Антена на плате Опции

[UA1CFM]

Стоит задача: рассчитать входной импеданс антенны в виде полосковой линии на плате из одностороннего материала RF4. Подскажите, какую модель подложки лучше выбрать? Пытался это сделать в Agilent2005 - на приатаченных фото, но что то не получается. Желательно вариант для Agilent.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Valery_Vlad]

При такой форме антенна не должна работать.

[UA1CFM]

При такой форме антенна не должна работать.

Антенна взята из документации к микросхеме Chipcon CC400, на рисунке скриншот *.pdf.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[UA1CFM]

Я создавал в Агиленте сначала схему, потом импортировал её в топологию. Подложку экспортировал в топологическом редакторе из схемы и подредактировал вручную. А Агилент сможет расчитать импеданс, если сразу в топологическом редакторе, например в слое COND, нарисовать три прямоугольника медью и навесить порт? Мне этот расчёт нужен чтобы посмотреть насколько критичен импеданс от смены параметров. В *.pdf по центру антенны стоит разъём, он будет исключён. На схеме согласование антенны с 50 омами сделан двумя индуктивностями: параллельной 18 нанагенри и последовательной 56 нанагенри (от разъёма 50 ом). При такой схеме импеданс согласования видимый со стороны антенны будет 24.48 + j177.35 ом на частоте 433 Мгц, а значит импеданс антенны должен быть около 24.48 -j 177.35 ом. Охото проверить эту загогулину прежде чем она будет вытравлена на текстолите.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Valery_Vlad]

По горизонтальной и вертикальной части антенны токи текут в противоположные стороны. Поля образованные этими частями будут компенсироватся. Излучать будет вертикальная часть антенны.
Лучше делать рамочную антенну.

Сообщение отредактировал Valery_Vlad - Jan 14 2006, 13:39

[UA1CFM]

По горизонтальной и вертикальной части антенны токи текут в противоположные стороны. Поля образованные этими частями будут компенсироватся. Излучать будет вертикальная часть антенны.
Лучше делать рамочную антенну.

Вот и у меня возникали сомнения в этой антенне. Хочу её смоделировать, поэтому у меня куча вопросов по агиленту. В агиленте после анализа можно посмотреть её диаграму излучения в трёхмерном виде ну и S параметры расчитать естественно. На рисунке где диаграмма Смита есть зелёная точка - это я пытался расчитать её в микроволновом офисе как EM структуру. Точка далековато от "целевой", нужно считать ... считать ...

[UA1CFM]

На этом рисунке - мои попытки её смоделировать в офисе. Прямоугольники в центре это типа имитация разъёма Отодвинул антенну от краёв и длинну линии питания исключил из S параметров. Кубик сделал трёхслойный: 1 - воздух, 2 - RF4, 3 - воздух. Верхняя и нижняя крышка кубика как "open 377 ом". В этом варианте сильно влияет на импеданс толщина 1 и 3 воздушного слоя - тоже непонятно при каких значениях толщины воздуха антена будет в "реальных условиях".

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Valery_Vlad]

В учебных целях можно. Практически надо сделать спиральную антенну из обычного обмоточного медного провода. Потери на текстолите большие. Пробовал делать на текстолите спираль, получилось плохо, все согласовалось но излучения мало. Эта задача учебная или практическая?

Сообщение отредактировал Valery_Vlad - Jan 14 2006, 14:17

[UA1CFM]

В учебных целях можно. Практически надо сделать спиральную антенну из обычного обмоточного медного провода. Потери на текстолите большие. Пробовал делать на текстолите спираль, получилось плохо, все согласовалось но излучения мало. Эта задача учебная или практическая?

Практическая, а заодно и учусь на этой загогулине работать в агиленте, офисе, сонете и других интересных прогах

Сообщение отредактировал UA1CFM - Jan 14 2006, 14:22

[Valery_Vlad]

Тогда надо делать практически. Берется провод диаметром 0.8 и мотается на сверле диаметром 4, примерно витков 20 виток к витку. Полученную спираль подключить к антенному анализатору и смотрят согласование на рабочей частоте. При небоходимости надо укоротить или домотать. Можно получить КСВ 1.5 в полосе 30 МГц. на рабочей 434 МГц.

[UA1CFM]

Тогда надо делать практически. Берется провод диаметром 0.8 и мотается на сверле диаметром 4, примерно витков 20 виток к витку. Полученную спираль подключить к антенному анализатору и смотрят согласование на рабочей частоте. При небоходимости надо укоротить или домотать. Можно получить КСВ 1.5 в полосе 30 МГц. на рабочей 434 МГц.

Это прям какая то дроссельная антенна получается. Антенна - дросель! WOW

[Valery_Vlad]

Забыл добавить, что у этой антенны должен быть противовес. Либо 1/4 волны провода, либо корпус прибора.

[UA1CFM]

Забыл добавить, что у этой антенны должен быть противовес. Либо 1/4 волны провода, либо корпус прибора.

Конструкция получится не шибко жёсткая. А если её и действительно сделать так как вы говорите и залить чем-нить ... чем например?

[Valery_Vlad]

Можно увеличить диаметр провода или залить лаком. При заливке может уйти частота вниз, но можно подрезать антенну и восстановить уход. При увеличении диаметра придется увеличить количество витков. Ну а далее подстроить по прибору.

[UA1CFM]

Можно увеличить диаметр провода или залить лаком. При заливке может уйти частота вниз, но можно подрезать антенну и восстановить уход. При увеличении диаметра придется увеличить количество витков. Ну а далее подстроить по прибору.

Метода понятна. А вы ещё говорили про рамочную, какова её эффективность по отношению к уже упоминавшимся? Я имею ввиду опять же вариант на RF4. И сколько этот RF4 забирает драгоценных миливатт?

[Valery_Vlad]

Эффективность рамки пропорциональна площади рамки и количества витков (в квадрате). Практически кпд может быть около 5% по сравнению со спиралью. Во многих случаях этого может быть достаточно. А потери в этом диэлектрике не могу сказать какие. Дело еще и не диэлектрике. Обратная сторона фольги приклеенная к текстолиту наподобие губки, пористая. Из за этого возникают потери в поверхностном слое, скин-эффект. Малая глубина проникновения тока на вч, и распростроняясь по шершавой поверхности часть мощности рассеивается на этом сопротивлении.
И еще полоса пропускания рамки мала.

[Stanislav]

Эффективность рамки пропорциональна площади рамки и количества витков (в квадрате)...

Простите, Вы не ошиблись? Насчет количества витков? Если нет, что тогда подразумевается под эффективностью и как правильно ее оценить?

[UA1CFM]

Эффективность рамки пропорциональна площади рамки и количества витков (в квадрате). Практически кпд может быть около 5% по сравнению со спиралью. Во многих случаях этого может быть достаточно. А потери в этом диэлектрике не могу сказать какие. Дело еще и не диэлектрике. Обратная сторона фольги приклеенная к текстолиту наподобие губки, пористая. Из за этого возникают потери в поверхностном слое, скин-эффект. Малая глубина проникновения тока на вч, и распростроняясь по шершавой поверхности часть мощности рассеивается на этом сопротивлении.
И еще полоса пропускания рамки мала.

Если я всё правильно понял, то эффективность рамочной антенны на текстолите всего 5% от проволочной, которую вы предлагали сделать?

Эффективность рамки пропорциональна площади рамки и количества витков (в квадрате)...

Простите, Вы не ошиблись? Насчет количества витков? Если нет, что тогда подразумевается под эффективностью и как правильно ее оценить?

"Эффективность антенны - способность преобразовывать электрический сигнал в электромагнитное излучение и направлять с максимальной равномерностью в нужном потребителю направлении и наоборот."

http://www.longrange.ru/range/range.html

[Stanislav]

"Эффективность антенны - способность преобразовывать электрический сигнал в электромагнитное излучение и направлять с максимальной равномерностью в нужном потребителю направлении и наоборот."

http://www.longrange.ru/range/range.html

Спасибо, однако там неясно. КПД, что ли?

[Valery_Vlad]

Прошу прощенья!
По части эффективности рамочной антенны.
Действующая высота рамочной антенны:

H=2*Pi*N*S/L

Где N количество витков рамки, S площадь рамки, L длина волны. Все в основных единицах.

Это характеристика антенны на прием.

На передачу: сопротивление излучения.

R=80*(Pi)*(Pi)*(H/L)*(H/L)

Где H Действующая высота рамочной антенны, L длина волны.

[Stanislav]

Прошу прощенья!
По части эффективности рамочной антенны.
Действующая высота рамочной антенны:

H=2*Pi*N*S/L

Где N количество витков рамки, S площадь рамки, L длина волны. Все в основных единицах.

Это характеристика антенны на прием.

На передачу: сопротивление излучения.

R=80*(Pi)*(Pi)*(H/L)*(H/L)

Где H Действующая высота рамочной антенны, L длина волны.

Простите еще раз, а как эффективность зависит от действующей высоты и что все-таки подразумевать под эффективностью? Вопрос далеко не праздный. Кроме того, я считал, что КПД электрически малой рамочной антенны зависит только от ее площади (ну, еще немного от конструктивного исполнения), а количество витков определяет только ее эквивалентное электрическое сопротивление, или "коэффициент трансформации" электромагнитной энергии поля в электрическую.

Сообщение отредактировал Stanislav - Jan 15 2006, 10:12

[Valery_Vlad]

В рамке текут большие токи, и как положено по тонкому поверхностному слою. И активное сопротивление рамки на вч зависит от чистоты поверхности проводника рамки, проводимости, и от диаметра, и добротности конденсатора для настройки рамки.
И еще забыл написать, когда писал про рамку, что это не про полноразмерную рамочную антенну, там излучение нормальное. При размере рамки менее 0.1 от длины волны, которые используются, например, в пейджерах, и в брелоках.

[Stanislav]

Конструкция получится не шибко жёсткая. А если её и действительно сделать так как вы говорите и залить чем-нить ... чем например?

А я так вот делал: брал полиэтиленовую сердцевину от кабеля, центральный проводник удалял, мотал на него сколько надо + запас. Далее один конец заделывал в байонетный разъем, и все - в термоусадку. Потом можно легко отмотать сколько нужно. Собственно, способ стандартный, я такие еще в 80-х годах видел, а о методике изготовления в "Радио" прочитал.

[UA1CFM]

На мой взгляд неплохо изложена теория вот в этой книге http://www.ece.rutgers.edu/~orfanidi/ewa/ Жаль, что не по русски.

Конструкция получится не шибко жёсткая. А если её и действительно сделать так как вы говорите и залить чем-нить ... чем например?

А я так вот делал: брал полиэтиленовую сердцевину от кабеля, центральный проводник удалял, мотал на него сколько надо + запас. Далее один конец заделывал в байонетный разъем, и все - в термоусадку. Потом можно легко отмотать сколько нужно. Собственно, способ стандартный, я такие еще в 80-х годах видел, а о методике изготовления в "Радио" прочитал.

Понял! Получается как у портативной радиостанции, только укороченная.

[Valery_Vlad]

ЭДС наведенная в антенне равна:

E=H*e
где Н - действующая высота антенны м, е - напряженность электрического поля в данной точке мкВ/м.

Из формулы видно чем больше действующая высота антенны, тем болше ЭДС.

[Stanislav]

ЭДС наведенная в антенне равна:
E=H*e
где Н - действующая высота антенны м, е - напряженность электрического поля в данной точке мкВ/м.
Из формулы видно чем больше действующая высота антенны, тем болше ЭДС.

Готов присягнуть, что это так. Однако, все же, что подразумевать под эффективностью?

[UA1CFM]

ЭДС наведенная в антенне равна:

E=H*e
где Н - действующая высота антенны м, е - напряженность электрического поля в данной точке мкВ/м.

Из формулы видно чем больше действующая высота антенны, тем болше ЭДС.

Это наверное для случая, когда приёмная антенна удалена от передающей на значительное растояние и они друг друга не видят из-за горизонта. А эта формула наверное соврёт если антенна приёмника и передатчика лежат на одном столе

[Valery_Vlad]

Укорачивать можно четверьволновый штырь, и если длина волны достаточно большая. На 434 МГц длина волны 69 см. Четверть будет 173 мм и с учетом диаметра полотна антенны еще меньше. Можно особо не заморачиваться, хотя видел укороченные такие длиной где то 50 мм.

Когда приемник и передатчик находятся рядом, это соблюдается, но характер поля в ближней зоне не такой как в дальней, может вы это имели ввиду?

Что касается эффективности. В качестве меры эффективности выстуает КПД антенны. У любой антенны есть сопротивление потерь и сопротивление излучения, и они в схеме включены последовательно. И в случае малой рамки сопротивление излучения величина малая, в этом можно убедиться. В основном мощность рассеивается на сопротивлении потерь.

[UA1CFM]

Наверное неспроста на портативках делают антенны именно такие, а не "топологические". В агиленте вроде есть контролеры для расчёта качества приёма на удалении. Нужно "забацать" расчётик

[Stanislav]

Укорачивать можно четверьволновый штырь, и если длина волны достаточно большая. На 434 МГц длина волны 69 см. Четверть будет 173 мм и с учетом диаметра полотна антенны еще меньше. Можно особо не заморачиваться, хотя видел укороченные такие длиной где то 50 мм.

Да, у меня частоты были гораздо меньше - 28 и 144 МГц. Помнится, я даже двухдиапазонную на эти частоты замутил указанным выше способом. Из аппаратуры только осциллограф тогда был...

Что касается эффективности. В качестве меры эффективности выстуает КПД антенны. У любой антенны есть сопротивление потерь и сопротивление излучения, и они в схеме включены последовательно. И в случае малой рамки сопротивление излучения величина малая, в этом можно убедиться. В основном мощность рассеивается на сопротивлении потерь.

Да, помнится в том же "Радио" были хорошие статьи Полякова и Гречихина на эту тему. Полез в местные закрома - представляете, архива журнала нетути. Дожили... Может, кто подскажет, где скачать, я его тогда на FTP залью.

ЗЫ. На сайт журнала тоже лазил, в архив - там у них черт ногу сломит. А номера за последние годы - похоже, платные.

Сообщение отредактировал Stanislav - Jan 14 2006, 17:21

[UA1CFM]

Из аппаратуры только осциллограф тогда был...

А как им одним настроить? Если только менять частоту и смотреть на какой частоте будет провал амплитуды...?

[Stanislav]

Из аппаратуры только осциллограф тогда был...

А как им одним настроить? Если только менять частоту и смотреть на какой частоте будет провал амплитуды...?

Нет, по максиму амплитуды поля - измерял детектором поля на расстоянии, при антенне, подключенной к передатчику. Выходной каскад настраивал с помощью осциллка. Давно дело было...

Вот, нашел чего-то в Яндексе: 1, 2. Для начала почитать будет достаточно.

[UA1CFM]

И всё-таки, какую подложку лучше использывать, чтобы сэмулировать "загогулину" в агиленте или на худой конец в офисе? У себя в проэкте обнаружил парадокс: свободный конец антены как бы висит в воздухе не подключенный никуда, а элемента для этой подложки, который обозначит "конец" нету.

Вот, нашел чего-то в Яндексе: 1, 2. Для начала почитать будет достаточно.

Спасибо!

[Roman_UA1CEA]

Если рассматривать в качестве антенны четвертьволновый штырь, свернутый в спираль (т.н. "спиральная антенна"), а в качестве противовесов металлический корпус прибора, или преобладающюю "земляную" медь, то эффективность излучения такой антенны зависит от правильности согласования с выходом передатчика (входом приёмника). Если предположить, что их импеданс ~50 Ом, то есть одна рекомендация, как скомпенсировать Rx антенны
(реактивную состовляющую). То есть с помощью этой нехитрой катушки (согласующего элемента) добиваемся КСВ 1.0 на требуемой частоте, при этом реактивность --> 0. Как следствие антенно-фидерный тракт работает с максимумом КПД.

Согласующий элемент содержит 2-3 витка провода того же диаметра, которым намотано полотно антенны, подбирается эктпериментально, по минимуму Rx по антенному анализатору (или по минимуму КСВ за неимением этого анализатора).

Широкополосность такой антенны приемлимая, т.е. согласующий элемент на широкополосность особенно не влияет.

Рисунок прилагается.

Прикрепленные файлы

 ____________.bmp ( 33.46 килобайт ) Кол-во скачиваний: 185

 

[Valery_Vlad]

В правильно выполненой антенне нет нужды в компенсации. На рабочей частоте КСВ равен 1. И ширина зоны в которой КСВ не превышает 1.5 может быть 30 МГц, в зависимости от коэффицента укорочения. Проверно практически.

[Roman_UA1CEA]

В правильно выполненой антенне нет нужды в компенсации. На рабочей частоте КСВ равен 1. И ширина зоны в которой КСВ не превышает 1.5 может быть 30 МГц, в зависимости от коэффицента укорочения. Проверно практически.

Согласен... в случае, когда полотно антенны находится за пределами устройства.

Но мы же говорим об антенне внутри устройства. Хорошо, если корпус полностью пластиковый, а если
с корпусными элементами из металла "массы". Вот её, эту массу, и компенсирую.

Порой, без использования элементов согласования, даже "правильно выполненной антенны" бывает невозможно добиться приемлемого КСВ 1.0-1.3 в заданной полосе. Например, в случае, когда полотно антенны, с 3-х сторон окружено металлическим корпусом устройства (естественно, с некоторым отступом, т.е. полотно не должно лежать непосредственно на земле, такую "антенну" никогда не настроите). Именно этот случаё я и имел в виду, отправляя пост.

Тоже проверено практически.

[Valery_Vlad]

Да, если антенна находится близко к металлу, то требуется компенсация емкости. Но при этом полоса антенны становится сильно уже. Пробовал устанавливать диполь над металлом, история аналогичная. Узкая полоса и компенсирующая катушка. И возрастают потери на нагрев окружающего металла.

[Roman_UA1CEA]

Если металл очень близко, и его много, то бывали случаи что антенна строилась в КСВ по уровню 2 в полосе всего 1 мегагерц. Для определенных целей, мегагерца может и нехватить.

Но это скорее исключение, чем правило.
В большенстве случаев, согласен, антенна строится без согласований.

[UA1CFM]

Нашел ещё инфу по антеннам.

Прикрепленные файлы

 microstrip_antenna.ppt ( 719 килобайт ) Кол-во скачиваний: 643

 

[mother]

Стоит задача: рассчитать входной импеданс антенны в виде полосковой линии на плате из одностороннего материала RF4. Подскажите, какую модель подложки лучше выбрать? Пытался это сделать в Agilent2005 - на приатаченных фото, но что то не получается. Желательно вариант для Agilent.

Может вам будет полезно прочитать мои некоторые воспоминания , о том как далали встроенные антенны для некоторых мобильных телефонов фирмы Самсунг.
Главное - давали предварительный размер корпуса телефона и давали максимальный размер под антенну. Всё. Этим определялась полоса антенны. Каждый миллиметр приближения антенны к граунду телефона убивал полосу страшным образом. Самые большие проблемы были на GSM и CDMA, когда корпус телефона плюс местодля внутренней антенны (intenna) предполагались маленькими. Понятно почему. Маленький граунд, не давал низким частотам (900 МГц) излучать. Маленький размер граунда портил всё - КСВН и полосу. Усиление еле-еле доводили до 1 dBi. Всё это "симмулировалось" искличительно пилкой, фольгой, проволокой, эпоксидкойи и маленькими тисочками.
В день по три раза бегали в камеру. Когда-то и согласующие элементы здорово помогали. Но симмуляция - никогда. Только для общего образования и развлекалис. Это было так далеко от правды...
И ещё - почти всё приходилось переделывать заново, когда вместо модели (куклы) телефона приносили уже готовую плату с распаянными элементами и батарейкой. Но предыдущий задел на кукле бывал очень полезен и антенну доводили до ума за пару-тройку дней.

[VladimirVM]

Я еще хотел бы добавить.
Никогда не стоит забывать о прозрачности (нейтральности к радиоволнам) корпуса в который в конечном итоге будет упаковано ваше изделие. Кроме того, встречаются такие материалы (на первый взляд - диэлектрики), приближение которых к полотну антенны полностью расстраивает последний в виду большой реактивности укороченных антенн. Это особо актуально при эксплуатации слабомощных передатчиков, я уже не говорю о приемниках, когда данные материалы становятся абсорберами.

Сообщение отредактировал VladimirVM - Feb 10 2006, 18:33

[Gena2001]

Прочел весь топик и для меня остался не ясным вопрос о возможности изготовлении антенны на печатной плате в серии, и при этом стабильности параметров от экземпляра к экземпляру. Я так спрашиваю, потому что возникла необходимость изготовления устройства с антенной на плате (стеклотекстолит FR4), частоты 900 и 1800 МГц, т.е. антенна для GSM модуля. При этом попутно возникает масса вопросов, например: необходимо ли снимать маску над антенной, какое минимальное расстояние до других участков платы (проводники, элементы схемы). Какие еще могут быть подводные камни?

[roman_uhf]

Для этой задачи наилучшим образом подойдёт щелевая антенна над
"земляной" подложкой с диэлектриком между ними (варианты-от воздуха до оргстекла и т.п.),-важно,что-бы в серии была обеспечена
повторяемость материала.Причём щель может быть выполнена прямо
в стенке металлического корпуса.Питание на щель можно подать
достаточно технологично через пружинящую полоску тонкой латуни
или нержавейки,и её-же использовать как элемент согласования
(т.е. как "плавный" переход) от порта на конце питающей линии к
комплексному сопротивлению щелевой антенны.Даже при наличии
некоторых неточностей в изготовлении ,полосы такой антенны
должно хватить "с головой"...Удачи!