Пытаюсь сделать ректенну на 868МГц,
в качестве антенны выбрал PIFA, рассчитал в ADS, получилось вот такое:






далее в том же ADS используя их модель диодов HSMS-2852 смоделировал импеданс удвоителя:



согласование антенны и удвоителя



итоговая схема



разводка



плата



Кондёры Murata NP0, индуктивность 1% Murata проволочная на керамике.
Увы нет доступа к анализатору, чтобы снять характеристики антенны и удвоителя.

В общем немного неоптимально и коряво сделано, но по идее хоть как-то должно работать.
Но нет. На передатчик +15dBm на выходе и с китайской антенной-спиралькой, реагирует только с расстояния в пару сантиметров между антенной передатчика и приёмника. Напряжение на выходе при этом единицы милливольт. Это очень мало по сравнению с тем, что обещается в datasheet/an на HSMS-2852.

Подскажите, в какую сторону копать? Это могут быть проблемы с согласованием/корявой сборкой или же всё так и должно работать, и сигнал на выходе надо искать в районе микровольтов?

А если убрать правый "горизонтальный" диод (заменить резистором на сотню кило), использовав классическую схему без удвоения ?

Выложите геометрию антенны, что то слабо верится, что её входной импеданс без реактивной составляющей. проверю в HFSS. Я индикатор поля делал на HSMS с одним диодом - хорошо работает. Правда заменил на КА201 - чувствительность выше получается.

По геометрии - в аттаче гербер.
А вы HSMS со смещением включали?
По чувствительности самые интересные диоды из zero bias это SMS7621. Но их достать достаточно сложно.

По практическому опыту не-zerobias работают ничуть не хуже, при нулевых смещениях. Из доступного ширпотреба - BAT62.

Возможно, что нет согласования детектора с антенной.
Входное сопротивление детектора имеет слишком большую добротность (реакт./активн.)!!!
Очень просто в этом случае промахнуться с резонансом.

Варианты
1. Подстроить индуктивность 68 нГн. Сделать простую проволочную, 5...8 витков на оправке около 3 мм и подстраивать.
2. "Нафиг" выбросить согласование.
3. Отказаться от удвоителя (без согласования). Просто один диод и нагрузить антенну на резистор 50...100 Ом.

+ Добавить на выходе операционный усилитель с усилением 50...100

И...
Чувствительность такого детектора не более -20 дБм!!!
Может поэтому вы и видите такой результат.
Пара сантиметров от передатчика +15 дБм, это примерно -5...-10 дБм на приемной антенне.
Остальное теряете на "согласовании".

Если передающую антенну поставите впритык к приемной, то получите на входе приемной примерно +5...+9 дБм (т.е. потери 6...9 дБ).

Вполне регистрируемый отклик (десятки uV) появляется уже при примерно 1 mV входного. Т.е. лучше -45, а вовсе не -20. Ну, а если нужно еще лучше и не хочется возиться с линеаризацией - китайский AD8307 стоит совершеннейшие копейки...

Ну и если есть какие-то сомнения в работе спроектированной антенны - всегда ж (на таких частотах) можно делать дипольчик или "четвертушку" и проверить, кто виноват. Делов-то на пять минут с перекурами.

Koizumi, посмотрел я Вашу геометрию антенны, как и предполагалось - реактивность присутствует значительная. Усиление её около минус 0.7 дБi.
Я бы изменил конструкцию антенны, сделал бы разрезной симметричный диполь( для укорочения в виде меандров) с рефлектором. В разрез ставите диод , симметрично две индуктивности к конденсатору около 100 пФ, и параллельно ему магнитоэлектрический стрелочный микроамперметр на 50-200 мкА ( в Митино я их по 200 р покупаю, от старых переносных магнитофонов)
Я таким уже лет 15 пользуюсь
p.s. Диод у меня без смещения работает, при 12 дБм на диполе - индикатор видит излучение с 20/30 см

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Я писал про дБм!
Если считать в дБВ, то -45 и получиться.
Или я где-то не прав?
У меня всегда так на диодах шоттки получалось. Правда, это было в очень широкой полосе (десятки МГц и более).
В узкой полосе, конечно, можно и "чувствительее" получить.

0 dBm == 221 mV на 50-омной нагрузке. -20, соответственно, 22 mV. А реально-то работает от 1 mV (понятное дело, что без линеаризации уж никак).

Да, само собой, в широкой полосе (линеаризация у меня вообще на десятках kHz была).

Это может быть легко, дело в том, что импеданс детктора очень сильно меняется от сигнла на входе.
При -40дБм он один, при -20дБм он уже совсем другой.
Но это не мешает западным коллегам писать целые труды по ректеннам на этом диоде.
Например вот это



1. И в самом деле, отличный варианат. В памяти даже всплыла картинка. Сегодня попробую.

2. КДП упадёт. Это всёже ректенна.
3. Аналогично 2. Как детектор оно конено же работает, и резистор на антенне решил бы вопрос, если бы не нужно было каждый милливатт собирать.
+ если добавить усилитель, то чем его питать? Смысл ректенны в том, что питания нет, необходимую энергию нужно принять.



В datasheet на диод написано, что он не любит на входе больше -20дБм. А чует от -57дБм.




Хм. Это из практики? В теории (Затухание сигнала)на расстоянии 0.5 метра на частоте 868МГц затухание будет 25.19дБ по воздуху.
При выхлопе с передатчика +15дБм(допустим если усиление его антенны хотябы компенсирует потери на её подключение)
На антенне приёмника должно быть что-то около -10дБм.



Это не моя антена, а от TI. Только что я её подогнал под нужную частоту.
Design Note DN023 SWRA228C 868 MHz, 915 MHz and 955 MHz Inverted F Antenna

В любом случае диполь я тоже пробовал. Это было первое что я пробовал, но с тем же результатом по чувствительности(хотя и без согласования, просто диод в диполе).
Я уже думаю, может диоды бракованые, или я их как-то палю при оплавлении.

Как вариант, попробуйте с другими диодами (может, и в самом деле дохлые ?). Из отечественных Д40x, Д60x, КА104, КА105, 2А201, подойдет даже Д18 или Д20. Что-то из старых детекторных HSMS28xx водится в самых старых мобильных телефонах.

1. Намотал вместо фирменного дросселя свою катушку, поотгибал витки, Эффекта нет.
2. Полностью убрал цепи согласования по рекомендации Redcrusader, поставил резистор параллельно антенне, чувствительность увеличилась втрое. До 8 см между антеннами 1мВ на выходе.
3. Сделал согласование с импедансом от uve. Чувствительность низкая, как и раньше. В этом варианте тоже поставил самодельную катушку и поигрался с параметрами.
4. Купил диоды HSMS2852 из другой партии, Аналогично, чувствительность низкая, менял на HSMS2822 - чувствительность ещё ниже.

p.s. кажется проблемы с передатчиком. Поднёс yaesu vx-7r на 470мгц, на выходной мощности 50мВт. С расстояния 50см от платы до рации - получается снять 20мВ с удвоителя.

p.p.s. проблема была даже не с самим пердатчиком. Передатчик честно отдавал +15дБм, а вот китайская антенна-спиралька подвела.


Не знаю, что за сумрачный гений это придумал, но она вообще почти не излучает. Воткнул вместо неё четвертьволновый кусок провода и всё завелось. Теперь осталось согласование и получить максимальный КПД.

Спиралька не похожа на 868 MHz, скорее на 433.

Итак на передатчике 32мВт (+15дБм) на PIFA антенну с цепями согласования из первого поста удалось выжать 56.7 мВ на расстоянии 0.5 метра.
Расчётное затухание на этом расстоянии 25.19дБ, на антенне должно быть теоретически -10дБм, что даёт 70 милливольт на 50омах.



Саму антенну пришлось немного удлинить



Антенна шла с модулем передатчика на 868. У меня есть и такие же модули на 433, там другая антенна.
Слева 433, справа 868.


Теперь добавить каскадов умножителя, сделать нормальную антенну с хорошис усилением и можно воплощать самые неожиданные фантазии.
Например



Остался только один вопрос нерешённый. Почему моделирование в ADS и HFSS не совпадет?

Вопрос к uve
Я делал модель на FR-4, толщина 0.8мм, медь двухсторонняя, 35 микрон.
Обсчёт FEM с дельтой 0.005.
consecutive passes to delta error 2
maximum number of adaptive passes 50
А у вас какие параметры модели?

ADS=MoM+симулятор нелинейных элементов.
HFSS=FEM чистоволновой.
Либо ADS плохо строит меш и рассчитывает импеданс, либо HFSS неточен в области порта.

Геометрию я повторил с герберфайла , толщина меди 0.018, толщина FR4 1.5 мм.
Не думаю, что HFSS посчитал неверно. Я за год разработал для своей фирмы штук 20 инвертед F антенн, разработка у меня заканчивается проверкой на приборах. Поэтому , из опыта работы, я и вижу - не может Ваша антенна иметь нулевую реактивность при такой геометрии.
Когда я работал с FEKO( он использует метод МОМ), читал рекомендации установки диэлектриков в модели. Рекомендовали делать минимальный зазор ( например 0.05 мм) между металлом(проводниками) и диэлектриком. Попробуйте воспользоваться их рекомендацией.

В смысле либо ADS неточен в области порта. Я выше писал, что в ADS использовал именно FEM.
ADS с высокими настройками меша в MoM и с маленькой дельтой в FEM считает почти одинаково.

Поставил ваши параметры модели и уменьшил delta error в FEM до 0.001. Калибровки порта в модели нет.



Что бы ни делал, импеданс немного сдвигается в индуктивную область, но вцелом держится как вкопанный.
Наверное поставлю HFSS и буду сравнивать.

Модель её же в HFSS: FR4 1.5мм медь 35 микрон в кубе воздуха 400x400мм,

FEM дельта 0.02



FEM дельта 0.005



и кому теперь верить...

На мой взгляд, верить нужно измерительным приборам. По моему опыту, нужно не дельту S уменьшать, а задать ручным способом мелкий мэш проводников антенны вблизи которых наибольший градиент напряжённости электрического поля.

В смысле либо HFSS неточен в области порта. грешит ли ADS нестыковками lumped портов, не в курсе, но сомневаюсь. А вот на HFSS жалобы слышал. Все-таки порт, это какая-то из идеальных аппроксимаций, переходящих в модель. в разном софте по разному. про FEM, да, пропустил, извиняюсь. ну и про меш - uve правильно говорит, но при изначально сранительно плотном меше в HFSS как раз срабатывает адаптивный механизм уплотнения в области градиентов. Чем он и крут. Надо его только к этому подтолкнуть начальным засеиванием, чтоб заметил.

Я сделал модель этой антенны: 868 MHz, 915 MHz and 955 MHz Inverted F Antenna

в ADS 2016.1 и HFSS 14.0.1
Скачать проект антенны в ADS 2016.1
Скачать проект в HFSS 14.0.1

результаты симуляции:

ADS FEM
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

HFSS
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Наверное у меня всёже корявые руки по части настроек симуляции.
С мешем уже множество вариантов попробовал. Вплоть до обсчёта на несколько часов на intel i7/16Gb.
Результаты уточняются, но всё равно вертятся около значений с крупным мешем.
Самое интересное - почему настолько сильно различается мнимая часть?
Возможно стоит этот вопрос задавать уже в теме про симы "Вопросы по ADS"/"Вопросы по HFSS" ?

а если в HFSS попробовать сделать питание не lumped, а волновой порт аналогичный реальному? у вас видимо коаксиал на обратной стороне? вот его и нарисовать, и два цилиндра, обозначающих пайку.

С HFSS более-менее понятно. Питание там не коаксиалом, так что lumped очень в тему был. А вот чтение внимательно мануала по антенне никто не отменял.
А в мануале ссылка на файл с проектом антенны, где есть герберы со слоями платы.
Увеличив противовес антенны по размерам с гербера, в HFSS стали получаться вполне вменяемые результаты модели, которые логически объяснимы.
Однако в ADS аналогичные результаты пока получить не удалось.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

UPD: при обсчёте этой конструкции в ADS с помощью mom - результат 1:1 как в HFSS с FEM.
А вот FEM в ADS я всё ещё не умею готовить.

Можно было и не трогать Ground, а слегка подкорректировать F структуру:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Можно, но у меня самая главная загадка - почему S11 в проекте в HFSS с мелким противовесом не соответствовал докам от TI. Они же эту антенну делали и всё измерили.
У меня в симуляции, по геометрии с маленькой площадью земли, S11 не опускался ниже -6дБ, а это сложно назвать антенной.

И на форуме TI та же беда у человека Bad HFSS simulation result for DN023 868M inverted F antenna

"Если на клетке с буйволом надпись- Слон, то не верь глазам своим" К.П.

Уважаемый uve.
Может быть посоветуете какую-нибудь литературу по расчёту PIFA/MIFA двухмерных антенн. Литературы по PIFA очень много но вся она для трёхмерных моделей антенн.

Пока что всё что удалось найти это вот такая информация:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Из того, что нашёл сам - самое интересное было:
Stutzman W. L., Thiele G. A. - Antenna Theory and Design
Kin-Lu Wong, Planar Antennas for Wireless Communications
Vadim Antonchik.Theory and experiment of planar inverted F-antennas for wireless communications applications
Constantine A. Balanis, Antenna theory

Я изучал теорию PIFA по : С.И. Надененко "Антенны" 1959 г. стр 286 - Антенны-мачты и антенны-башни с заземлённым основанием (шунтовое питание)

Похоже на то, что в зарубежной литературе пишут.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Я правильно понимаю, что ширина w на рисунке выше в основном определяет полосу?
Как в реальном мире на характеристики влиает ширина w2 ?
Также в литерауре написано, что регулируя точку питания антенны - меняется сопротивление антенны, но частота её не должна сильно уходить. В симуляторе частота уходит и довольно сильно(более 10% при сдвиге на 3мм)
или это нормально?
И нигде не нашёл каких-то данных по расчёту размеров противовеса. Везде он бесконечный и идеальный.

PIFA, в принципе обычный несимметричный излучатель(пол диполя) над Ground. Поэтому все описания зависимостей его характеристик от геометрии относятся и к PIFA( почитайте про диполь). W2 это "провод" в цепи питания. Чем тоньше тем больше индуктивная реактивность.
Место подключения этого "провода" влияет в основном на входное сопротивление антенны, а не на "сопротивление антенны". И частота никуда не уходит, изменяется настройка антенны по частоте.
Ground это тоже часть антенны и его геометрия участвует в формировании входного импеданса и др. характеристик антенны. У Вас есть электромагнитный симулятор, возьмите и просчитайте влияние Ground на PIFA. интересные данные можете получить. Поймёте как форма Ground влияет на ширину рабочего диапазона частот этой антенны.

Ага. Кажется картинка сложилась в голове.



Я как раз этим уже неделю занимаюсь. Меняю размеры противовеса и антенны, и пытаюсь разоброаться как она влияет. Просто хотел узнать, может где-то вам встречалось математическое описание всего этого дела.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Формулы для простых антенн типа диполь есть в литературе. Я так понимаю, для сложной формы нужно решать уравнения Максвела. Можете их составить и посчитать на калькуляторе. Впрочем, HFSS этим как раз и занимается.

Ага. Это я у вас и хотел узнать, всёже опыт у вас приличный. Спасибо!

Ещё про эти антеннки нашёл Antenna-Theory: IFA

Однозначно. По моим ощущениям, с ростом тока сильно падает активная проводимость и в меньшей степени - емкостная.
С ростом напряжения емкостная проводимость будет немного падать.
При мизерных мощностях подстроить/переключить ниче не получится(мож., разве что поляризованное реле.. Напр., из геркона и магнита ). Разве что мож. какой варактор прикрутить. Я бы согласовал антенну для минимальной приемлимой выходной мощности - если задача просто питать нечто мелкое.
И да, эти товарищи не зря используют именно один диод.
Каждый диод имеет мощность потерь, нелинейно зависящую от выходной и входной мощностей. Процент потерь с (удельной)мощностью сильно падает, особенно при малых мощностях. Тогда один диод с т. з. выходной мощности лучше двух. До перегрузки. Ессно, нагруженная добротность источника ВЧ напряжения должна быть 5-10-20.
2) Лучше более мелкий кристалл - больше удельная мощность. Т. е., напр., с меньшей емкостью.
3) Для преобразования напряжения мелкой мощности до нужного уровня можно попытаться использовать JFET - по слухам, преобразователи на них могут работать чуть ли не от милливольт.