Проектирование антенны в CST Опции

[VMak]

Добрый день, уважаемые. Обращаюсь к вам за помощью, так как сам зашёл в тупик.
Цель: получить антенну с круговой поляризацией, средняя частота 2,45 ГГц, полоса пропускания 20 МГц и выше (на уровне -10 Дб ), усиление 4+ dBi
Проблема: не могу получить характеристику S11 ниже - 10 Дб
В CST смоделировал антенну и получил следующие характеристики:

Толщина диэлектрика 1,524 мм


Если правильно понимаю, должно быть 2 провала, здесь только 1 (совмещение?)


Поле крутиться, поляризация круговая




Axial Ratio на частоте 2,45 ГГц -0,7595 дБ

[VitaliyZ]

Проблема: не могу получить характеристику S11 ниже - 10 Дб

Put a quarter-wave transformer in front of the antenna.

[Serg1956]

А согласующий четвертьволновой транс рассчитан верно ли, под материал и толщину антенны? Тот же вопрос к самому полотну антенны. Потом, как всякий патч, антенна должна светить перпендикулярно своей плоскости, под 90 градусов на приличный КУ рассчитывать не приходится, хотя диаграмма будет круговая.

[ikolmakov]

А почему у вас вырезы под столь малым углом? Если поставите под 45 и поиграете с глубиной выреза моды должны раздвинуться. И смотрите на смита/ входной импеданс, а также реф. плоскость приблизьте поближе к патчу, то бы влияние линии убрать на импеданс.

[VMak]

День добрый, спасибо за ответы. Только начинаю моделировать, много тонкостей ещё не знаю, а что то могу и вообще спутать(

Транс четвертьволновой, если всё правильно сделал

Угол перебирал, смотрел, под данным углом получилось лучше значение для axial ratio,начинал с 45 градусов но поляризация страдала (почему не знаю) пробовал менять и ширину и глубину вырезов (либо поляризация сильно портиться, либо с частот ухожу и приходиться менять размер и так по кругу )
При не круговой поляризации S11 проседал до примерно -11 дБ

Через Reference Impedance имею 50 Ом реальных. Мнимой части нету

Покрутил уже всё что мог, но к сожалению не достиг результата, нахлёст полосы питания уменьшил (по идее там одна высота должна быть но прорисовывается так)

[Pir0texnik]

в заданной полосе получается реализовать нужный КЭ?
если да, то может стоит экспортировать S параметры в АДС/АВР/Дезайнера и там попробовать сделать согласующую цепочку?

[Grizzzly]

Через Reference Impedance имею 50 Ом реальных. Мнимой части нету

А как вы этот импеданс смотрите?
В меню Results - S-Parameter Calculation - Calculate Z and Y Matrices. Потом на графике посмотрите вещественную и мнимую части Z11.

[VMak]

в заданной полосе получается реализовать нужный КЭ?

да, задача: круговая поляризация, центральная частота 2,45 ГГЦ, полоса пропускания 20МГЦ+, КУ желательно 4+
поляризация есть, КУ (смотрю GAIN(IEEE) 5.85) Directivity 7.3, а вот полосы пропускания для S11 на уровне -10 дБ нету (- 4,5 максимум при сохранении остальных параметров)

если да, то может стоит экспортировать S параметры в АДС/АВР/Дезайнера и там попробовать сделать согласующую цепочку?

Пока даже понятия не имею как с этим работать(

Возможно круговая форма антенны мною выбрана не удачно, выбрал её, так как подумал, что размеры по сравнению с квадратом/ прямоугольником будут меньше. Линия питания равна четверти волны

А как вы этот импеданс смотрите?
В меню Results - S-Parameter Calculation - Calculate Z and Y Matrices. Потом на графике посмотрите вещественную и мнимую части Z11.

Галочки стоят, всё включено , прилагаю скриншот

[Pir0texnik]

в заданной полосе получается реализовать нужный КЭ?

да, задача: круговая поляризация, центральная частота 2,45 ГГЦ, полоса пропускания 20МГЦ+, КУ желательно 4+
поляризация есть, КУ (смотрю GAIN(IEEE) 5.85) Directivity 7.3, а вот полосы пропускания для S11 на уровне -10 дБ нету (- 4,5 максимум при сохранении остальных параметров)

вот тогда лучше все же с ними познакомиться... :-)
все необходимые темы есть в прикрепленных темах. сделайте экспорт S1P файла в ADS и там пробуйте делать согласующую цепь. если цепь нереализуемая - надо менять антенну...

зы это ж не Z11, это ж сопротивление порта Z0, которое, неожиданно, 50Ом

[Grizzzly]

все необходимые темы есть в прикрепленных темах. сделайте экспорт S1P файла в ADS и там пробуйте делать согласующую цепь. если цепь нереализуемая - надо менять антенну...

Я бы для начала порекомендовал даже не ставить четвертьволновый трансформатор. Запить излучатель на кромке дискретным портом. Пусть входное сопротивление будет 200-300 Ом. Посмотреть на S11 с учетом этого факта. Если все хорошо, то, как вы предложили, заняться четвертьволновым трансформатором. Вдруг ошибка уже при проектировании самого пэтча.

[VitaliyZ]

Я бы для начала порекомендовал даже не ставить четвертьволновый трансформатор. Запить излучатель на кромке дискретным портом.

That's what I am talking about. Find the input impedance of the antenna itself at the edge of the circle (better with de-embedded line) and then put a quarter wave transformer.

[EVS]

Если правильно понимаю, должно быть 2 провала, здесь только 1 (совмещение?)

Совсем не обязательно.
Вот нашел нечто похожее. Полоса по AR уже требуемой, но это не проблема - достаточно "утолщить" substrate.

Геометрия и данные полдожки в dxf.
 CP_P_2GHz.rar ( 2.4 килобайт ) Кол-во скачиваний: 90

[VMak]

Добрый день, большое спасибо всем за помощь и за советы!!! Очень долго играл с параметрами вырезов, пытался поставить дискретный порт на саму антенну(так и не вышло((), в результате сделал по образцу, предоставленному EVS и получились приемлемые результаты:





Также теперь хотел бы поинтересоваться: необходимо к антенне добавить фильтр и выпрямительную цепь с диодом Шоттки, отсюда вопрос: могу я это реализовать полноценно в CST в данном меню, или необходимо использовать другую программу. Фильтр планирую использовать микрополосковый и для его синтеза пока нашёл программу iFilter в AWRDE. Возможно есть инструменты попроще? Для портирования в CST



Ещё раз всем спасибо за помощь!

[EVS]

получились приемлемые результаты:

По AR-3dB получилось явно меньше ваших требуемых 20MHz. Да и круг с двумя вырезами, возможно, не самое разумное решение. То же самое, но с хордами проще - вместо трех переменных при разработке оптимизируются только две. Типа такого:

А, еще возможно, и простой квадрат со срезанными углами окажется оптимальным (аним. gif):

необходимо к антенне добавить фильтр и выпрямительную цепь с диодом Шоттки, отсюда вопрос: могу я это реализовать полноценно в CST в данном меню, или необходимо использовать другую программу.

Выпрямитель - нелинейное у-во. Для расчет требует гарм.баланса. В CST сьюте его нет. ADS или, на худой конец, MWO.
Как считать, посмотрите апп.нот от Agilent или Avago: Application Note 1187 "Design of an Input Matching Network for a DC biased 850 MHz Small Signal Detector"

[saab]

По AR-3dB получилось явно меньше ваших требуемых 20MHz. Да и круг с двумя вырезами, возможно, не самое разумное решение. То же самое, но с хордами проще - вместо трех переменных при разработке оптимизируются только две. Типа такого:
...
А, еще возможно, и простой квадрат со срезанными углами окажется оптимальным (аним. gif):
...
Выпрямитель - нелинейное у-во. Для расчет требует гарм.баланса. В CST сьюте его нет. ADS или, на худой конец, MWO.
Как считать, посмотрите апп.нот от Agilent или Avago: Application Note 1187 "Design of an Input Matching Network for a DC biased 850 MHz Small Signal Detector"

Ну почему же, спайс есть, кое какие модели тоже, довольно отдаленно, но все же в Design Studio.

[VMak]

День добрый, saab, можете показать какой - нибудь пример использования?
по антенне, увеличил точность расчёта и все характеристики уплыли далеко далеко (

[saab]

День добрый, saab, можете показать какой - нибудь пример использования?
по антенне, увеличил точность расчёта и все характеристики уплыли далеко далеко (

Да легко. Несколько гипотетичесский случай волнового канала на 30Гиг но работает.

Сообщение отредактировал saab - Apr 10 2014, 15:55

[VMak]

Большое спасибо за пример, также проявлю наглость и спрошу может быть есть примеры использования из нескольких блоков , например антенна + фильтр, или лучше их моделировать сразу вместе?

[saab]

Есть разные подходы и варианты. Много вариантов по связкам. Импорт-Экспорт из ADS, Sonnet, MWO и тд Здесь пример симуляции диода спайс параметры таким же макаром можно использовать S параметры транзисторов в связке с антеннами. Но это уже для продвинутых вроде меня я уже более 15-20 лет ковыряюсь с этими тачстонами.

Сообщение отредактировал saab - Apr 11 2014, 18:04

[VMak]

Всем большое спасибо за ответы!
Возник такой вопрос, пытаюсь реализовать четвертьволновой трансформатор на 50 Ом, но получаю какую то ерунду: есть антенна (рис.1) поставил дискретный порт и посмотрел, через диаграмму Смита, её сопротивление (рис. 2), привести надо к 50 Омам, поэтому нахожу промежуточное сопротивление между 50 Омами и 174 Омами как корень квадратный их произведения, получаю 93.27 Ома. Делаю линию длиной лямбда/4 (30,6 мм) и нахожу её ширину через макрос в CST (рис. 3), то же самое проделываю для отрезка с сопротивлением 50 Ом. Собираю всё вместе (рис. 5) и получаю выходное сопротивление (рис.4). Вопрос хоть и глупый, но всё же, что я делаю не так? что упустил?









Каждый элемент трансформатора должен быть длиной лямбда/4, или это должна быть их общая длина? Из сообщений EVS (номера 12 и 14)склоняюсь к тому, что должна быть общая длина, но как определить эти длины?
Спасибо

[k0l0bun]

есть антенна (рис.1) поставил дискретный порт и посмотрел, через диаграмму Смита, её сопротивление (рис. 2), привести надо к 50 Омам, поэтому нахожу промежуточное сопротивление между 50 Омами и 174 Омами как корень квадратный их произведения, получаю 93.27 Ома. Делаю линию длиной лямбда/4 (30,6 мм) и нахожу её ширину через макрос в CST (рис. 3)

Если бы Ваше исходное входное сопротивление было (174 + j0), вы бы смогли ограничиться только четвертьволновым 93 Ом трансформатором (четвертьволновый трансформатор может согласовать только чисто активное сопротивление).
Но у Вас (174 - j304), поэтому если Вы хотите использовать четвертьволновый трансформатор для согласования, Вам его включать нужно на таком расстоянии от нагрузки (антенны), чтобы место включения трансформатора на диаграмме Смита имело нулевую реактивную часть и ненулевую активную. А затем четвертьволновый трансформатор сможет эту ненулевую активную часть согласовать к 50 Ом.

[VMak]

Если бы Ваше исходное входное сопротивление было (174 + j0), вы бы смогли ограничиться только четвертьволновым 93 Ом трансформатором (четвертьволновый трансформатор может согласовать только чисто активное сопротивление).
Но у Вас (174 - j304), поэтому если Вы хотите использовать четвертьволновый трансформатор для согласования, Вам его включать нужно на таком расстоянии от нагрузки (антенны), чтобы место включения трансформатора на диаграмме Смита имело нулевую реактивную часть и ненулевую активную. А затем четвертьволновый трансформатор сможет эту ненулевую активную часть согласовать к 50 Ом.

Это значит, что нужно увеличить или уменьшить промежуточный "переходник" , извиняюсь но не совсем представляю как реализовать расстояние от нагрузки, чтобы избавиться от мнимой части.
Спасибо