Вопросы по HFSS

[Вопросы по HFSS]

у вас коаксиальная линия нарисована не как цилиндр/круг, а как многогранник (Polyhedron) с числом граней N=24

Соответственно выделить в 1 клик периметр такого "круга" нельзя - есть 24 гранник. 

Можно 24 раза кликнуть на эти хорды (удерживая Ctrl) и потом Assign Terminal.

Но на будущее - рисуйте коаксиальные линии не как полигедроны, а как производные фигуры Circle (цилиндр или Polyline с крос-секцией типа Circle). У фигуры Circle всегда можно задать разбиенеи на любое количество хорд (те же самые 24), но зато выделять сможете в 1 клик

[Вопросы по HFSS]

12 часов назад, Damyen сказал:

Спасибо, а как правильно задать порт?

в обычном HFSS есть два типа решения - Modal и Terminal.

В HFSS-IE только Terminal.

В типе Terminal должно быть явно задано 2 (или более) грани к которым касается порт и которым будет приложена заданная разница потенциалов (по умолчанию 1 Вольт)

В типе решения Modal терминалов не было, и в торец порта "вдувалась" мощность (по умолчанию 1 Ватт), а моделировщик сам решал как эта волна будет протекать по такой линии передачи.

Для коаксиального порта типа Terminal можно выделить какую-либо "грань" круга (периметр круга) и назначить его терминалом.

[Вопросы по HFSS]

7 часов назад, Damyen сказал:

То есть воздушный бокс можно не рисовать?

граничное условие Radiation добавить нельзя даже если хочется

[Вопросы по HFSS]

2 часа назад, Damyen сказал:

И как там задать граничные условия?

из портов только Lumped, граничные условия не нужны. Метод моментов слагает поля на бесконечной сфере и не просчитывает поля внутри модели - только токи на проводниках.

[Вопросы по HFSS]

В 21.06.2024 в 16:19, Damyen сказал:

А в каком смысле медленный финальный расчет? 

черновой расчет, свипировать размеры - будет накладно.

а когда уже модель готова - финальный расчет можно сделать потратив больше CPU/RAM

[Вопросы по HFSS]

2 часа назад, Damyen сказал:

какой размер воздушного бокса предпочтительнее?

не менее 1/4 лямбды со всех сторон.

Для повышенной точности (медленный финальный расчет) 1/2 лямбды

[Антенна на 144 МГц]

45 минут назад, Hale сказал:

ну в общем вайфай у многих так и работает

у вайфая чувствительность не -113

[Изготовление патч антенн]

В 26.05.2024 в 14:24, spirit_1 сказал:

И не факт что замыкающих отверстий нет. Они себе могут быть под краской . Нужны хорошие фото , тогда можно чтото утверждать

 

Вот еще антенна аналогичного предназначения 4HAWKS Raptor Inspire pro, в копилку для ознакомления

4HAWKS Raptor Phantom 4 PRO

ALIENTECH DUO II G

 

А так китайцы часто запитывают диполь Герца в составе печатных Уда-Яги

 

[Изготовление патч антенн]

По ссылке не патчи, а фазированная решетка из петлевых диполей Пистолькорса. Реплика антенны Maple Leaf. Направленность 21 dBi, с учетом тепловых потерь где-то 20 dBi получится в лабораторном измерении.

В некоторых рабочих частях этой антенны твердый диэлектрик в значительной мере заменене на воздух, поэтому улучшается тепловой КПД и снижается чувствительность к допускам и разбросу эпсилон твердого ламината.

Зазор между диполями и рефлектором в значительной мере воздушный. Поэтому импеданс собственно дипольной рамки не очень чувствительный к разбросу изготовления.

А вот линии питания выполнены двухпроводными симметричными, с полным заполнением зазора твердым диэлектриком. Незначительные колебания ширины дорожки и неопределенность толщины ламината и его эпсилон будут существенно влиять на характеристический импеданс Zo этих двухпроводных линий, а в конечном итоге на КСВ.

 

Цитата

А при несоблюдении  требований к текстолиту, толщине фольги, покрытию (предположим, что геометрия соблюдена), что должно пострадать в наибольшей степени?  Направленность? Способность к усилению? Или же частота съедет?

До тех пор пока вся антенна однородна (все элементы "съехали" одинаково, полная зеркальная симметрия по всех элементах) направленность измениться не может.

Геометрическая зеркальная симметрия при топологии "звезда"  дает гарантию что мощность всегда поделится поровну, а фаза будет синфазной. Поэтому получить направленность меньше 21 dBi никак не получится.

Съедет только график КСВ. Можно заложить в производство этап подстройки:

- заложить какую-либо монтажную ёмкость в узле питания (чтобы опустить или поднять график jX если он съехал)

- заложить возможность изменить Re за счет увеличения или уменьшения сечения какой-либо дорожки (например пары отходящей от узла питания)

Если производить надо десятки-сотни и больше - придется присутствовать на производстве и оперативно вносить коррективы добиваясь требуемого графка КСВ в этой партии сразу без подстроек. Если это для себя надо заказать из-за океана производство 5...20 плат то проще будет вручную подстроить.

•  

[HFSS и ЛПДА]

7 часов назад, uve сказал:

и 5000-6000 МГц,

а сколько получили тепловой КПД в этом диапазоне и на каком ламинате?

[HFSS и ЛПДА]

В 01.05.2024 в 16:11, Alex_2015 сказал:

 Методика расчета печатной антенны должна отличаться от методики расчета классической ЛПДА.

у классической ЛПДА одинаковая скорость волны:

• в пространстве между диполями
• в двухпроводной собирающей линии

Вот анимация воздушной антенны

В твердотельной антенне из двустороннего ламината - скорость в собирающей линии почти в 2 раза медленнее чем скорость между рядами диполей Герца, поэтому фазово-амплитудное распределение совершенно другое

[HFSS и ЛПДА]

В 02.05.2024 в 07:44, Alex_2015 сказал:

А можно как-нибудь в HFSS определить длину волны (или скорость распространения). Есть модель микрополоска.

для линий передачи - да. проще всего в 2D Extractor

[HFSS и ЛПДА]

6 часов назад, Alex_2015 сказал:

Хотя бы базисно оттолкнутся от близости теории

у диполя Герца важно только время за которое волна проходит до конца, отбивается и возвращается назад.

Сколько из этого времени приходилось собственно на преодоление дистанции (движений по прямолинейному участку, а.к.а. "определить скорость распространения") второстепенно.

Такое можно узнать на анимации (особенно показательная будет анимация если построить её во временной области Trasient/Time-domain), но для определения того какая длина диполя Герца нужна для резонанса на желаемоей частоте F такая информация не поможет.

[HFSS и ЛПДА]

9 минут назад, uve сказал:

Можно, строите модель полоска, назначаете два порта на входе и выходе. после расчёта выводите в таблице параметр S12  в "ang_deg". Это и будет электрическая длина полоска.

это метод только для линий передачи.

для одиночного провода (индуктивность) у которого есть только сток/исток  м нет портов на концах проводника не получится.

Для диполя Герца можно просто измерить частоту F когда jX=0 или подобрать геометрические размеры плечей диполя чтобы получить jX=0 на заданной частоте F

[HFSS и ЛПДА]

5 часов назад, Alex_2015 сказал:

При расчете ЛПДА есть такой параметр, как отношение длины вибратора к его диаметру. Значение константа. Определяет волновое сопротивление вибраторов

Весьма неоднозначное утверждение, скорее всего вырванное из контекста и исковерканное.

Для расчете полуволнового диполя Герца с помощью только листика, карандаша и таблицы умножения в свое время были придуманы "карандашные методики" с коэффициентами укорочения/удлинения в зависимости от выбраного материала. В карандашную эпоху модель диполя Герца существовала только для цилиндрического проводника нулевой толщины (сверхтонкий круглый провод), а для всех других реальных материалов опытным путем составляли таблички с коэффициентами.

 

Цитата

Для подложки с эффективной диэлектрической проницаемостью х ширина, как впрочем и длина, делятся на корень х.

При условии что проводник погружен в большой аквариум с таким материалом. Для тонких ламинатов в зависимости от типа линии (это линия передачи или просто одиночный проводник - плечо антенны или одиночная индуктивность) % заполнения твердым диэлектриком будет разный. Для типичных линий передачи ламинат двусторонний с бесконечным граундом. Волна принудительно заключена в твердый диэлектрик бесконечным граундом.

Для линий на одностороннем ламинате это уже не работает.

Вот двухпроводна открытая линия 300 Ом на одностороннем FR4 толщиной 1 мм. Скорость распространения в такой линии 87.7% скорости света, потому что медленный твердый диэлектрик заполняет незначительный объем в котором распространяется волна

 

Если зазор уменьшить, чтобы импеданс получился 158 Ом, то скорость распространения замедлится до 78.7%, потому что объем пространства в котором преимущественно сконцентрирована энергия будет больше заполнен твердый диэлектриком

[HFSS и ЛПДА]

Для открытой однопроводной линии (типа плечи диполя Герца, или катушка индуктивности сделанная из прямого проводника) для круглой и прямоугольной формы такие эквиваленты

⌀3 = 3x2 mm = 5.7x0.5 mm

 

Распространенные алюминиевые полоски  10x2, 15x2 and 20x2 являются эквивалентом круглых прутков D=6.5 mm, D=8.5 mm и D=10 mm соответственно.

Найти эквивалент в HFSS можно двумяс способами:

- в решателях S-параметров нарисовать диполь Герца и найти при каких размерах будет одинаковая резонансная частота (jX=0)

- в решателях RL/GC (Q3D Extractor) можно нарисовать прсто прямой кусок провода, на торцы назначить сток/исток и найти погонные индуктивность/ёмкость

Круглый провод диаметром 6 мм имеет C=1.78 pF и L=64.88 nH (на 100 мм погонной длины)

 

Те же погонные L/C имеет прямоугольный пруток 9x2 мм

 

[HFSS и ЛПДА]

3 часа назад, Alex_2015 сказал:

А ведь есть еще кабель и на 300 Ом симметричный (был во времена моей молодости). Правда пользовался на КВ и выше.

ЛПДА на 200 Ом на частотах до 200 МГц были популярны много десятилетий назад.

Для более высоких частот они неинтересны из-за балуна ШПТЛ 4:1 с большими потерями на ДМВ и выше

[HFSS и ЛПДА]

12 часов назад, uve сказал:

Yrik82, Вы когда ни будь пробовали в НЕК или ММАНА посчитать волновое сопротивление двухпроводной линии?  Попробуйте сравнить результат с расчётом в HFSS или CST и сразу поймёте почему в этих прогах НЕК и ММАНА нельзя считать логоантенну.

Они это не умеют. Ни 4NEC2 ни ММАНА этого не могут в принципе.

в 4NEC2 можно задать виртуальную линию (в MMANA такого функционала нет), которой нет физически и которая не взаимодействует с моделью.

Zo этой линий Вы сами вписываете вручную.

По этой причине 4NEC2 можно считать логоантенну, но лишь при условии использования виртуальной линии.

Автор же просил сугубо академическую задачу "а можно прикинуть собственные импедансы без влияния линии"(антенна такого типа без линий физически существовать все равно не может)

 

При попытке перерисовать эту линию физическими проводами - получите абракадабру. И не только потому что двухпроводные линии не поддерживаются, а и потому что перпендикулярные стыки тоже не поддерживаются

 

[HFSS и ЛПДА]

Ещё раз прорекламирую такую старую богом забытую программку как 4NEC2 (среди русскоязычных её славу забрала себе похожая программа MMANA)

Вот как просто в ней описать и посчитать базовую принципиальную схему ЛПДА (без пересчета в уже конкретную 3Д модель под конкретные материалы для производства).

7 пар элементов описываются всего 7 строками в табличке (всего 14 переменных - длины и позиции элементов)

 

Собирательная линии (на модели фиолетовая твин-линия) состоит из 6 сегментов о описывается 6 строками в табличке

В колонку Zo можно руками вписать любое желаемое значение.

 

Расчет в широкой полосе частот выполняется МГНОВЕННО (менее секунды). Нажал кнопку и сразу готовы графики

 

Так можно мгновенно прощупать принципиальную схему (какими будут графики ДН, Ку и КСВ при выбранных сигма/тау/N, как подогнать Zo линии.

Весь код такой модели это маленький текстовый файлик на 20 строк 1000 байт, который можно править прямо в Блокноте

Потом эту приницпиальную схему уже можно превратить в 3D модель под свои материалы, пересчитав какой должен быть зазор или шириниа полосковой собирательной линии, длины элементов для диполя с выбранными материалом и шириной вибраторов и т.д.

 

Также в такой программе очень просто и быстро (тоже мгновенно) можно посчитать стек из 2 или более ЛПДА, просто продублировав всю модель на некотором расстоянии.

 

[HFSS и ЛПДА]

6 часов назад, Alex_2015 сказал:

Сопротивление вибраторов антенны определяется отношением длины вибратора к его диаметру

Нет. Если речь о диполе Герца, то входное сопротивление диполя Герца можно измерить нарисовав в HFSS как антенну только один этот диполь.

В широкой полосе частот получим график входного импеданса Z = R +jX.

Кривая jX будет подобна синусоиде и много раз пересекать значение 0 (первый резонанс и далее гармониковые резонансы).

Кривая Re будет начинаться с 0 Ом, на первом резонансе (полуволновый резонанс) достигнет значения в районе 73.1 Ом (при бесконечно тонком материале проводника). Далее Re будет повышаться до нескольких сотен Ом (на четном резонансе одно-волнового диполя). Далее опять будет снижаться и на нечетном резонансе (полтора лямбды) снова будет в районе 73 Ом.

Если изменить материал или форму элементов из которых изготовлен диполь (взять более толстый материал, вместо прямой трубки/прутка на конце устроить какие-либо расширения) то сместятся обе кривые - и jX и Re.

Если за резонансную частоту такой антенны (полуволнового диполя Герца) считать точку в которой кривая jX пересекает 0, и опустить из этой точки вертикальную прямую на график Re, то на пересечении получим некоторое Rвх антенны на этой конкретной частоте (в широкой полосе частот оно циклически меняется от 0 до 500 Ом проходя все значения).

 

Из-за того, что у диполя Герца выполненного из толстых прутков кривая jX сместилась, сместилась резонансная частота, и на этой резонансной частоте Rвх получилось меньше чем 73.1 Ом.

Именно этот факт можно иногда и трактуют как "определяется отношением длины вибратора к его диаметру".

Хотя если у диполя из сверхтонкого проводника (у которого на резонансной частоте 73.1 Ом входное) появится например какая-либо (умышленная или неумышленная) ёмкость в узле питания, то график jX уползет вниз (сосредоточенная ёмкость добавила отрицательного ёмкостного реактанса и сместила кривую jX вниз). Резонансная частота F изменилась. На этой новой резонансной частоте R уже какое-то другое. Ни длину ни диаметр вибратора не меняли, а R изменилось (хотя график R не менялся, мы только поменяли точку частоты F на которой смотрим Rвх)

 

Если речь о многоэлементных антеннах (Яги, ЛПДА), то входной импеданс отдельного диполя Герца в составе многоэлементной антенны зависит не только и не столько от собственных свойств этого диполя (его длина и диаметр) как от взаимного положения и размеров других элементов. Например если взять простейший 3-элементный набор:

- диполь Герца

- паразитный директор (пара вибраторов суммарной длиной немного меньше пол лямбды)

- паразитный рефлектор (пара вибраторов суммарной длиной немного длиннее пол лямбды)

То приближене директора к диполю смещает кривую jX диполя немного вверх (смещает резонансную частоту вверх), а кривую Re тоже немного вверх (увеличивает импеданс диполя)

Приближение же рефлектора напротив уменьшает импеданс (смещает кривую Re вниз).

ЛПДА по большому счету это такой волновой канал, только все элементы ещё и активно питаемые.

В одной научной работе по ЛПДА даже пытались вывести формулы, нарисовать матрицы связей S, Y через взаимные импедансы связи элементов в решетке

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1018363918305282

 

6 часов назад, Alex_2015 сказал:

А возможно ли в HFSS "измерить" сопротивление антенны (вибраторов).

именно для всей ЛПДА антенны невозможно, т.к. точек питания много (каждая пара диполей запитывается) и все они запитываются через эту собирательную линию (и задержка фазы и трансформации импедансов зависят от длины и импеданса этой линии), то запитать всю структуру только сосредоточенными портами невозможно и не имеет смысла.

Наиболее быстро (мгновенно) считать график КСВ именно у ЛПДА антенн можно в программе 4NEC2. Из всего семейства программа на движке NEC (MMANA, EzNEC, 4NEC2) именно в этой програме реализовали виртуальные линии передачи (TL card).

Чтобы нарисовать ЛПДА на 10 пар элементов, в этой программе достаточно нарисовать:

* 10 прямых отрезков

* описать 1 линию и вписать в одно поле её Zo

Расчет выполняется доли секунды. Вписав другое Zo можно мгновенно получить график КСВ во всей полосе частот. Физически собирательная линия в модели не присутствует, её длина и Zo используются солвером для автоматического пересчета распределения токов во всей структуре.

 

Для описания геометрии ЛПДА и упрощения их расчетов авторами ЛПДА были придуманы такие геометрические показатели как сигма (отнситеьлный шаг) и тау (константа проекта по расходимости). Они определяют шаг и расходимость решетки (для заданной полосы частот в конечном итоге будет менятся количество пар элементов N чтобы заполнить всё решетку желаемыми сигма/тау).

Для более "плотных" решеток (с бОльшим количеством пар элементов N на ту же длину L) собственные импедансы вибраторов ниже, и для получения того же результирующего Rвх собирательная линия надо чуть-более высокоомная, а из-за того что разность трансформируемого и конечного Z не такая большая - перепады Z меньше (а в конечном итоге красивый график КСВ что интересует заказчика).

Для более "жидкой" решетки (для экономии числа элементов N)  собственые импедансы взаимосвязи вибраторов выше (что например хорошо если надо получить антенну 200 Ом для балуна 4:1). Но если надо получить Rвх =50 то "жидкая" лого хуже, донижать вниз придется  сильнее, а а чем больше трансформация тем сильнее перепады и больше скачет график КСВ

 

Условный пример на примере четверть-волнового трансформатора.

Дано: нагрузка 50 Ом, задача получить как можно более красивый график КСВ50 на этой нагрузке

Вариант А: источник 150 Ом, трансформатор собирательная линия 86,6 Ом. на выходе 50 Ом. КСВ=1 на одной частоте, но на других частотах сильно возрастает

Вариант Б: источник 50 Ом, трансформатор собирательная линия 50 Ом. на выходе 50 Ом. КСВ=1 на всех частотах (идеальный вариант)

Вариант В: источник 100 Ом, трансформатор собирательная линия 70,7 Ом. на выходе 50 Ом. КСВ=1 на одной частоте, на других частотах растет но не так сильно как в Вариант А

 

Для разных Сигма/Тау логопериодическая антенна буде вести себя как вариант А или как вариант В. Более "густая" лучше если надо получить прямой выход на 50 Ом, "жидкая" лучше для ШПТЛ 4:1

[HFSS и ЛПДА]

у LPDA двухпроводная симметричная линия работает как трансформатор импедансов и её собственный характеристический импеданс Zo существенно влияет на трансформацию и результирующий импеданс всей антенны.

В расчетах это 2 проводная линия была нарисована с трубкой/цилиндром такого же диаметра как коаксиальный кабель?

[HFSS и ЛПДА]

12 минут назад, Alex_2015 сказал:

По поводу различий возможно. Моделировал без кабеля и симметрирующего устройства

т.е. отличия модели от изделия - вопиющие. но все таки лучше фото

 

12 минут назад, Alex_2015 сказал:

По кабелю имел ввиду, что измерял КСВ с разъёмами и затухание в кабеле могло привести к более низкому измеренному КСВ, чем есть у разъемов.

Цитата

отключите кабель от антенны и останется КСВ=2 на 6 ГГц

 

12 минут назад, Alex_2015 сказал:

Цитата

КСВ кабеля я измерял. Оно меняется от частоты условно говоря, по синусоиде, и в пиках поднимается до 1,25 в максимуме

 

такое же будет если отключить кабель от антенны. Полноый обрыв кабеля или короткое замыкание - и получаем синусоиду 

[HFSS и ЛПДА]

Покажите фото изделия.

Возможно модель в HFSS и изделие имеют очень весомые различия?

  

2 часа назад, Alex_2015 сказал:

Где она старые размеры сохранила

в настройках отчетов (Results) вкладка Families - там выбрать какие отчеты показывать а какие нет

 

2 часа назад, Alex_2015 сказал:

измерял на кабеле длиной около 3 м

на 6 ГГц у этого кабеля погонное затухение 1 дБ на 1 метр.

На 3 метрах это 3 дБ, даже полный обрыв или короткое замыкание (100% отражение, украли антенну) из-за теплового рассеяния не смогут раскачать КСВ>2 в таком кабеле

[Вопрос по направленным ответвителям]

24 минуты назад, Sokrat сказал:

Вас не смущает термин коэффициент связи?

Не смущает

Четыре параметра ТТХ направленных ответвителей

• Coupling =  C = S13 = коэффициент связи 
• Directivity =  D = S34 = направленность
• Isolation = I = S14
• Insertion Loss = L = S12

Порт №4 может быть реализован в виде нагрузочного резистора Zo=50 Ом, тогда параметры D и I будут относительно мощности рассеиваемой этим резистором

[Вопрос по направленным ответвителям]

4 минуты назад, Sokrat сказал:

Картинки не прикрепились

вставил одной картинкой