Электическая длина отрезка МПЛ в CST, CST считает с ошибкой в несколько процентов? Опции

[Redcrusader]

Доброго времени суток!
При моделировании в CST столкнулся с интересным моментом.
Беру FR-4. Рисую микрополосковый отрезок линии длиной L/2 на частоте 2400 МГц (для эпсилон 4,3).
На один конец дискретный порт. Другой конец разомкнут.
По теории, я должен видеть на частоте 2400 МГц максимум активной составляющей сопротивления (резонанс).
Реактивную составляющую можно не считать.
CST выдает совсем другую резонансную частоту!!!
Пробовал считать разными солверами и с различными мешами. Результат примерно одинаковый.
Расчетная резонансная частота получается только при установке в CST эпсилон FR-4 равный 3,8.
То же самое пробовал для отрезка L/4 замкнутого на конце. Результат примерно аналогичный (CST требует эпсилон около 3,8).
Конструкция очень простая! С моделированием в CST я вроде освоился нормально. Не могу понять где я могу ошибаться.

Пока, у меня не было возможности экспериментально проверить мои конструкции рассчитанные в CST.
Поэтому у меня вопрос:
Где "глюк"?
У меня в голове или в CST?
Что за расхождения теории и расчетов в CST из-за значения эпсилон FR-4?

[Aner]

CST не "измеритель" и никак не "индикатор", эмулятор, симулятор только. Много чего и MWO, CST показывают, считают по разному. Не полностью и не вся физика учтена корректно. Примеров на этом форуме достаточно. Многие студенты не разобравшись подгоняют результат.

Redcrusader вы поясните вашу конечную цель, а то получается, что от эмулятора вы ожидаете результат с ошибкой или погрешностью 3...5% как от анализатора или векторника.

Из моей практики, хорошо если спец FR-4 трудится с неизменным эпсилон до 800...1000 Мгц, затем проблема. Вы даташит на ваш FR-4 выложите тут, указав производителя и график эпсилон от частоты. Если вы видите на графике уменьшающийся эпсилон с ростом частоты, то прикиньте (выше 1000Мгц мало кто дает график) для вашей частоты, возможно 3.8 это и будет.

[Redcrusader]

...Много чего и MWO, CST показывают, считают по разному

Aner, мне как-то не удавалось найти график зависимости эпсилон FR-4 от частоты.
Я согласен с вами, что даже устройство рассчитанное по классике на высоких частотах (800...1000 b ,более МГц), в реальности будет отличатся от рассчитанного.
И это будет из-за реального разброса эпсилон FR-4, но не из-за уменьшения эпсилон с ростом частоты.
С ростом частоты изменяется эпсилон эффективное для микрополосковой линии, но это тоже просчитывается по классике.
Разброс эпсилон FR-4 производители дают очень большой (3,8...4,4 и более).
Согласен, что к MWO и CST надо относится как симулятору или эмулятору.

Моя конечная цель - найти коэффициенты поправки, если они существуют. В данный момент коэффициент к эпсилон FR-4.
Или найти мои ошибки в установках для моделирования в CST.
Мне несколько странно, что я не смог найти на форуме подобной темы. Неужели никто с таким не столкнулся?
Если это так, то я допускаю свою ошибку при работе с CST.

Я беру простейшую классическую структуру (отрезок линии).
Ставлю стандартный эпсилон =4,3.
Хочу получить результат близкий к классике. К реальной конструкции пока этот расчет не имеет отношение.
Я понимаю, что расчеты в CST можно проверить экспериментально, но это очень трудоемкая задача.
И пока я еще не "добрался" до экспериментов. Причем, будет сложно сделать сравнение для FR-4 на частоте 2000 МГц расчета и эксперимента.
Просто из-за разброса эпсилон FR-4, не только от производителя, но из-за разброса в разных партиях одного производителя.
М.б. кто-то уже делал сравнения.
Хотелось бы увидеть разброс для микрополосков на FR-4 расчета и эксперимента.

Да, я делал такой же расчет для Roger (10,2). В CST получил такое же несовпадение расчета с классикой.
А Roger на частоте 2000 МГц должен работать нормально.

[tsww]

Aner, мне как-то не удавалось найти график зависимости эпсилон FR-4 от частоты.
Я согласен с вами, что даже устройство рассчитанное по классике на высоких частотах (800...1000 b ,более МГц), в реальности будет отличатся от рассчитанного.
И это будет из-за реального разброса эпсилон FR-4, но не из-за уменьшения эпсилон с ростом частоты.
С ростом частоты изменяется эпсилон эффективное для микрополосковой линии, но это тоже просчитывается по классике.
Разброс эпсилон FR-4 производители дают очень большой (3,8...4,4 и более).
Согласен, что к MWO и CST надо относится как симулятору или эмулятору.

Моя конечная цель - найти коэффициенты поправки, если они существуют. В данный момент коэффициент к эпсилон FR-4.
Или найти мои ошибки в установках для моделирования в CST.
Мне несколько странно, что я не смог найти на форуме подобной темы. Неужели никто с таким не столкнулся?
Если это так, то я допускаю свою ошибку при работе с CST.

Я беру простейшую классическую структуру (отрезок линии).
Ставлю стандартный эпсилон =4,3.
Хочу получить результат близкий к классике. К реальной конструкции пока этот расчет не имеет отношение.
Я понимаю, что расчеты в CST можно проверить экспериментально, но это очень трудоемкая задача.
И пока я еще не "добрался" до экспериментов. Причем, будет сложно сделать сравнение для FR-4 на частоте 2000 МГц расчета и эксперимента.
Просто из-за разброса эпсилон FR-4, не только от производителя, но из-за разброса в разных партиях одного производителя.
М.б. кто-то уже делал сравнения.
Хотелось бы увидеть разброс для микрополосков на FR-4 расчета и эксперимента.

Да, я делал такой же расчет для Roger (10,2). В CST получил такое же несовпадение расчета с классикой.
А Roger на частоте 2000 МГц должен работать нормально.

Ваш эксперимент не вполне корректен, о чем уже выше писали. Разомкнув линию на конце, вы получили передающую антенну и часть энергии излучили в пространство, что и повлияло на результат. Примите меры по предотвращению излучения - согласованная нагрузка, коаксиальный кабель или хотя бы стриплиния и т. д.

[Redcrusader]

Ваш эксперимент не вполне корректен....

Поверьте, что получилась очень плохая антенна. Любой микрополосок излучает, но гораздо хуже антенны.
Такие структуры часто применяются в микрополосковой СВЧ технике. Их рассчитывают по классике и работают они по классике.
Можете посмотреть в CST сколько энергии излучается такой структурой. Подводимая мощность =0,5 Вт. Излучаемая примерно =0,013 Вт.
Такой уровень излучения не должен влиять на результат.
Кроме того, излучение мощности не влияет на частоту резонанса. Излучение будет влиять на добротность из-за потерь на излучение.

Отрезок линии (L/4) замкнутый на конце я просчитывал в CST тоже. Там примерно такое же отклонение от классики.
Просто, нельзя сделать идеальное КЗ на микрополоске (зависит от толщины платы). ХХ на микрополоске будет более идеальным, если открытый конец не подводить близко к краю платы.

[tsww]

Поверьте, что получилась очень плохая антенна. Любой микрополосок излучает, но гораздо хуже антенны.
Такие структуры часто применяются в микрополосковой СВЧ технике. Их рассчитывают по классике и работают они по классике.
Можете посмотреть в CST сколько энергии излучается такой структурой. Подводимая мощность =0,5 Вт. Излучаемая примерно =0,013 Вт.
Такой уровень излучения не должен влиять на результат.
Кроме того, излучение мощности не влияет на частоту резонанса. Излучение будет влиять на добротность из-за потерь на излучение.

Отрезок линии (L/4) замкнутый на конце я просчитывал в CST тоже. Там примерно такое же отклонение от классики.
Просто, нельзя сделать идеальное КЗ на микрополоске (зависит от толщины платы). ХХ на микрополоске будет более идеальным, если открытый конец не подводить близко к краю платы.

Уровень излучения вполне приличный и сравним с вашей погрешностью. В любом "Айзенберге" приведены зависимости входного импеданса полуволнового диполя в зависимости от его толщины и описывается механизм поведения резонанса - емкостной эффект, т.е. емкость торца диполя.
Отсюда и так называемый "коэффициент укорочения" диполя. Не было бы излучения, не было бы укорочения. Сделав хх вы получили торец ....
Ваша короткозамкнутая линия также излучает. Излучения не будет только при полном согласовании, когда напряженности полей по длине равномерны .
Не понятна и цель эксперимента - получить идентичность результатов полученных средствами электродинамики и с помощью телеграфных уравнений? Ну тогда сделайте одинаковые условия, исключите излучение. Тогда можно говорить и о эпсилон.....

[Redcrusader]

...механизм поведения резонанса - емкостной эффект, т.е. емкость торца диполя.
Отсюда и так называемый "коэффициент укорочения" диполя.

У Айзенберга (и по классике) диполь укорачивается из-за своей толщины, а не из-за излучения.
У "идеально" тонкого диполя никакого укорочения нет, а излучение есть.
Чем толще диполь, тем больше емкость между его двумя половинами (увеличивается площадь) - отсюда и укорочение диполя.

Моя цель эксперимента - получить достаточное совпадение результатов расчета по классике и расчета по CST (+/-1%).
Т.к. все равно будет ошибка между расчетом и параметрами реального устройства.
Но эта ошибка будет состоять, как минимум, из двух частей:
1. Ошибка расчета.
2. Разброс параметров материала. Сильная зависимость от значения эпсилон.
Второе слагаемое ошибки можно учесть экспериментально. Будет зависеть от материала и конфигурации структуры.
А первое слагаемое ошибки зависит от точности алгоритмов решающего устройства (CST) и правильности постановки задачи для этого решающего устройства.

Вот, я и хочу выяснить два момента.
1. Точность алгоритмов решающего устройства относительно эпсилон, т.к. значение эпсилон сильно влияет на параметры устройства.
2. Выяснить, есть ли мои ошибки при постановке задачи для решающего устройства.

[tduty5]

Вот, я и хочу выяснить два момента.
1. Точность алгоритмов решающего устройства относительно эпсилон, т.к. значение эпсилон сильно влияет на параметры устройства...

Для резонансных структур на полосках (узкополосные фильтры на отрезках линий) при eps материала 5-10 ставлю в расчеты eps1 на 15-18% меньше, чем eps. Тогда изготовленное сходится с насчитанным. Или такие высокодобротные структуры принципиально нельзя ститать Т-солвером (читай, разновидность FDTD), или это фича той версии, что гуляет по торрентам...

[l1l1l1]

Для резонансных структур на полосках (узкополосные фильтры на отрезках линий) при eps материала 5-10 ставлю в расчеты eps1 на 15-18% меньше, чем eps. Тогда изготовленное сходится с насчитанным. Или такие высокодобротные структуры принципиально нельзя ститать Т-солвером (читай, разновидность FDTD), или это фича той версии, что гуляет по торрентам...

на самом деле это очень серьезно.
пока Redcrusader рассчитывает сферического коня в вакууме, можно указать на его ошибки,
но если есть результаты, плдтвержденные экспериментом, - это совсем другое дело.
пожалуйста, выложите проект какого-нибудь фильтра с результатами измерений.