Нажмите для просмотра прикрепленного файла

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.

Вы сравните как там и как у вас выполнен земляной полигон. Затем сравните согласование с антенной. Для этих частот точность важна во многих деталях. Тот же лак, FR-4 какой проницаемости у вас вы знаете? Может вам нужно было под лаком оставить антенну?
Для расчета используйте например Feko, HFSS. Освоение от вашей подготовки и знаний зависит.

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.



С теорией хорошо: МФТИ , радиотехника (ФРТК). Но с СВЧ практически почти не работал.

Найдите книжку hfss_full_book от любой версии, и сможете сделать модель своей антенны. http://www.mediafire.com/download/tctxf58t...s_full_book.rar.
Ну и Курушин неплохую книжку написал http://ipso.ioso.ru/distance/HFSS_Exam_v4.pdf. Но лучше начать c первой.

Большое спасибо. Отдельно за прямые ссылки. Насколько успел проглядеть - очень полезные книжки.

У вас антенна покрыта оловом. Зачем?
Олово увеличило толщину проводника и, соответственно, изменило распределение поля в антенне.

первостепенное - расположение и зона (площадь) под земляной полигон, затем толщина меди и лужение при фиксированной ширине и размере.
расположение земляного полигона влияет на многое, на волновое сопротивление, ширину полосы, диаграмму направленности.

Например, если в месте подключения землю сделать прореженой ~такой же ширины как змейка, то полоса будет шире, усиление поменьше. Это может потребоваться, чтобы не делать точную настройку антенны, учитывая разбросы параметров. Примерно так, как на фотке, слева выполнена земля.

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.

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.

Начал мерить длину пифы и понял, что она уж очень большая для 915 МГц.
Что за рекомендация TI?



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?

Ага, еще платиной покрыть посоветуйте. Меди под лаком достаточно. Открывают маску обычно на макетах для подстройки длины антенны.
Ни золото ни серебро тут не помогают. Разве что для блеска и красоты. Кстати серебро так просто не оставишь, почернеет. Лаком покрывают.

http://www.ti.com/lit/an/swra228c/swra228c.pdf

Под 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.

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.

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.

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.

Запросто, если расчет верный. 2...3Мгц получить можно. Если поработаете с согласованием то получите. 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.

FHSS заинтересовал для Si4463 на максимальной скорости. Какой процессор планируете или поставили, для HFSS?
Реализацию HFSS можно подсмотреть и у других производителей трансиверов.

Сверху у меня сидит ARM9 (Samsung 2416). Но собственный процессор Si1000 должен справляться легко.
Собственно все примеры SiLabs под него (или другой 51).

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.

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.

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.

Спасибо что объяснили. Пожалуй я оставлю укороченный вариант. Полосы в несколько МГц мне достаточно.

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:



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.

С порядком не ошиблись ?

Нет, все верно.

>k0l0bun
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

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.

Может что-то в ко .. (Ко ..рпоративный самописный софтвер) .. нсерватории поправить?

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.

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.


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).

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

поправлять ничего не будем.

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.

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.

Да нет никакого спора. Подгонять результат измерения под расчет можно массой способов. Прикинул: кусок МПЛ длиной 5см на диэлектрике с BC=0.05S/m дает потери в 1.5dB на 500MHz. Даже на обильно пропитанной огуречным рассолом прессованной промакашке потери, похоже, будут меньше
Пр.прощ. за

Вот это полемика разгорелась Собственно, хотел добавить свой ответ на вопрос топикстартера (надеюсь, что не попаду под горячую руку, точнее - слово ):

Использовал для расчета IFA AWR DE и вот, что получилось
В общем, по частоте получилось неплохо - можно не подстраивать. На мой взгляд, отрисовать топологию в 2D проще, чем в 3D (хотя, это дело привычки, наверное).