можно использовать для моделирования? Чтобы не слишком долго осваивать? Если кому то интересно использован модуль RFM50 на Si1000 от HopeRF.
|
|
|
|
|
Jun 15 2013, 22:57
|
Местный
  
Группа: Свой
Сообщений: 420
Регистрация: 22-12-04
Пользователь №: 1 608

|
Спасибо за ответ. Делал (разные версии) с лаком и без, 3 разные фабрики прототипов, т.е. разный материал - результат тот же самый. А вот по поводу топологии земли и подключения к модулю как раз и хочу посмотреть на симуляцию. Цитата(Aner @ Jun 15 2013, 02:35)  Для расчета используйте например Feko, HFSS. Освоение от вашей подготовки и знаний зависит. С теорией хорошо: МФТИ , радиотехника (ФРТК). Но с СВЧ практически почти не работал.
|
|
|
|
|
Jun 16 2013, 08:24
|
Местный
  
Группа: Свой
Сообщений: 420
Регистрация: 22-12-04
Пользователь №: 1 608

|
Цитата(fractcon @ Jun 15 2013, 22:31)  Найдите книжку hfss_full_book от любой версии, и сможете сделать модель своей антенны Большое спасибо. Отдельно за прямые ссылки. Насколько успел проглядеть - очень полезные книжки.
|
|
|
|
|
Jun 19 2013, 23:42
|
Местный
  
Группа: Свой
Сообщений: 420
Регистрация: 22-12-04
Пользователь №: 1 608

|
Цитата(etoja @ Jun 18 2013, 00:09)  У вас антенна покрыта оловом. Зачем? Олово увеличило толщину проводника и, соответственно, изменило распределение поля в антенне. Предыдущая версия была без выреза в solder mask, так что вместо олова была маска. Результат сильно не отличался. Но тогда меня один эксперт спросил "зачем маска". Я убрал.
|
|
|
|
|
Jun 20 2013, 04:37
|
Частый гость
 
Группа: Участник
Сообщений: 157
Регистрация: 10-05-13
Пользователь №: 76 788

|
Цитата(alexf @ Jun 20 2013, 03:42)  Но тогда меня один эксперт спросил "зачем маска". Я убрал. Они эксперты такие. Недавно тут спор был, что делать с маской. В общем результат такой, до 2ГГц особо не влияет. Потом маску лучше открыть, но плату покрывать золотом, а лучше серебром. И уж точно не припоем.
--------------------
Скажи нет международному терроризму... не покупай Pepsi Cola.
|
|
|
|
|
Jun 20 2013, 09:13
|
Частый гость
 
Группа: Свой
Сообщений: 153
Регистрация: 5-10-12
Из: Санкт-Петербург
Пользователь №: 73 813

|
Цитата(alexf @ Jun 15 2013, 04:24) 
Сделал я Inverted F антенну точно по рецепту TI. Вроде FR-4 0.062". Только для настройки на 915 МГц пришлось отрезать очень существенный кусок. В общем результат меня устраивает, но хотель бы понимать почему так. Из программ имеющихся в заветном месте, что можно использовать для моделирования? Чтобы не слишком долго осваивать? Если кому то интересно использован модуль RFM50 на Si1000 от HopeRF. Начал мерить длину пифы и понял, что она уж очень большая для 915 МГц. Что за рекомендация TI? Цитата(etoja @ Jun 18 2013, 11:09)  У вас антенна покрыта оловом. Зачем? Олово увеличило толщину проводника и, соответственно, изменило распределение поля в антенне. Не изменит здесь покрытие оловом распределение тока. Ни в пифе, ни в земле. Можете на картинке указать, где выходы на антенну на Вашей RFM50? Выходы нашел в даташите. Непонятно, как они коннектятся к антенне (металлизация на обратной стороне?). Можете указать ключевые соединения от выходов модуля до антенны?
Сообщение отредактировал k0l0bun - Jun 20 2013, 09:24
|
|
|
|
|
Jun 21 2013, 19:25
|
Местный
  
Группа: Свой
Сообщений: 420
Регистрация: 22-12-04
Пользователь №: 1 608

|
Цитата(k0l0bun @ Jun 20 2013, 02:13)  Начал мерить длину пифы и понял, что она уж очень большая для 915 МГц. Что за рекомендация TI? http://www.ti.com/lit/an/swra228c/swra228c.pdfПод модулем, но в верхнем слое проводник к основанию F. В первой версии модуль "лежал" горизонтально, так что антенный вывод модуля был прямо у основания. Результат промерно тот же - надо было приличный кусок отрезать для настройки. В результате S11 имеет примерно -12 дб на 915. Совсем не плохо.
|
|
|
|
|
Jun 22 2013, 00:10
|
Местный
  
Группа: Свой
Сообщений: 420
Регистрация: 22-12-04
Пользователь №: 1 608

|
Цитата(Aner @ Jun 21 2013, 12:54)  неплохо это когда -0,12дБ, а не -12дБ. И потом у них в схеме кучка элементов для согласования, что и влияет на длину. Aner, я Вас считал экспертом. А теперь не уверен. Вы хоть знаете что такое S11? Чем глубже провал на резонансной частоте, тем лучше. Не путать с усилением антены. А "куча элементов для согласования" расчитана на согласование 50 ом в точке подключения антены к входу/выходу чипа. Все подробно в апноутах расписано. Я измерял в точке соединения антенного выхода модуля. Если руки не подносить, получается примерно 48 + 20j ohm. Весьма достойно.
|
|
|
|
|
Jun 22 2013, 08:59
|

Гуру
     
Группа: Свой
Сообщений: 4 869
Регистрация: 28-02-08
Из: СПБ
Пользователь №: 35 463

|
Знаю конечно, что такое S11(S21, S12, S22), это понятно. Я про --> Maximum gain is measured to be −0.12 dB. То что в их документе про антенну.
Глубже провал для S11 не всегда хорошо, поскольку получаем высокую добротность антенны, уменьшая широкополосность. Любые внешние факторы около антенны, отклонение в номиналах согласующих элементов, резко уменьшают её эффективность. Особенно заметно, если работаете на разных частотах в выбранном диапазоне.
Вот и я про то, что активных 50 Ом у них нет, близко ...но нет, как и нет чисто активных 50 Ом у антенны. По этому согласование желательно делать точно. Поскольку потеря 2-3dB на этих малых мощностях нежелательна. Дальность падает прилично.
|
|
|
|
|
Jun 22 2013, 18:53
|
Местный
  
Группа: Свой
Сообщений: 420
Регистрация: 22-12-04
Пользователь №: 1 608

|
Цитата(Aner @ Jun 22 2013, 01:59)  Знаю конечно, что такое S11(S21, S12, S22), это понятно. Я про --> Maximum gain is measured to be −0.12 dB. То что в их документе про антенну. Ну ладно, раз честно признались что подумали про gain, вернем статус специалиста  Слишком острого резонанса на такой антене не будет. И по измерениям в пределах диапазона 902-928 достаточно ровно держится RSSI.
|
|
|
|
|
Jun 23 2013, 09:11
|
Местный
  
Группа: Свой
Сообщений: 420
Регистрация: 22-12-04
Пользователь №: 1 608

|
Цитата(Aner @ Jun 22 2013, 13:13)  Если у вас такая широкая полоса, то явно еще можно улучшить. Но там много факторов, вы АРУ включили при этих измерениях? Да и как сами измерения делаете? Реально наверное мне вся полоса не нужна. У меня девиация +/- 32, полоса приемника примерно 70 КГц на сегодня, FHSS надо видимо с шагом 100 КГц. 50 частот - 5 МГц. Измерял так: на другом конце лаборатории тот же 4432 передает непрерывный сигнал - случайный GFSK. В нескольких точках от 902 до 928 читаю RSSI в режиме приема. AFC не отключал, а наверное следовало бы. И естественно сначала припаял вместо модуля раз'ем и настраивал антену по векторному анализатору. Сейчас главная задача наладить FHSS. Начал смотреть на EzHop. В случае редких пакетов (раз в секунду 20 байт) представляется хорошей идеей передавать длинную преамбулу так что приемник найдет сканируя все 50 частот.
|
|
|
|
|
Jun 24 2013, 20:07
|
Местный
  
Группа: Свой
Сообщений: 420
Регистрация: 22-12-04
Пользователь №: 1 608

|
Цитата(Aner @ Jun 24 2013, 12:59)  Какой процессор планируете или поставили, для HFSS? Сверху у меня сидит ARM9 (Samsung 2416). Но собственный процессор Si1000 должен справляться легко. Собственно все примеры SiLabs под него (или другой 51).
|
|
|
|
|
Jun 25 2013, 19:00
|
Местный
  
Группа: Свой
Сообщений: 420
Регистрация: 22-12-04
Пользователь №: 1 608

|
Цитата(Aner @ Jun 25 2013, 02:56)  да ничего особенного он там не обеспечит, только для настройки параметров. Si1000 слабенький у них получился. Пожалуйста подробнее: чего именно он не обеспечит? Вы видели EzHop? Вроде справляется при том что CPU занято не сильно. Я же не пытаюсь процессором расшифровывать сырые биты, а использую packet mode.
|
|
|
|
|
Jun 26 2013, 05:12
|
Местный
  
Группа: Свой
Сообщений: 420
Регистрация: 22-12-04
Пользователь №: 1 608

|
Цитата(Aner @ Jun 25 2013, 14:12)  Под "слабенький" - не высокая скорость, против si4463. Встроенный 25-мипсовый проц на 51 ядре, проиграют ARMу от того-же STM. И цена высоковата против связки Si4463+STM32. EzHop да, но напрямую использовать не получается. Я не сраниваю с si4463. Для моих целей скорости с головой хватает, а беру готовые модули RFM50 с Si1000 кажется по $3.50 или типа того.
|
|
|
|
|
Jun 26 2013, 06:35
|
Частый гость
 
Группа: Свой
Сообщений: 153
Регистрация: 5-10-12
Из: Санкт-Петербург
Пользователь №: 73 813

|
Цитата(alexf @ Jun 21 2013, 23:25)  http://www.ti.com/lit/an/swra228c/swra228c.pdfПод модулем, но в верхнем слое проводник к основанию F. В первой версии модуль "лежал" горизонтально, так что антенный вывод модуля был прямо у основания. Результат промерно тот же - надо было приличный кусок отрезать для настройки. В результате S11 имеет примерно -12 дб на 915. Совсем не плохо. Посмотрел я характеристики TI пифы: они настроили геометрию таким образом, что работают не на первом параллельном резонансе антенны, что характерно для пифы, а на первом последовательном за счет снижения утроенного (второго параллельного) резонанса. Такое используется, когда требуется расширить полосу: так, классические резонансы пифы - это параллельный lamda/4, затем параллельный на утроенной частоте (3*lamda/4). Конструкцией на примере меандра (не вдаваясь в физику процесса) снижают утроенный резонанс, оставляя первый на месте. За счет этого действительная часть входного импеданса поднимается между параллельными резонансами, и имеет достаточно высокое значение для легкого согласования в широкой полосе (на частоте последовательного резонанса). Вы изменили оригинальный граунд (Вашу конструкцию на моделировал, т.к. нет размеров граунда), за счет этого, скорее всего, утроенный не опустился достаточно низко, и на 0,915 Вы попросту не в состоянии согласовать антенну. При этом пифа остается согласованной на частоте первого параллельного резонанса (для TI антенны - 0,7 ГГц). Вы его как раз и видите, и пытаетесь поднять за счет укорочения меандра.
Сообщение отредактировал k0l0bun - Jun 26 2013, 07:16
|
|
|
|
|
Jun 26 2013, 08:06
|
Местный
  
Группа: Свой
Сообщений: 420
Регистрация: 22-12-04
Пользователь №: 1 608

|
Цитата(k0l0bun @ Jun 25 2013, 23:35)  При этом пифа остается согласованной на частоте первого параллельного резонанса (для TI антенны - 0,7 ГГц). Вы его как раз и видите, и пытаетесь поднять за счет укорочения меандра. Спасибо что объяснили. Пожалуй я оставлю укороченный вариант. Полосы в несколько МГц мне достаточно.
|
|
|
|
|
Jun 26 2013, 09:52
|
Частый гость
 
Группа: Свой
Сообщений: 153
Регистрация: 5-10-12
Из: Санкт-Петербург
Пользователь №: 73 813

|
Цитата(Aner @ Jun 26 2013, 12:39)  k0l0bun чем смотрели, в смысле программы. Есть ли эта моделька у вас? Корпоративный самописный софтвер. В целях конспирации не могу его назвать. Показать модель нет возможности. В HFSS или CST можно получить точно такой же результат (геометрия и свойства материалов указаны в даташите: Цитата(alexf @ Jun 21 2013, 23:25)  Цитата(alexf @ Jun 26 2013, 12:06)  Спасибо что объяснили. Пожалуй я оставлю укороченный вариант. Полосы в несколько МГц мне достаточно. А по поводу остальных параметров, кроме согласования, у Вас не возникает вопросов? Обратите внимание, что только одно укорачивание меандра приведет к снижению КПД излучения. В оригинальной конструкции (без корпуса, потери только в FR4 - 0,05 Siemens/m) максимум КПД излучения (30%) приходится как раз на 1 ГГц (равен 25% на 0,915). При укорачивании меандра (на глаз, как на Вашей картинке) максимум КПД сместится на 1,2 ГГц и возрастет до 45% (при этом на 0,915 станет около 20%). При изменении граунда ситуация изменится еще больше. Помните, что на низких частотах основной вклад в излучение в компактных устройствах играет как раз граунд, а антенна - это всего лишь элемент возбуждения граунда. Так что могу Вам сказать точно, что если Вы сделали граунд меньше, чем в оригинальном даташите, Ваша антенна будет работать хуже.
Сообщение отредактировал k0l0bun - Jun 26 2013, 10:21
|
|
|
|
|
Jun 26 2013, 16:23
|
Частый гость
 
Группа: Свой
Сообщений: 153
Регистрация: 5-10-12
Из: Санкт-Петербург
Пользователь №: 73 813

|
Цитата(EVS @ Jun 26 2013, 17:40)  С порядком не ошиблись  ? Нет, все верно.
|
|
|
|
|
Jun 26 2013, 18:51
|
Местный
  
Группа: Свой
Сообщений: 420
Регистрация: 22-12-04
Пользователь №: 1 608

|
Цитата(k0l0bun @ Jun 26 2013, 02:52)  В оригинальной конструкции (без корпуса, потери только в FR4 - 0,05 Siemens/m) максимум КПД излучения (30%) приходится как раз на 1 ГГц (равен 25% на 0,915). При укорачивании меандра (на глаз, как на Вашей картинке) максимум КПД сместится на 1,2 ГГц и возрастет до 45% (при этом на 0,915 станет около 20%). Ground у меня примерно того же размера как и в документе TI. Кстати в этом документе есть графики S11 которые очень похожи на то что я мерял только со сдвигом частоты и резонанс у меня не такой глубокий. Что не плохо для полосы. Никакого намека на резонанс на 0.7 у них не видно. Я еще раз померял свою антену в большем диапазоне. Небольшой резонанс на 1.95 ГГц и глубокий на 2.55 ГГц. Никакого намека больше нигде нет... Вопрос. Вы говорите КПД низкий. А куда именно девается энергия если на отраженее идет -12 дб. ? Потери в материале до 1 ГГц небольшие. Резисторов нет. Не понятно. Я не спорю а хочу понять.
|
|
|
|
|
Jun 27 2013, 01:11
|
Евгений
    
Группа: Свой
Сообщений: 1 167
Регистрация: 22-01-05
Из: С.-Петербург
Пользователь №: 2 115

|
Цитата(alexf) резонанс у меня не такой глубокий. Что не плохо для полосы. Никакого намека на резонанс на 0.7 у них не видно. Странный вывод. Вместо того, чтобы хотя бы в идеале положить нужный частотный участок в центр окружности требуемого КСВ, оставив себе максимум свободы, вы предпочитаете сразу загнать его куда-то на край. Чувствительность и к допускам на изготовление и к внешним факторам от этого уж точно не уменьшится. Резонанс на более низкой частоте, действительно, должен быть. Обычно процентов на 10-20 от основной. Как у любой классической IFA. Только ReZ на ней обычно превышает разумные пределы (за килоом) и практически не используется. Выведите на панораму комплексный Z и первый же пик амплитуды при пересечении нуля фазой - это оно. И, кстати... Размеры земли, приведенные в pdf, даже теоретически не могут обеспечить полосу в 50MHz по -10RL на этих частотах. Указанную на этих самых графиках. Просто из-за ограничения в добротности. Правда, Тексасы и не указали, что меряли ее именно на этой голой плате. Так что, относитесь к этим графикам... спокойно.
|
|
|
|
|
Jun 27 2013, 04:59
|
Частый гость
 
Группа: Свой
Сообщений: 153
Регистрация: 5-10-12
Из: Санкт-Петербург
Пользователь №: 73 813

|
Цитата(alexf @ Jun 26 2013, 22:51)  Никакого намека на резонанс на 0.7 у них не видно. Я еще раз померял свою антену в большем диапазоне. Небольшой резонанс на 1.95 ГГц и глубокий на 2.55 ГГц. Никакого намека больше нигде нет... Я имел ввиду равенство действительной части входного импеданса 50 Ом на 0,7 (первый параллельный резонанс (часто один из склонов -до/после резонанса), с которым обычно и работают, добавляя лампед элементы для компенсации реактивности на этой частоте), его по S11 (или КСВ) Вы не увидите. Цитата(alexf @ Jun 26 2013, 22:51)  Вопрос. Вы говорите КПД низкий. А куда именно девается энергия если на отраженее идет -12 дб. ? Потери в материале до 1 ГГц небольшие. Резисторов нет. Не понятно. Я не спорю а хочу понять. КПД не зависит от согласования. Он определяется только значением сопротивления излучения антенны и потерями в ней (в данном случае в основном как раз потерями в FR4).
Сообщение отредактировал k0l0bun - Jun 27 2013, 04:34
|
|
|
|
|
Jun 27 2013, 06:30
|
Частый гость
 
Группа: Свой
Сообщений: 153
Регистрация: 5-10-12
Из: Санкт-Петербург
Пользователь №: 73 813

|
Цитата(EVS @ Jun 26 2013, 20:51)  Спасибо за замечание. Действительно, если верить этой формуле, значение тангенса будет отличаться от заявленного производителем материала. Однако, в ходе исследований нашей корпорации, мы решили использовать для FR4 именно 0.05 Siemens/m - значение, принятое консилиумом производителей программного обеспечения для приложений, подобных текущему. КПД получится соответствующий реальному. Гарантированно для чуть меньших PCB. В этом примере гарантировать не могу, но точно должен быть близок к 0,05. Поэтому Цитата(Aner @ Jun 27 2013, 00:49)  Может что-то в ко .. (Ко ..рпоративный самописный софтвер) .. нсерватории поправить? поправлять ничего не будем.
Сообщение отредактировал k0l0bun - Jun 27 2013, 07:00
|
|
|
|
|
Jun 27 2013, 08:03
|
Местный
  
Группа: Свой
Сообщений: 420
Регистрация: 22-12-04
Пользователь №: 1 608

|
Цитата(k0l0bun @ Jun 26 2013, 21:59)  КПД не зависит от согласования. Он определяется только значением сопротивления излучения антенны и потерями в ней (в данном случае в основном как раз потерями в FR4). Мне по прежнему не понятно. На 915 МГц на моей (укороченой) антене импенданс весьма близок к "золотой середине" Smith chart. Откуда такие потери на этой частоте? Если бы так плохо себя вел материал, наверное рекомендовали бы другие решения. Еще я сравнивал как прием (по RSSI) так и передачу в режиме непрерывной несущей по анализатору в нескольких метрах с 1/4 волновой проволочкой. Результаты близкие, но на проволочку гораздо сильнее влияет положение рук.
|
|
|
|
|
Jun 27 2013, 08:13
|
Частый гость
 
Группа: Свой
Сообщений: 153
Регистрация: 5-10-12
Из: Санкт-Петербург
Пользователь №: 73 813

|
Цитата(alexf @ Jun 27 2013, 12:03)  Мне по прежнему не понятно. На 915 МГц на моей (укороченой) антене импенданс весьма близок к "золотой середине" Smith chart. Откуда такие потери на этой частоте? Если бы так плохо себя вел материал, наверное рекомендовали бы другие решения. Еще я сравнивал как прием (по RSSI) так и передачу в режиме непрерывной несущей по анализатору в нескольких метрах с 1/4 волновой проволочкой. Результаты близкие, но на проволочку гораздо сильнее влияет положение рук. А кто говорит, что FR4 - это хорошо? По моему мнению, это самый плохой вариант для PCB антенны на СВЧ. Дешевый - да. В мобильных телефонах, к примеру, используют диэлектрик, у которого потери в десятки раз меньше.
|
|
|
|
|
Jun 27 2013, 10:11
|
Евгений
    
Группа: Свой
Сообщений: 1 167
Регистрация: 22-01-05
Из: С.-Петербург
Пользователь №: 2 115

|
Цитата(k0l0bun) если верить этой формуле, Да можно и закону Ома не верить, это не криминал  . А вот Ансис со своим HFSS почему-то верит. Цитата(k0l0bun) но точно должен быть близок к 0,05. Да и не настаиваю В качестве последнего аргумента, понимая, что собственный опыт неизвестного человека с форума может и не быть весомым: Internal Multiband Printed Folded Slot Antenna For Mobile Phone Application"Notice that the system circuit board used here is a 0.8-mm thick FR4 substrate of relative permittivity (Er) 4.4, and its conductivity (Sigma) is 0.0055 S/m at 900 MHz and 0.0107 S/m at 2000 MHz." Кин-Лу Вонг - широко известный в узких кругах спец.
|
|
|
|
|
Jun 27 2013, 11:25
|
Частый гость
 
Группа: Свой
Сообщений: 153
Регистрация: 5-10-12
Из: Санкт-Петербург
Пользователь №: 73 813

|
Цитата(EVS @ Jun 27 2013, 14:11)  Да можно и закону Ома не верить, это не криминал  . А вот Ансис со своим HFSS почему-то верит. Да и не настаиваю В качестве последнего аргумента, понимая, что собственный опыт неизвестного человека с форума может и не быть весомым: Internal Multiband Printed Folded Slot Antenna For Mobile Phone Application"Notice that the system circuit board used here is a 0.8-mm thick FR4 substrate of relative permittivity (Er) 4.4, and its conductivity (Sigma) is 0.0055 S/m at 900 MHz and 0.0107 S/m at 2000 MHz." Кин-Лу Вонг - широко известный в узких кругах спец. Спасибо за ссылку. По поводу авторитетности Кин-Лу Вонга ничего плохого говорить не буду. Причина спора, думаю, в том, что я использую именно материал с 0,05 (возможно, не FR4, или как минимум не тот FR4, который использовал Вонг). Возможно, было слишком смело убеждать в противоречащих теории результатах. Однако, я все равно буду использовать в своих расчетах именно 0,05, поскольку только с этим значением получается соответствие с экспериментальными результатами. Для Вонга, кстати, было тоже довольно смело писать значения сигмы с такой точностью. alexf, думаю, Вы можете смело использовать 0,0055, у Ваш КПД излучения будет выше, чем я указал ранее, так что Вам не следует так беспокоиться об этом.
|
|
|
|
|
Jul 8 2013, 14:17
|

Знающий
   
Группа: Свой
Сообщений: 719
Регистрация: 14-07-05
Из: Москва
Пользователь №: 6 787

|
Вот это полемика разгорелась  Собственно, хотел добавить свой ответ на вопрос топикстартера (надеюсь, что не попаду под горячую руку, точнее - слово  ): Цитата(alexf @ Jun 15 2013, 04:24)  Из программ имеющихся в заветном месте, что можно использовать для моделирования? Чтобы не слишком долго осваивать? Использовал для расчета IFA AWR DE и вот, что получилосьВ общем, по частоте получилось неплохо - можно не подстраивать. На мой взгляд, отрисовать топологию в 2D проще, чем в 3D (хотя, это дело привычки, наверное).
--------------------
|
|
|
|
1 чел. читают эту тему (гостей: 1, скрытых пользователей: 0)
Пользователей: 0
|
|
|