Hallo, ich möchte die Bandbreite einer einfachen rechteckigen Patch-Antenne mit Inset-Feed von (aktuell) 100MHz auf 200MHz erhöhen, Grundfrequenz ca. 4 GHz. Dazu habe ich gesehen, dass es als relativ einfache Möglichkeit die Option geben soll, einen (nichtleitenden) Schlitz in die Antenne zu machen um eine zusätzliche "Resonanzfrequenz" in dr Nähe der Grundfrequenz zu erzeugen. Ich habe die Basisantenne in ADS im Schematic erstellt und simuliert und im Layout mit Momentum nachsimuliert und die Länge solange verändert, bis meine gewünschte Frequenz erreicht wurde und das eben mit 100 MHz Bandbreite. Nun habe ich zunächst einen Slot, der normal (senkrecht) zum Inset-Feed Port liegt, erstellt und habe mir gedacht, ich verwende mal den Optimizer, um Breite, Länge und Höhe des rechteckigen Schlitzes so zu verändern, dass zuletzt mein Bandbreitenwunsch im vorgegebenen Frequenzbereiche erfüllt wird. Dabei erhalte ich aber keine brauchbaren Ergebnisse. Ich habe auch versucht, einen sogenannten U-Slot zu basteln (siehe ein Beispiel im Anhang), aber in der Optimierung sieht es so aus, als würde er mir den am liebsten unendlich dünn und lang machen wollen (also wegoptimieren, ich habe natürlich Grenzen gesetzt). Kann man das irgendwie analytisch berechnen, wie die Maße sein sollen, so als Basis? Ich finde nämlich dazu nichts... Hat dazu jemand eine Idee? Danke!
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Ich bin bzgl. Slot nicht weitergekommen, habe aber durch ein 2x1-Array die gewünschte Bandbreite generiert. Nun das nächste Problem: Ich habe eine Gerber-Datei aus ADS erstellt und versucht in Eagle 8.4.2 einzubinden, aber das Feed-Netzwerk macht Probleme (siehe Anhang), im normalen Gerber-Viewer schaut alles ao aus, wie es sein soll, aber in Eagle nicht. In Kicad (Für Gerber-Files habe ich keine Import-Funktion gefunden) hab ich es über eine DXF-Datei einzubinden versucht, aber das hat überhaupt nicht geklappt. Kann mir jemand sagen, was ich falsch mache oder wie ich das Problem beheben kann?
Solange die Struktur so einfach ist, wuerde ich sie mit Traces nachmalen.
Hallo Daniel, Daniel R. schrieb: > ich möchte die Bandbreite einer einfachen rechteckigen Patch-Antenne mit > Inset-Feed von (aktuell) 100MHz auf 200MHz erhöhen, Grundfrequenz ca. 4 > GHz. Normalerweise erreicht man mit einer einfachen Patchantenne ~5% relative Bandbreite. D.h. bei 4GHz sollte man 200MHz erreichen können. Das setzt aber voraus, dass das Substrat ausreichend dick ist. > Dazu habe ich gesehen, dass es als relativ einfache Möglichkeit die > Option geben soll, einen (nichtleitenden) Schlitz in die Antenne zu > machen um eine zusätzliche "Resonanzfrequenz" in dr Nähe der > Grundfrequenz zu erzeugen. Ja. Funktioniert. Auch abgeschrägte Ecken und/oder Smilies in den Antennen. > Ich habe die Basisantenne in ADS im Schematic erstellt und simuliert und > im Layout mit Momentum nachsimuliert und die Länge solange verändert, > bis meine gewünschte Frequenz erreicht wurde und das eben mit 100 MHz > Bandbreite. Was meinst Du mit "nachsimuliert"? Die Simulation im Schematic nimmt Modelle von Leitungen und wenn Du damit eine Patch-Antenne baust kann man das zwar simulieren - ist aber komplett falsch. Man muss also zwingend einen EM-Simulator benutzen um die Antenne zu simulieren - mit den MS-Modellen geht es nicht. (Außer Du hast ein Patch-Antennen Modell - aber sowas ist mir nicht bekannt.) > Dabei erhalte ich aber keine brauchbaren Ergebnisse. Dann schreib uns doch wenigstens mal was Du für Abmessungen hast und welches Substrat Du annimmst. Dann können wir es auch mal simulieren und Dir Hilfestellung geben. Viele Grüße, Martin
Martin L. schrieb: > Dann schreib uns doch wenigstens mal was Du für Abmessungen hast und > welches Substrat Du annimmst. Dann können wir es auch mal simulieren und > Dir Hilfestellung geben. FR-4 Material (er=4.33, loss tangent=0.022, h=1 mm) Wp=23 mm Lp=17.8 mm Inset Feed=5.4 mm Gap=0.3 mm
Martin L. schrieb: > Normalerweise erreicht man mit einer einfachen Patchantenne ~5% relative > Bandbreite. D.h. bei 4GHz sollte man 200MHz erreichen können. Das setzt > aber voraus, dass das Substrat ausreichend dick ist. Ja, die 100 MHz waren grob gesagt aus dem Diagramm, genau müssten es etwa 140 MHz (|S11| < -10dB) sein und das will ich mindestens etwa verdoppeln (am liebsten wären mir sogar 500 MHz - immerhin muss man bei dem FR4-Substrat sowieso mögliche Schwankungen berücksichtigen). Dicke wie oben geschrieben 1mm. Martin L. schrieb: > Ja. Funktioniert. Auch abgeschrägte Ecken und/oder Smilies in den > Antennen. Ja, aber kann man das irgendwie abschätzen, welche Dimensionen die Ecken z.B. haben sollen. Gibt es in der EM-Simulation in ADS auch eine Optimierungsoption? - Ich befürchte nur, dass ich, da ich das Layout aus der Schematic mit den MS-Elementen generiere, keinen Parameter definieren kann, der optimiert werden soll. Dazu müsste ich die ganze Antenne wohl im Layout aufbauen (so wie in HFSS - aber dieses Programm gibt mir eine Fehlermeldung beim Port an, wo, soweit ich gesehen habe, empfohlen wird, auf ältere Versionen umzusteigen). So kann ich nur die Abmessungen in Schematic ändern, dann Layout erstellen und mit Momentum simulieren und dann nachjustieren. Martin L. schrieb: > Was meinst Du mit "nachsimuliert"? Die Simulation im Schematic nimmt > Modelle von Leitungen und wenn Du damit eine Patch-Antenne baust kann > man das zwar simulieren - ist aber komplett falsch. > Man muss also zwingend einen EM-Simulator benutzen um die Antenne zu > simulieren - mit den MS-Modellen geht es nicht. (Außer Du hast ein > Patch-Antennen Modell - aber sowas ist mir nicht bekannt.) Ja, damit hast du wohl recht, war ein paar Hundert MHz Unterschied.
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Ich habe es mal durchsimuliert. Die gewünschten 280MHz gehen auch mit U-Slot nicht. Dafür ist das Substrat einfach zu dünn. Man kann da evt. etwas mit gekoppelten Patches machen - z.T. mit einer Koppelstruktur in der Rückseite. Einfacher wäre aber ein dickeres Substrat oder eines mit höherem epsilon_r oder eine andere Antenne. Was sind denn die Anforderungen, die erfüllt werde n müssen? Viele Grüße, Martin
Martin L. schrieb: > Ich habe es mal durchsimuliert. Die gewünschten 280MHz gehen auch > mit > U-Slot nicht. Dafür ist das Substrat einfach zu dünn. Man kann da evt. > etwas mit gekoppelten Patches machen - z.T. mit einer Koppelstruktur in > der Rückseite. Einfacher wäre aber ein dickeres Substrat oder eines mit > höherem epsilon_r oder eine andere Antenne. Was sind denn die > Anforderungen, die erfüllt werde n müssen? > > Viele Grüße, > Martin Danke fürs Simulieren! Schade, was das Ergebnis betrifft. Ich habe als Höhe mit 1mm einen Kompromiss gewählt, weil ein dickeres Substrat wieder Nachteile für andere Komponenten auf der Platine hat. Benötigt wird im Grunde eine Bandbreite von 150-200MHz, aber aufgrund des FR-4-Materials wollte ich sozusagen mögliche Abweichungen der Resonanzfrequenz im Rahmen einer Platinenserie (wie hoch die Standardabweichung [%] in etwa ist weiß ich nicht - gibt es Erfahrungswerte?, letztlich wird man das wohl messen müssen) durch eine höhere Bandbreite kompensieren. Daher war mein Plan etwa 100 MHz draufzuschlagen, kann natürlich sein, dass man gar nicht soviel benötigen würde. VG Daniel
Hallo, Daniel R. schrieb: > Martin L. schrieb: > Danke fürs Simulieren! Schade, was das Ergebnis betrifft. > Ich habe als Höhe mit 1mm einen Kompromiss gewählt, weil ein dickeres > Substrat wieder Nachteile für andere Komponenten auf der Platine hat. Wie wäre es denn mit einer 1.6mm 4-Lagen PCB? Da kannst Du die HF auf TOP mit GND-Plane auf der 1. Innenlage machen. Die Antenne kann dann trotzdem mit der gesamten Substratdicke arbeiten. > Benötigt wird im Grunde eine Bandbreite von 150-200MHz, aber aufgrund > des FR-4-Materials wollte ich sozusagen mögliche Abweichungen der > Resonanzfrequenz im Rahmen einer Platinenserie (wie hoch die > Standardabweichung [%] in etwa ist weiß ich nicht - gibt es > Erfahrungswerte?, letztlich wird man das wohl messen müssen) Wenn Du es bei Eurocircuits fertigen kannst, kann ich Dir Messergebnisse zukommen lassen. Muss es unbedingt eine Patch-Antenne sein? Wie wäre es mit einer inverted-F oder einem (Butterfly-)Dipol? Oder eine planare Yagi/Vivaldi-Antenne? Viele Grüße, Martin
Martin L. schrieb: > Hallo, > > Daniel R. schrieb: >> Martin L. schrieb: > >> Danke fürs Simulieren! Schade, was das Ergebnis betrifft. >> Ich habe als Höhe mit 1mm einen Kompromiss gewählt, weil ein dickeres >> Substrat wieder Nachteile für andere Komponenten auf der Platine hat. > > Wie wäre es denn mit einer 1.6mm 4-Lagen PCB? Da kannst Du die HF auf > TOP mit GND-Plane auf der 1. Innenlage machen. Die Antenne kann dann > trotzdem mit der gesamten Substratdicke arbeiten. Gute Idee, danke. Das ganze soll möglichst kompakt und vor allem kostengünstig sein (das wird bei einem 4 Lagen-PCB nicht mehr zu erfüllen sein), aus Gründen der Kompaktheit auch die Patch-Antenne. Aber ich überlege gerade, ob ich die Antenne nicht auf einer eigenen 1,6mm-Platine unterbringe; dann benötige ich zwar einen Antennen-Steckverbinder, aber das dürfte sich in Grenzen halten. Könntest du bitte das mit dem Slot mal bei h=1,6 mm versuchen zu simulieren? Ich werde das später versuchen zu simulieren.
Bei mir kommt bei h=1,6 mm bis auf eine etwas erhöhte Bandbreite (jetzt ca. 170 MHz) sowie etwas bessere Leistungs-Effizienz bzgl. Slots nichts brauchbares raus. Auch mir parasitären Patches (+/- verbunden) keine Verbesserung, dann hab ich zwar einen zweiten S11-Einbruch in der Nähe, aber dafür ist die Bandbreite noch schlechter bei der ursprünglichen Resonanzfrequenz. Als letzte Option will ich das in HFSS noch mal versuchen zu simulieren, wie oben erwähnt, erhalte ich eine Fehlermeldung, die auch aus Forenbeiträgen über Google-Suche nicht zufriedenstellend behoben werden kann. Eigentlich habe ich die Design-Schritte alle aus einem Youtube-Tutorial übernommen. Hier die Fehlermeldung: [error] Port refinement, process hf3d error: Too few conductors were found on port 1. There should be one conductor for each terminal, with one additional reference conductor. Unintentional contact between conductors may cause this error. Ich habe ein Rechteck der Höhe h und einer Breite wie die Feed-Line am Rande des Substrates erstellt und einen "Lumped-Port" zugewiesen. Dann die Feed-Line zugewiesen und als Referenz die Ground-Plane ausgewählt. Ground-Plane und Feed-Line+Patch sind nicht miteinander elektrisch verbunden. In den Excitations im Project Manager ist an Terminal 1 (bzw. Port 1, es gibt ja nur einen) die Feed-Line zugewiesen. Den "Conductors" wurde das "Perfect E" zugewiesen. Falls irgenjemand noch einen Tipp dazu hat, wäre ich sehr dankbar. VG Daniel
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So, nun mal ein erstes "Ergebnis". Ich bin zufrieden, das scheint frequenzmäßig eine Quasi-Punktlandung zu sein. :-) Not macht erfinderisch: Habe meinen ADALM-Pluto verwendet und zwei dieser Antennen (Senden/Empfangen) verwendet, um die Amplitude des Trägersignals als Funktion der Frequenz auszumessen und mal einen Plot erstellt. Es gibt aber auch jemanden, der den ADALM-PLUTO als einfaches Reflektometer verwendet (hatte aber dafür einen teuren Koppler benutzt - den habe ich nicht): https://ez.analog.com/university-program/f/q-a/101880/can-adam-pluto-be-used-as-cheap-experimental-scalar-or-vector-network-analyser Das Matlab-Skript habe ich auch angewendet, übers Spektrum sieht das dann nicht so eindeutig wie hier aus, habe das bisher nicht verbessern können. Als Sender habe ich daher ein Trägersignal mit einem ADF4350 erzeugt und in die Sendeantenne eingespeist, die Amplitude am Empfänger am ADALM-PLUTO in SDRsharp eigenständig angesehen. (Anmerkung: Die Leistungsabgabe des ADF4350 ändert sich im angegebenen Frequenzbereich um ca. 1.5 dB)
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Hallo, eine Frage: Ich will in der zweiten Version meiner Patch-Antenne eine SMA-Durchsteckbuchse anbringen (im ersten Foto ein Beispiel wie es geplant wäre), der Innenleiter soll dabei direkt in den Verteilerpunkt platziert werden (im zweiten Foto ist die aktuelle Version der Platine und der geplante Lötpunkt für den SMA-Innenleiter ist als rotes Kreuz markiert) Und da bin ich mir zwecks Anpassung unsicher. Sollte oder muss ich hier zwecks Anpassung etwas an der Leiterbahnbreite ändern, da dann zwei "50 Ohm-Ausbreitungswege" bestehen? VG Daniel
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