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Forum: HF, Funk und Felder Hilfe für eine Antennensimulation


Autor: Sawyer M. (sawyer_ma)
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Hallo alle zusammen,

ich habe in ADS eine Apertur gekoppelte Patch Antenne bei 2.45 GHz 
entworfen. Nun habe ich das Patch produziert und aufwendig in 
Eigenarbeit verklebt.

Resultat ist das meine Antenne 100 MHz daneben liegt. Das kann nun an 
mehreren Faktoren liegen.

1.) Verklebt mit Epoxy mit unbekanntem Epsilon R. Unbekannte dicke des 
Epoxy durch das Verkleben. Dadurch ein komplett andere  Lagenaufbau 
somit ein zweimaliger Substrataufbau wobei eines der Substrate als 
unbekannt vorausgesetzt werden kann.(Verwendetes Material Arlon AD450 
für die Zuleitung auf welcher das Epoxy aufgetragen wurde und Arlon CLTE 
für das Patch.


2.) ADS Simulator ist ungenau. Ich habe zur Simulation ADS Momentum 
verwendet.


Nun wollte ich mal in die Runde fragen on jemand von euch CST HFSS oder 
andere Simulationsprogramme verwendet. Wenn ja könnte ich euch meine 
Antennenfiles mal zuschicken und bei euch durchlaufen lassen? Dann hätte 
ich mal einen vergleich zwischen den verschiedenen Programmen und könnte 
dann herausfinden wie stark Punkt 1 oder 2 auf mein Layout Auswirkung 
hatte und hat.


Grüße



Grüße

Autor: Kamil R. (kamil_rezer)
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Sawyer M. schrieb:
> Dann hätte
> ich mal einen vergleich zwischen den verschiedenen Programmen und könnte
> dann herausfinden wie stark Punkt 1 oder 2 auf mein Layout Auswirkung
> hatte und hat.

Hallo Sawyer Ma, wenn Du die Eigenschaften von Deinem Klebstoff (sowie 
die Dicke) nicht kennst, wird man mit CST auch ungenau. Man kann erst 
anfangen den Klebstoff zu harakterisieren (z.B. den auf eine 
Mikrostreifenleitung auftragen usw.) und dann die ADS Simulation mit dem 
Material zu erweitern.

Ich würde noch gern über meine Erfahrung mit 2.4 GHz-Antennen berichten. 
Zuerst nehme ich dafür herkömmliches FR4 (mit Würth oder PCB-Pool kriege 
ich 4-Lagendesign der sehr gut reproduzierbar ist), wenn die 1-2dB 
Verluste hinnehmar sind. Dann versuche ich dei Antenne breitbandig zu 
kriegen (bei kleinen Antennen ist das allerdings schwieriger), damit die 
Fertigungstoleranzen nicht zu sehr in Erscheinung tretten. Danach mache 
ich mit dem Simulator eine sinnvolle Parameterstudie, um die 
empfindlichsten (was die Fertigungstoleranzen angeht) Stellen 
rauszufinden. Daraus generiere 2-4 leicht unterschiedliche Designs. Und 
wenn ich nach dem Messen immer noch nicht zufrieden bin, kann man 
versuchen die Antennene mit Skalpel zu "tunen" (bei diesen Frequenzen 
sind die meisten verhältnissmäßig noch groß). Danach erfolgt Redesign 
und gut ist.

Vielleicht ist die Vorgehnsweise auch für Deine Antenne geeignet?

Autor: жтампф ден троль (Gast)
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Ich rechne mit CST. Ich empfehl ein anderes Material wie Expoxy. Epoxy 
beginnt dort zu absorbieren. Nimm etwas Besseres.

Autor: Sawyer M. (sawyer_ma)
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жтампф ден троль schrieb:
> Ich rechne mit CST. Ich empfehl ein anderes Material wie Expoxy. Epoxy
> beginnt dort zu absorbieren. Nimm etwas Besseres.


Ich verstehe nicht genau was du meinst? Epoxy hat eine Er von 3-4 es ist 
nur nicht genau zu sagen welcher Wert es ist. Auch die dicke des Harzes 
ist ein Problem.

-------------------------------------------------------------


Kamil R. schrieb:
> Sawyer M. schrieb:
>
> Ich würde noch gern über meine Erfahrung mit 2.4 GHz-Antennen berichten.
> Zuerst nehme ich dafür herkömmliches FR4 (mit Würth oder PCB-Pool kriege
> ich 4-Lagendesign der sehr gut reproduzierbar ist), wenn die 1-2dB
> Verluste hinnehmar sind.

1-2 dB sind absolut hin nehmbar. Im Moment bin ich bei 22 dB aber halt 
ein wenig (100 MHz) in der Frequenz verschoben.

> Dann versuche ich dei Antenne breitbandig zu
> kriegen (bei kleinen Antennen ist das allerdings schwieriger), damit die
> Fertigungstoleranzen nicht zu sehr in Erscheinung treten.

Welche Methoden verwendest du die Antenne Breitband zu bekommen? Hast du 
mir Werte der Bandbreite bei 10db?

Ich hatte versucht die Aperturkopplung mit eine Dogbone Struktur zu 
Pimpen. Leider habe ich da nur eine Bandbreitenvergrößerung von wenigen 
Prozent erreicht.

Man kann ja das Patch noch mit U-Slots verändern wie auch die Zuleitung 
als T-Shape oder auch in U-Struktur fertigen um mehr Bandbreite zu 
generieren.

Was war dein Weg und erfolge?



Dürfte ich dir mein Design mal zusenden damit du mir es durch CST laufen 
lässt?

Ich denke ich kann in ADS das File zu exportieren das du es nur noch 
importieren müsstest.


Grüße

: Bearbeitet durch User
Autor: Tobias P. (hubertus)
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Hey @Kamil Rezer,

ich versuche auch grade was mit FR4. Einen Richtkoppler. Leider sind 
meine Simulationen auch nicht sooo genau. Welchen Lagenaufbau benutzt du 
beim PCB Pool und welches epsilon r hast du in der Simulation verwendet?

Ich benutze 1mm dickes FR4 mit 4 Lagen, dadurch wird eine 50 Ohm Leitung 
schon angenehm schmal.

Autor: Kamil R. (kamil_rezer)
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Sawyer M. schrieb:
> 1-2 dB sind absolut hin nehmbar. Im Moment bin ich bei 22 dB aber halt
> ein wenig (100 MHz) in der Frequenz verschoben.

Du meinst wahrscheinlich die Reflexion, dort ist in der Tat der 
Unterschied zwischen -20dB udn -23dB nur 1/100 der eingespeisten 
Leistung, die flöten geht. Ich miente dagegen den Antennengewinn: Wird 
der Gewinn durch ein verlustbehaftetes Subtrat um 3dB reduziert, 
verliert man halt die Hälfte der Leistung, die in die Antenne 
eingespeist wird.

Sawyer M. schrieb:
> Welche Methoden verwendest du die Antenne Breitband zu bekommen?
Im Fall mit der Patchantenne kann ich nur empfehlen, die Antennendicke 
auf größer 1/20 der geführten Wellenlänge zu erhöhen. Ein Substrat mit 
Er=4..5 wäre in diesem Fall ca 6mm bei 2,4GHz. Das ist aber teuer (und 
schwer). Eine Gängige Lösung, die sehr oft gesehen und selber 
ausprobiert hatte, ist den Patch mit Hilfe von Abstandsbolzen 
(Kunststoff) bzgl. der Massefläche zu erhöhen. Eine induktive Kopplung 
wäre in diesem Fall mit durchgehenden Drähten auf die Trägerplatine und 
den Patch zu löten. Der Nachteil dieser Aufbau: die Antenne wird dicker 
und man braucht zwei Platinen (oder man nimmt Alublech für den Patch.)

Sawyer M. schrieb:
>Dürfte ich dir mein Design mal zusenden damit du mir es durch CST laufen
lässt?

Da, wie ich einschtätze, das Thema Dir seht am Herzen liegt, kann ich 
Dir nur empfehlen das CST selber zu benutzen. Es gibt eine 
Studentenversion von CST, die Anzahl der Meshcells ist zwar begerenzt 
für einfache Sachen reicht aber aus. Das Programm ist außerdem einfach 
zu bedienen (keine Werbung:-)) und es gibt zahlreiche Beispiele, wo man 
was abgucken kann oder sogar ein passendes Beispiel mit eigenem Design 
zu erweitern.

Tobias schrieb:
> Welchen Lagenaufbau benutzt du
beim PCB Pool und welches epsilon r hast du in der Simulation verwendet?

Hallo Tobias, ich hatte mal einen Branch-Koppler bei WEdirekt fertigen 
lassen. Die haben Lagenaufbauspezifikation für Prototypen unter
http://www.wedirekt.de/de/web/technologie/leiterplatten-technologie/spezifikation/lagenanzahl-und-lagenaufbau.fs-1232943.html#section_id_layoutal_8. 
Der Koppler war allerdings als 2-Lagen-Design ausgeführt. Als Substrat 
hat der Designer das FR4 Material aus der CST-Bibliothek genommen. Die 
Übereinstimmung zu den Messergebnissen war OK. Man muss aber 
erlicherweise schreiben, das die einfachen Branch-Line-Koppler mit ihren 
10% relativ beitbandig sind, daher waren die Fertigungstoleranzen für 
den 870MHz-Koppler nicht dominant.
Für die Simulationen von Antennen nehme ich auch das FR4-Materil aus der 
CST-Bibliothek, für Prepreg (z.B. TG135) soll man schon das Material 
selber definieren (ich galube die DK liegt so bei 3,7 @2GHz, aber da 
sind die Angaben aus dem Datenblatt genauer).

Autor: Name H. (hacky)
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Irgendwann oberhalb 1GHz sollte man sich von FR4 trennen. Es beginnt zu 
absorbieren. Das Delektrikum ist nicht genau bekannt, well es eben nicht 
genau reproduzierbar ist. FR4 ist ein Glasfasergeflecht mit Polyester 
oder Epoxy verpresst. Dh die Parameter aendern sich auch lokal. Wenn 
billig im Vordergrund steht, ist das auch gut so, man sollte einfach 
nichts mit hoher Guete bauen wollen. Fachleute empfehlen Rogers.

Zu einer CST Simulation .. stell doch einfach die Dimensionierung hier 
rein. Dann kann's irgendwer simulieren. Ich bin mit dem Editor auch sehr 
schnell.

: Bearbeitet durch User

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