Широкополосные антенны и CST Опции

[Demonis]

М использованием различных методов оптимизации была спроэктирована штрокополосная антенна на диапазон частот 3.1 - 10.6 ГГц. Уровень КСВН <2, поставленным в оптимизации требованиям по излучению тоже удовлетворил. Но вот возник существенный для широкополосных антенн вопрос: линейность фазовой характеристики? Причем в книгах и статьях рассматривают линейность фазовой характеристики КСВН, как условие излучения неискаженного импульса. В то же время другие авторы уходят от этого (определение неискаженности формы импульса по фазовой характеристике КСВН) и измеряют сам импульс в дальней зоне и кореляцией находят его соответствие подаваемому на вход антенны. Какой из этих методов более правильный?? И существуют ли оффициальные требования по фазовой характеристике к антеннам на диапазон 3.1 - 10.6ГГц??

P.S. Как бы получить форму импульса в дальней зоне используя CST???

[vhlshik]

для получения формы импульса в дальней зоне логично было бы использовать fdtd.

официальные требования предъявляются к конкретным стандартам, напр. CDMA. Требование в официальном документе типа "фазовая характеристика любой антенны диапазона... должна..." будет выглядеть глупо. Расскажите, под что вы делаете.

[Demonis]

Конечно глупо требовать линейность фазовой характеристики для всех протоколов. Но все таки протоколы для частот 3.1 - 10.6 ГГц ориентированы на работу с импульсными сигналами - так что линейность фазы вроде как лишней совсем не будет.

Порискал по статьям за последнее время - вроде таки требуют линейность фазовой характеристики коэфф. передачи (так сказать S21) от входа одной антены к выходу другой (обычно и используют 2 антенны, характеристики которой ищут).

Возник вопрос по CST - можно ли считать то, что принимает PROBE в CST как выход некоторой идеализированной антенны?? И какой PROBE лучше использовать, тот который попадает в зону расчета или тот который нет (так называемый farfield probe)?? Есть у кого-то опыт работы с пробниками??

заранее спасибо за ответ

[Lens]

...линейность фазовой характеристики...

Линейность зависит от равенства времени (пути) прохождения сигнала от источника до мест откуда он излучается, а также от наличия в антенне элементов влияющих на скорость распространения, скажем диэлектриков ее замедляющих. Похоже на то, что CST должен позволять просматривать не только амплитуду но и фазу, в калькуляторе поля разве ничего не удается сделать ? Фазу можно раздобыть и непосредственно из комплексных векторов. Попробуйте все таки помучить калькулятор полей.

[Demonis]

Не совсем понятно что имеется ввиду под калькулятором поля??? При использовании Probe как раз и можно замерить поле выбранной поляризации в некой точке. И как указывается в хелпе - With this norming, the frequency domain data can be considered as being a transmission function between the stimulation port and the electromagnetic field at the probe’s position and orientation. - отсюда вроде как вытаскивается искомая фазовая характеристика коэфф. передачи. Так ли это??

С пробником который располагается в пределах области расчета все понятно - он записывает значение поля в выбранной точки и все потом получает через преобразование Фурье. Вот только располагать пробник в дальней зоне и в областе расчета как-то неэкономно с точки зрения расчета.

Есть вариант E-field (farfield), когда пробник располагается за пределами области расчетаю Как он получает значения поля?? (какие интерполяции использует???)

И еще непонятно как ведет пробник, когда на структуру наложены условия симетрии. Кто-то использовал вообще пробники в работе???

[Demonis]

Что-то Probe не очень мне нравится - уж больно линейную видает фазовую характеристику передачи (причем для разных профилей плоского диполя). Вопрос о том как в CST получить фазовую характеристику системы состоящей из двух одинаковых антенн (находящихся по отношению друг к другу в дальней зоне) остается актуальным.

[monya]

Antena eta skoree vsego pod UWB priyomo peredatchik?
Esli tak to v zavisimosti na kakoi UWB standart vi nacelilis vam sleduet vziat dannie o groupe delay iz standarta i poschitat kakiya u vas zadergka fazi poluchaetsia. Chasto groupe delay ochen giostko zafiksirovan standartom.

[Demonis]

До сих пор это было академическое исследование, поэтому вопрос о стандарте не стоял - стояла задача разработки небольшой плоской антенны для частот 3.1-10.6 ГГц. Когда же попытался разобраться, где же реально используется вся полоса, то возникли проблемы. Стандарт 802.15.3а так до конца вроде бы и не довели, в старом стандарте 802.15.4 (2003 год) этого еще не было.

Так что был бы благодарен за конкретные ссылкы для спецификаций антенны под различные стандарты (работающие и в полосе 3.1-10.6 ГГц)

[monya]

Esli eto akademichsekiy proekt to dumau mogno neparitsia po povodu fazi. Mogno prosto obosnovat tem chto RX/TX dolgni sootvetstuushim obrazom korektirovat GD v sootvetsivi standarta. Naprimer do urovnia 1ns, navernoe eto dlia kagdogo banda.
Esli interesuet to vam nado iskat infu po UWB MBOA naprimer zdes http://www.wimedia.org/
Vsio chto sviazano s rabotoi na etix chastotax isho do konca neogovoreno poetomu est opredelionaya stepen svobodi vibora parametrov vsei sistemi.
Infi po antenam u menia net. Xochu lish podcherknut chto anteni dlia etix chastot ochen perspektivnoe napravlenie.

[SoHm]

Народ, помогите. Короче в CST или XFDTD надо смоделировать Широкополосный ТЕМ рупор. Мне надо посчитать ДН для Моноимпульсf длительностью 1ns. Чтот ни где не выходит. В XFDTD вообще непонял как 3D ДН получить если импульс. В CST как будто у меня одни порт без антенны. Порт я дискретный задаю - 50Ом. Mesh мож что не так делаю? какие размеры брать? Мож кто поможет, подскажет чего?
ru.ilma@mail.ru Может кто посмотрит, я файлики скинуть могу.

[Demonis]

Если ТЕМ-рупор то по идее удобнее использовать waveguide port. А если не устраивает стандартный сигнал возбуждения в CST - так ведь можно задать свой.... (это так в общем не видя модели)

[SoHm]

Вот модель в MWS, в XFDTD по-позже скину (что-то плохо скопировалась). Что-то считает но чтот не очень похоже. Он что, только на определенной частоте считает ?
Ещё вопрос как смоделировать такую ситуацию. Передающую и приёмную антенну, чтоб посмотреть принятый антенной сигнал отраженный скажем от металлического листа на расстоянии 1м, что надо сделать?

Прикрепленные файлы

 1000P_MWS.rar ( 232.08 килобайт ) Кол-во скачиваний: 64

 

[SoHm]

Вот в XFDTD.
Такой вопрос как задать поглощающий материал? И материал с поверхностным сопротивлением?

Прикрепленные файлы

 fdtd.rar ( 33.5 килобайт ) Кол-во скачиваний: 41
 __________.rar ( 309.96 килобайт ) Кол-во скачиваний: 38

 

[sank]

Что-то Probe не очень мне нравится - уж больно линейную видает фазовую характеристику передачи (причем для разных профилей плоского диполя). Вопрос о том как в CST получить фазовую характеристику системы состоящей из двух одинаковых антенн (находящихся по отношению друг к другу в дальней зоне) остается актуальным.

По поводу уж больно линейной характеристики. Судя по всему Вам считать нужно таки именно пробом в дальней зоне, но фаза будет содержать линейную часть, соответствующую времени распространения сигнала до проба, поэтому реальную информацию о линейности фазы будет содержать ее производная, либо же сама фаза, но после линейного детренда.

Не совсем понятно что имеется ввиду под калькулятором поля??? При использовании Probe как раз и можно замерить поле выбранной поляризации в некой точке. И как указывается в хелпе - With this norming, the frequency domain data can be considered as being a transmission function between the stimulation port and the electromagnetic field at the probe’s position and orientation. - отсюда вроде как вытаскивается искомая фазовая характеристика коэфф. передачи. Так ли это??

С пробником который располагается в пределах области расчета все понятно - он записывает значение поля в выбранной точки и все потом получает через преобразование Фурье. Вот только располагать пробник в дальней зоне и в областе расчета как-то неэкономно с точки зрения расчета.

Есть вариант E-field (farfield), когда пробник располагается за пределами области расчетаю Как он получает значения поля?? (какие интерполяции использует???)

И еще непонятно как ведет пробник, когда на структуру наложены условия симетрии. Кто-то использовал вообще пробники в работе???

По поводу экономности расположения нескольких пробников -- это не должно быть проблемой. От количества пробников время расчета не должно существенно зависеть (особенно от пробников в ближней зоне, для дальней требуется пересчет, но не по объему структуры, а только по поверхности).

Для пробника в дальней зоне делается пересчет по так называемым методам Near-to-Far Field. Подробное описание можно найти в любой приличной книге по FDTD. Если коротко, то записываются тангенциальные поля на поверхности границы счета, пересчитываются в эквивалентные поверхностные токи (магн/электр), и считается излучение этих эквивалентных токов в заданной точке в дальней зоне. Все это делается синхронно с шаганием по времени, поэтому дополнительной памяти не требуется.

Вот модель в MWS, в XFDTD по-позже скину (что-то плохо скопировалась). Что-то считает но чтот не очень похоже. Он что, только на определенной частоте считает ?
Ещё вопрос как смоделировать такую ситуацию. Передающую и приёмную антенну, чтоб посмотреть принятый антенной сигнал отраженный скажем от металлического листа на расстоянии 1м, что надо сделать?

Для моделирования передающей и приемной антенны проще всего исползовать свойства взаимности антенны. Короче, если известна связь между поданным на порт антенны и излученным в заданном направлении сигналом, то получить связь между временной формой пришедшей с заданного направления плоской волны и наведенным на порте приемной антенны сигналом есть дело техники.
Подробности можно найти в:
Farr E. G. and Baum C. E. Time Domain Characterization of Antennas with TEM Feeds // Sensor and Simulation Notes. – 1998. – Note 426 (По-моему, эти материалы были выложены где-то на сайте Магдебургского университета)
Scheers B. Ultra-Wideband Ground Penetrating Radar, with Application to the Detection of Anti Personnel Landmines: Ph.D. thesis / Université Catholique de Louvain, Laboratoire D’Hyperfréquences. – Louvain-la-Neuve (Belgium), March 2001. – 277 p. (Брал когда-то на сайте автора. Поищи в сети по фамилии).

[Demonis]

Все симуляции проводил на антенне без всяких подложек. Но так как для измерений антенна будет делаться на подложке, то просчитал в CST и такой вариант. Очень удивил тот факт, что наличие подложки сильно влияет на диаграмму направленности, а кроме того в связи с наличием диэл. подложки антенну надо уменьшать явно не так сильно как того требует грубая формула sqrt((1+eps)/2). Раньше с таким вроде не встречался. Может кто знает литературу по этой тематике?? (но именно просто о влиянии подложки на характеристики печатного диполя, а не о patch антеннах). Заранее спасибо за ответы

[sank]

Все симуляции проводил на антенне без всяких подложек. Но так как для измерений антенна будет делаться на подложке, то просчитал в CST и такой вариант. Очень удивил тот факт, что наличие подложки сильно влияет на диаграмму направленности, а кроме того в связи с наличием диэл. подложки антенну надо уменьшать явно не так сильно как того требует грубая формула sqrt((1+eps)/2). Раньше с таким вроде не встречался. Может кто знает литературу по этой тематике?? (но именно просто о влиянии подложки на характеристики печатного диполя, а не о patch антеннах). Заранее спасибо за ответы

Судя по всему, Вы работаете не просто с диполем, а с "толстым" диполем вроде bow-tie или diamond. В таких антеннах существенным является импеданс в точке запитки (импеданс конической линии для bow-tie или щелевой для diamond). Подложка очень сильно на него влияет. Скорее всего этим и объясняется особенность с масштабированием.
По поводу диаграммы направленности:
1) есть антенны, в которых сверхширокополосное излучение формируется бегущей волной (когда конец антенны хорошо согласован, например, bow-tie с резистивной или емкостной нагрузкой), в этом случае наличие подложки приводит к замедлению волны, а это в зависимости от типа излучения (апертурное или осевое) влияет на ширину ДН как 1/lambda или 1/sqrt(lambda)
2) в других антеннах (например, diamond или эллиптический/круговой диполь), широкополосность достигается за счет мультирезонансного механизма (структуру можно возбудить на нескольких модах, спектральные линии которых перектрываются и образуют широкую полосу). Т.е. излучает распределение токов в виде стоячей волны. Такие антенны обычно непригодны для импульсного излучения (если только это не "малая" антенна по сравнению с длительностью импульса), но могут быть использованы для широкополосных многочастотных применений. Влияние подложки здесь сказывается на спектре мод, который, в силу наличия диэлектрической неоднородности, не будет линейно масштабироваться.

[Demonis]

В том то и дело, что в антенне нет ни резонансов ни бегущих волн, а широкополосность достигается изменением профиля bow-tie антенны. Вот потому и удивительно несовпадение масштабирующих коэфф. для КНД и импеданса. Буду смотреть, что творится с другими профилями и в другой программе.

[sank]

В том то и дело, что в антенне нет ни резонансов ни бегущих волн, а широкополосность достигается изменением профиля bow-tie антенны. Вот потому и удивительно несовпадение масштабирующих коэфф. для КНД и импеданса. Буду смотреть, что творится с другими профилями и в другой программе.

Если речь идет о bow-tie, то

грубая формула sqrt((1+eps)/2)

и не будет работать. Эта формула расчитана на то, что половина энергии волны "бежит" в воздухе, а половина -- целиком в подложке. Это верно только для щелевой линии, для полосковой линии, например, это уже не верно, так как в ней большая часть энергии бежит в подложке, а для bow-tie это не верно, потому что большая часть волны бежит в воздухе так как ширина полоски значительно больше толщины подложки (по крайней мере вдали от точки запитки )

[Alex643]

...Стандарт 802.15.3а так до конца вроде бы и не довели, в старом стандарте 802.15.4 (2003 год) этого еще не было.
Так что был бы благодарен за конкретные ссылкы для спецификаций антенны под различные стандарты (работающие и в полосе 3.1-10.6 ГГц)

Что касается UWB, то стандартов ещё не существует, даже черновых (draft). Тот же MBOA уже несколько лет никак не разродится. Если у кого есть обратная информация, то прошу дать ссылку на описание стандарта или где его можно купить.

Проблема стандартизации не в последней степени связана с тем, что во многих странах до сих пор решаются вопросы - разрешать работу UWB или нет, а если да, то в каких диапазонах частот и с какой мощностью. Правда в США разрешили в 2002 году и цифры 3.1-10.6 ГГц, как Вы знаете, берут начало оттуда. Однако в Европе и Азии (Япония, Ю. Корея) вышеупомянутый диапазон предполагается разбить на два поддиапазона нижний и верхний. В нижнем диапазоне (4.2-4.8 ГГц), работа UWB устройств будет разрешена только до 2010г. Для более подробной информации можно покопаться здесь .

Также может пригодится ссылка на антенну, похожую на Вашу.

[Demonis]

2 Alex643

Спасибо за ссылочку - посмотрел антенны. Ну а то что стандарта нет я уже понял (и по всей видимости единого стандарта так и не появится, теперь над этим две группы будут работать отдельно)

2 sank

По поводу коэффициента масштабирования разобрался. Уровнять их удалось обрезав диэлектрик по контуру антенны (пока только в CST - жду макета). Интересно, с чем было связано паскудство диэлектрика на высоких частотах (уменьшение излучения в направлении фи=0 тета=0 в верхней половине диапазона на 4 дБ без учета потерь, т.е. Directivity а не Gain - ну и соответственно максимумы излучения в совсем других направлениях)?? Поверхносная волна в части диэлектрика за пределами антенны??? Как можно проверить догадку в CST?? Какие характеристики или поля посмотреть???

[sank]

По поводу коэффициента масштабирования разобрался. Уровнять их удалось обрезав диэлектрик по контуру антенны (пока только в CST - жду макета). Интересно, с чем было связано паскудство диэлектрика на высоких частотах (уменьшение излучения в направлении фи=0 тета=0 в верхней половине диапазона на 4 дБ без учета потерь, т.е. Directivity а не Gain - ну и соответственно максимумы излучения в совсем других направлениях)?? Поверхносная волна в части диэлектрика за пределами антенны??? Как можно проверить догадку в CST?? Какие характеристики или поля посмотреть???

См. в атачменте диссертация одного, по-моему бельгийского, товарища по поводу расчета линейно расширяющейся щелевой антенны. Это "дополнительная" к bow-tie антенна (где у bow-tie металлизация -- там у LTSA ее нет и наоборот). Соответственно расчет собственных мод такой структуры (с учетом подложки) будет одинаковым. В первой главе автор как раз и рассматривает, на каких частотах поверхностная волна не должна влиять.

По поводу провала в ДН на высоких частотах -- посмотрите на симметричность ДН в Е- и Н-плоскостях -- куда отклоняются лепестки.

P.S.
Атачмент, почему-то не цепляется, хотя по размеру всего 1.4 Мб. Могу выслать на e-mail.

Сообщение отредактировал sank - Apr 12 2007, 19:11

[Demonis]

тогда плиз на почту vddimon[собака]yandex[точка]ru. сорри за такое написание - защищаемся от спама. А диаграмма симметричная - ну не может диелектрик в 0.5 мм ее сильно перекосить. Пока вот обнаружел в диэлектрике между плечами антенны большую концентрацию поля чем при отсутствии диэлектрика (причем это явно проявляется сильнее на высоких частотах). Заранее благодярен за файл диссера.