Wir haben unseren Mikrowellen-Streufeld-Resonator (auch hier im Forum: Projekt zur Feuchtemessung) in dieser Software nachgebaut, um dessen Verhalten besser zu verstehen. Leider fehlt uns die Routine, die Simulation zu starten, so dass wir plausible Ergebnisse erhalten, insbesondere zur Strahlungsgeometrie und dem Resonanzverhalten ... Gibts hier jemand, der sich die Datei mal ansehen würde? Laut Berechnung nach anderen Webseiten und in der Realität sollte bei 3.4GHz eine ausgepägte Resonaz zu sehen sein - CST zeigt nur eine Art Halbkreis ... usw. Wenn bereit, bitte melden. Danke.
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cst_01.png
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cst_02.png
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Hallo Frank E. Da ich mich mit CST gut auskenne, könntest du mir mal die Datei zukommen lassen. Gerne schaue ich dann mal nach, was bei (für) der Simulation nicht so richtig passt. Vielleicht meldet sich auch noch jemand, der sich die Datei mal ansieht. 73 Bodo (dg8ly)
Bodo M. schrieb: > Hallo Frank E. > Da ich mich mit CST gut auskenne, könntest du mir mal die Datei zukommen > lassen. Gerne schaue ich dann mal nach, was bei (für) der Simulation > > Vielleicht meldet sich auch noch jemand, der sich die Datei mal ansieht. > 73 Bodo (dg8ly) Danke. Kommt morgen vormittag. Kollege hat den PC schon aus und ich weiss nicht genu wo er das File abgelegt hat.
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mw_fx_tst.png
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Hat etwas länger gedauert. Hier ist die Datei ... Die eine Antenne dient dazu, ein Signal von einem ADF4351 einzuspeisen, an der anderen SMA-Buchse hängt ein Detektor mit Schottkydiode und OPV zur RSSI-Messung. In der Realität sieht das tatsächlich aus wie im Bild, da sollte man doch annehmen, dass es in der Simulation zumindest ähnlich wird ... ?
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SMA-Laengsschnitt.PNG
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S1_1_T-Solver_-40dB.png
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S1_1_T-Solver_-60dB.png
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E-Feld_3700MHz_Plane.png
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E-Feld_3700MHz_IsoSurface.png
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Hallo Frank, ich verstehe zwar leider überhaupt nichts von Resonatoren, aber ein wenig von CST. Daher habe ich mal über Deine Datei geschaut... Eine vielleicht ziemlich dumme Frage (wie gesagt, ich verstehe nichts von Resonatoren), aber wofür sind die beiden "wires" gut, die im Inneren des Resonators von den Stubs der SMA-Buchsen zum Resonatorgehäuse führen? Deine Komponente namens "Sma_Buchse" ist zwar ausgeblendet, aber noch immer in der Simulation enthalten. Du solltest sie in die Groups "Excluded from Simulation" und "Excluded from Bounding Box" aufnehmen, falls Du sie nicht löschen möchtest. Dies spart Rechenraum und damit Rechenzeit. Zu Deinem "Halbkreis", den Du als Kurve für die Rückflussdämpfung erhalten hast: Halbkreis hin oder her - wenn Du auf die Absolutwerte schaust, dann hast Du im ganzen Frequenzbereich eine Totalreflektion. Dies ist auch kein Wunder, weil Dein definierter Port den Innenleiter der SMA-Buchse gar nicht berührt. Dies muss er jedoch. Ich habe die Buchse außen ein wenig gestutzt und den Port neu angelegt. Danach erhalten wir immer noch eine Totalreflektion, da Du die Buchse so ins Resonatorgehäuse gebaut hast, dass ein Kurzschluss zwischen Innen- und Außenleiter entsteht. Siehe Bild (SMA-Laengsschnitt.PNG)! Ich habe mal eben quick and dirty für Abhilfe gesorgt. Nun funktioniert das System grundsätzlich und man sieht auch eine relativ scharfe Resonanz (S1,1_T-Solver_-40dB.png) - allerdings bei 3,656 GHz. Und die Tiefe des Einbruchs ist nicht sehr groß, lediglich -2,5 dB. Die Kurve sieht noch etwas wellig aus, dies ist dem geschuldet, dass der Energieabbau in der Simulation entsprechend Deiner Einstellung "nur" bis -40 dB erfolgt ist. Energieabbau ist bei resonanten oder geschlossenen Strukturen generell immer ein Problem beim Zeitbereichslöser. In diesem Fall strahlt der Resonator anscheinend genügend Energie ab, so dass die Energie im System innerhalb sinnvoller (Rechen-)Zeit abgebaut werden kann. Ein Energieabbau bei -60 dB glättet die Ergebniskurve besser (S1,1_T-Solver_-60dB.png), der Einbruch wird jedoch trotzdem nicht nennenswert größer. Wie schon erwähnt, kenne ich mich mit Resonatoren nicht aus und weiß nicht, wie groß der Einbruch sein sollte. Eine Gegenkontrolle mit dem F-Solver ergibt keine nennenswert abweichenden Werte, was dafür spricht, dass das Ergebnis vom T-Solver glaubwürdig ist.
Rechen K. schrieb: > ... Eine Gegenkontrolle mit dem F-Solver ergibt keine nennenswert > abweichenden Werte, was dafür spricht, dass das Ergebnis vom T-Solver > glaubwürdig ist. Ich danke dir für deine Mühe. Im komprimierten Schnelldurchgang: Sinn des offenen Resonators ist es, mit Material in der Umgenung zu interagieren. Im konkreten Fall geht es um die Messung des Feuchtegehaltes, z.B. ein Strohballen. Der Resonator wird mit der Öffnung dagegengepresst und das Feld soll bis zu 30 cm hineinreichen. Größter Faktor ist die Dielektrizitätskonstante. Stroh, Zellulose, Holz haben einen Wert um 3..4, quasi nix, aber Wasser hat mit ca. 88 einen erheblichen Einfluss. Reicht nun das Feld aus dem Resonator in dieses Medium, so wird er verstimmt (Resonanzfrequenz sinkt) und gedämpft (Kurve weniger "spitz"). Durch Vergleich von Resonanz und Halbwertsbreite im ungedämpften und im gedämpften Zustand erhält man einen dimensionslosen Faktor, den man gegen den tatsächlichen absoluten Feuchtegehalt kalibrieren kann ... Das sit natürlich keine Erfindugn von mir, das wird bereits massenhaft gemacht. Auch z.B. zu zerstörungsfreien Feuchtemessung in Bauwerken. Ich will das nachbauen und arbeite mich tmüsam durch die Literatur ... Schickst du mir bitte noch die bearbeitete Datei? Nachtrag: Die Erreger- und Messantenne als Loop auszuführen, war eine Anregung hier aus dem Forum (magnetisch statt kapazitiv).
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Verzeihung, im Anhang noch die überarbeitete Projektdatei. Danke für die Erklärung der Anwendung dieses Resonators! Interessante Aufgabe... Halte uns hier gerne weiter auf dem Laufenden, wie es Dir damit ergeht!
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SParam_mitohneLoop.png
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S11_mitProben.png
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S21_mitProben.png
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Vakuum.png
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Holz.png
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Wasser.png
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Hallo nochmal, aus Neugierde habe ich probiert, die Loops einfach wegzulassen. Ich würde behaupten, dass die Eigenschaften des Resonators ohne diese zumindest nicht schlechter werden. Oder, was meinst Du? (SParam_mitohneLoop.png) Danach habe ich, aus weiterer Neugierde, mal einen Probenwürfel mit 100 mm Kantenlänge hinzugefügt - und das Verhalten mit verschiedenen Materialien (Vakuum, Holz, Wasser) untersucht.
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resonators.png
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Rechen K. schrieb: > Hallo nochmal, > > aus Neugierde habe ich probiert, die Loops einfach wegzulassen. Ich > würde behaupten, dass die Eigenschaften des Resonators ohne diese > zumindest nicht schlechter werden. Oder, was meinst Du? > (SParam_mitohneLoop.png) > > Danach habe ich, aus weiterer Neugierde, mal einen Probenwürfel mit 100 > mm Kantenlänge hinzugefügt - und das Verhalten mit verschiedenen > Materialien (Vakuum, Holz, Wasser) untersucht. Sehr schön! Ich danke dir für dein Interesse! Hast Feuer gefangen? :-) In der Realität waren die Loops etwas sauberer, die Kurven näher an der Idealform, weniger "zittrig". Was mich erstaunt, ist dass pures Wasser offenbar weniger dämpft als Holz. Ansonsten sehen deine Kurven nahezu perfekt aus. Hättest du noch eine Idee, wie man den Resonator modifizieren könnte, um die Eindringtiefe zu vergrößern? Andere nutzen wahlweise ringförmige Öffnungen wie wir oder ein zentrales Loch. Im harten Einsatz besteht die Abdeckung aus einer Glaskeramik, bei unserem Prototyp derzeit aus Kunststoff ... In der Realität haben wir noch ein Problem: Auf dem Schreibtisch haben wir die Reaktion zunächst mit einem zusammengefalteten, durchnässten Küchentuch in einer Plastikfolie getestet und waren zufrieden. Beim nächsten Test gegen ca. 30% feuchtes und gepresstes Stroh in einem Karton von ca. 30cm Kantenlänge war die Reaktion (Veränderung der Kurven) fast nicht sichtbar. :-( Deshalb die Idee, das Ganze mal zu simulieren. Hättest du eine Ideee, wie man einen nicht-homogenen Stoff wie Stroh in CST simulieren könnte?
Eigentlich habe ich dafür gar keine Zeit - aber die Neugierde hat gesiegt. :-) Übrigens habe ich für Holz ein simples "Normal Material" mit Eps_r = 4 angelegt. Für Wasser war dies unpraktikabel, weil bei Eps_r = 88 der Energieabbau enorm langsam passiert ist. Daher habe ich aus der Materialdatenbank das Material "Water" genommen, in dem auch eine kleine Leitfähigkeit definiert ist. Damit ging der Energieabbau dann wieder zügig. Wie man nicht-homogenes Material definiert, weiß ich leider nicht. Der "primitivste" Weg wäre, z.B. in einen Wasser-Klotz viele hohle Strohhalme hineinzuzeichnen. Dies verursacht vermutlich aber auch den größten Zeichen- und Rechenaufwand. Wie man dies eleganter bewerkstelligen könnte, würde ich an Deiner Stelle den CST-Support, bzw. noch eher den zuständigen Vertriebler (!) fragen. Auf der Felddarstellung war mir am Anfang bereits aufgefallen, dass die Richtwirkung sehr wenig ausgeprägt ist. Ich kann gar nicht oft genug betonen, dass ich nicht die geringste Ahnung von Resonatoren und von Feuchtemessung habe - aber ich würde mir an Deiner Stelle wünschen, dass das Feld gebündelter aus dem Resonator austritt und Du dadurch eine größere Eindringtiefe erreichst. Ich vermute, dass deswegen auch die Versuche auf dem Schreibtisch so ausgefallen sind, wie Du sie beschrieben hast: Das mit Wasser vollgesogene Tuch direkt am Resonator bewirkt eine Verstimmung - der nur mäßig feuchte Strohklumpen jedoch nicht oder kaum. Leider habe ich keine Idee, wie man den Resonator entsprechend umgestalten könnte. Vielleicht jemand anderer in diesem Forum?
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tt_ts610.jpg
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stray_field.jpg
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Ich habe inzwischen weiter recherchiert und bin zu der Vermutung gekommen, dass die Feuchtemessung sowohl mit Streufeld-Resonatoren als vermutlich auch mit Short Backfire Antennen gemacht wird. Es gibt Messgeräte (z.B. Trotec TS610), da sieht der Messkopf verdächtig kurz aus ... Leider sind die Dinger schlecht lieferbar und wenn, ziemlich teuer (ca. 700,-), sonst würd ich mal einen kaufen und zerlegen :-) Guck mal bitte in den anderen Thread, vielleicht fällt dir dazu etwas ein: Beitrag "short backfire antenna bei 5GHz - 2 Probleme/Fragen"
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Frank E. schrieb: > Es gibt Messgeräte (z.B. Trotec TS610), da sieht der Messkopf verdächtig > kurz aus ... Stimmt, die Form des eigentlichen Messkopfes würde gut zu der von Dir gezeigten Short-Backfire-Antenne passen. Oder könnte man einen Resonator ebenfalls mit diesen Proportionen bauen? > Leider sind die Dinger schlecht lieferbar und wenn, > ziemlich teuer (ca. 700,-), sonst würd ich mal einen kaufen und zerlegen > :-) Aus technischer Sicht wäre heutzutage kein Zerlegen mehr notwendig. Es gibt leistungsfähige CT-Geräte, die problemlos sehr feine metallische Strukturen darstellen können, selbst wenn sie innerhalb anderer metallischer Strukturen verborgen sind. Sogar Bonddrähte innerhalb von ICs werden noch gut aufgelöst. Ich staune immer wieder, wenn ich solche Bilder sehe. Falls Du zufällig Zugang zu so einem Gerät, bzw. einem entsprechenden Dienstleister hättest... > Guck mal bitte in den anderen Thread, vielleicht fällt dir dazu etwas > ein: > > Beitrag "short backfire antenna bei 5GHz - 2 Probleme/Fragen" Zumindest simulationstechnisch fällt mir dabei gleich einiges ein. Man kann in CST schöne Parameterstudien automatisiert erstellen lassen - damit kannst Du dann untersuchen, welche Maße welchen Einfluss auf das Verhalten Deiner Antenne haben. Du musst dafür nur die Konstruktion parametrisiert erstellen. Zumindest bei den Maßen, die Du in den Studien verändern möchtest. Das heißt, dass Du statt einem absoluten Maß (z.B. "50 mm") eine Variable (z.B. "Durchmesser") eingibst, die Du zunächst mit einem Maß belegst (also z.B. wiederum obige "50 mm"), das Du aber in den Parameterstudien durchsweepen kannst (z.B. von 30 bis 70 mm in Schritten von 5 mm). Die Dämpfung durch das Material könntest Du z.B. so ermitteln, dass Du zuerst eine Referenzrechnung ohne Probenmaterial durchführst und dabei an einer bestimmten Stelle (die sinnvollerweise in Strahlungsrichtung der Antenne und kurz hinter dem später einzufügenden Probenkörper liegt) die Feldstärke ermittelst. Danach führst Du eine Rechnung mit Probenkörper durch, ermittelst wieder die Feldstärke am gleichen Punkt und setzt beide Werte miteinander ins Verhältnis. Daraus ergibt sich dann der Dämpfungswert, den eine bestimmte Probe mit einer bestimmten Antenne erzeugt. Stichwort "Schirmdämpfungsmessung".
Halt halt. Ein Epsilon von 4 fuer Wasser ist schon eine Menge Holz. Wasser hat eine mit der Frequenz eine sinkende Dielektrizitaetskonstante, ich rechne mit etwa 1.7 bei 30GHz. Und wuerde auf vielleicht 2.5 bei 10GHz gehen, allerdings sind die Verluste nur bei Kryotemperaturen Null. Oberhalb brutal, breitbandig. Ich wuerde die Verluste nach einer Messung anpassen. Also mit einem Netzwerkanalyzer den Verlust effektiv messen, und dann den Wert anpassen Der Dielektizitaetswert von 80 fuer Wasser ist fuer DC. Ich hab ein Leben lang Resonatoren mit CST gerechnet und den Thread erst jetzt gesehen Die Endringtiefe einer Welle aus einem Resonator in einen Material wuerde ich mal mit dem halben Durchmesser ansetzen. Wenn man alles richtig macht. Um dielektrische Absorption zu messen muss man auf E-Feld optimieren.
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Purzel H. schrieb: > Ein Epsilon von 4 fuer Wasser ist schon eine Menge Holz. Wasser hat eine > mit der Frequenz eine sinkende Dielektrizitaetskonstante, ich rechne mit > etwa 1.7 bei 30GHz. Und wuerde auf vielleicht 2.5 bei 10GHz gehen, [...] Eine interessante Anmerkung! Darf ich fragen, woher Du Deine Werte hast? Ich möchte nicht behaupten, dass sie falsch sind - aber in CST gibt es in der Materialdatenbank ein "Water (Debye Model)", in dem die Dielektrizitätskonstante frequenzabhängig hinterlegt ist. Und bei 5 GHz, der vom TE benutzten Frequenz, liegt sie in diesem Modell immer noch bei ca 74. Die vom TE angesprochenen 88 lägen damit also keine Welten daneben. Welche Werte nun richtig sind, kann ich leider nicht beurteilen.
In diesem Link gibt eine Grafik nach der das Epsilon-R oberhalb ca. 10GHz steil nach unten geht: https://water.lsbu.ac.uk/water/complex_dielectric.html
Danke Georg, das würde ich dann als Bestätigung sehen, dass bei den hier verwendeten 5 GHz das Eps = 74 durchaus realistisch sein könnte.
als Purzel H. .. weshalb ein anderes Login ? Anderer Rechner, anderes Login. Wir messen Wasser in Mikrowellen Resonatoren. Dort wo das Wassersample im E-Feld ist, wirkt das Dielektrikum. Und ergibt einen Frequenzshift. Dieser Frequenzshift ist halt so, dass die Dielektrizitaetskonstante um die 2 bei 30GHz ist. Die Resonatoren bei 10GHz, welche wir verwenden sind keine Hohlraumresoantoren mehr, sondern Struktur Resonatoren. Auch dort gibt es diese Frequenzshifts. Wir hatten schon 4 GHz Resonatoren, ich kann mich nicht an eine so hohe Dielektrizitaetskonstate erinnern. Sicher unter 10.
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Bana A. schrieb: > Wir messen Wasser in Mikrowellen Resonatoren. Dort wo das Wassersample > im E-Feld ist, wirkt das Dielektrikum. Und ergibt einen Frequenzshift. Aha! Ich überlege gerade, ob sich bei Wasser im Resonator noch andere Effekte ergeben. Denn dass die so ermittelten Eps_r sich so fundamental von den anderen Angaben aus zwei verschiedenen Quellen unterscheiden, macht mich schon stutzig. Es wäre interessant, das Eps_r nicht in einer resonanten Struktur (Resonator), sondern in einem simplen Plattenkondensator bei diesen Frequenzen messen zu können. Wobei man vielleicht darauf achten sollte, ob sich außer Eps_r vielleicht noch die Verluste deutlich verändern.
als Purzel .. wieder ein anderes Login. ich hab die zugehoerige email glaub nicht mehr. Wasser bei Mikrowellen ist natuerlich erst mal dissipativ. Ein Epsilon zu messen sollte man erst mal vergessen. Ausser man macht den Verlust weg. Der Verlust kommt von den Molekuelschwingungen und den H-Bruecken der Molekuele. Die leiten Polarisationen einfach in den Bulk ab. Die Verluste verschwinden bei hinreichend tiefer Temperatur. Unsere Messungen sind deswegen bei diesen tiefen Temperaturen, zum Einen, weil die Verluste der (Bio-)Sample in Wasser verschwinden, zum Anderen nimmt die Lebensdauer der Zustaende mit abnehmender Temperatur zu. Wir reden von unterhalb 50 K. Das vertretene Projekt ist aber bei Raumtemperatur. Und man moechte die Feuchte durch die Absorption messen. Wenn man einen S11 Resonator nimmt, welcher also nur einen Anschluss hat, erscheint ein dissipativer Verlust identisch zu einem Verlust per Feld Strukturaenderung. Ein Dielektrikum, z Plastik, zieht mir das Feld aus dem (offenen) Resonator wo es dann abgestrahlt wird. Bedeutet. Man muss mit einer Messreihe kalibrieren und die Anordnung muss gleich bleiben. Allenfalls laesst sich mehr Information mit einem S21 Aufbau erreichen, mit 2 Anschluessen. Dieser erlaubt auch noch eine Phase zu messen.
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