[Mr.Trigger 0]

Доброго времени суток, коллеги. Начал заниматься антеннами относительно недавно, так уж исторически сложилось, что я воткнулся в тему.

Встала задача разработать двухмодовую антенну LDS типа на внешней части корпуса мини устройства размером 30мм в диаметре. Толщина сборки около 5мм. Внутряк содержит маленькую плату в виде полумесяца и батарею CR2032 с кредлом. Корпус сделан из фотополимера 3д принтера

Частоты 868 и 1575МГц. Точнее Lora(для РФ диапазона) and GPS L1

Расстояние между металлическим фаршем и самой антенной около 1мм.

Из арсенала есть : куча медной клейкой фольги, рефлектометр NanoVNA v2PLUS4, относительно прямые руки из нужного места.
Метод проектирования: в народе как я понял называется метод «фольги и спички».

Кабель представляет собой металлический штырек с цельнометаллическим экраном длиной примерно 4см
Калибровка прибора проведена на конце кабеля.

В результате пока получилось 2 дизайна средней паршивости. Фото ниже приложу.
Дизайн 1 – Тупо полигон с НЧ составляющей под 868 и щель под ВЧ диапазон. Присутствует основной ввод фидера и заземляющий пин.
Дизайн 2 – некое подобие F образной антенны. В левой части есть большая земля, с помощью нее подстраивал НЧ моду под минимальный КСВ. Для ВЧ моды такой странный полигон оказался самым оптимальным решением, добиться четкого провала в 1.5Ггц так и не получилось. Пробовал его вытягивать в линию, делать меандром, все тщетно.  Присутствует основной ввод фидера и заземляющий пин.

Соображения – много очень металла под антенной (очень большая емкость), вполне возможно поглощение достаточно сильное, плюс с диаграммой направленности будет скорее всего полный шлак.
Обратил внимание, что дизайн 1 не очень сильно реагирует на поднесение руки, других предметов металлических. КСВ конечно становится хуже, но фатально частоты не убегают. Это хорошо или нет? Читал, что если КСВ не сильно меняется, значит основное излучение тупо поглощается окружающими деталями.

Я даже не стал пытаться промоделировать это хозяйство в CST (который есть) или HFSS в виду ограниченности ресурсов ПК. Предыдущее устройство подобного вида обсчитывалось на мощном ПК порядка дней.

Имел представления о базовых формулах расчета Ф антенны и полосковых антенн, но с учетом не плоской формы антенны и кучи металла под ней я от них отказался, ибо реальность 100% не будет согласована с расчетом.

Вопросы, коллеги, следующие:
1 -  Мои соображения выше верны ли?
2 – Антенный эффект весьма коварная штука. Я наивно предположил, что короткий кабель моего типа может его минимизировать. Так ли это? Касание рукой меняет конечно картину, но не сильно. Сдвига по частотам вроде нет, кроме как по КСВ. Могу я предполагать, что этого достаточно?
3 – Есть ли рекомендации у вас, какой тип антенны еще можно испробовать? (если таковые имеются конечно)
4 – Кто-нибудь пробовал дизайн с наклеиванием меди переносить на дизайн готового корпуса с ЛДС? Насколько сильно там убегают параметры? Толщина металла будет меньше, пористость и другие факторы, которые приводят к изменению параметров антенны в серии.

5 – Как это хозяйство можно согласовать? Если я правильно понимаю, то влепить туда какой-нибудь П, Г и прочие цепи индуктивностей и емкостей тупо не получится, ибо что то уплывет однозначно. Дополнительных ключей тоже следует избежать. Идеальный результат это согласование в КСВ около 2. Пока на данный момент оба дизайна как видно не дотягивают. Дополнительные коммутаторы и ключи ставить тоже крайне не желательно, ибо потери, да и места на плате катастрофически мало.
6 - Насколько по вашим впечатлениям на графиках это вообще будет работать? Пока у нас нет печатки с трансивером чтобы проверить к сожалению, однако хотелось бы хоть заранее знать.

(финальную подстройку не проводил, хочу с вами посоветоваться прежде)

Фото подключения фидера

Дизайн 1 слева направо

Дизайн 2 - слева направо

Изменено 24 марта, 2022 пользователем Mr.Trigger

[Mr.Trigger 0]

Господа антенщики, есть кто живой?

[LMA 1]

On 3/24/2022 at 5:37 PM, Mr.Trigger said:

Обратил внимание, что дизайн 1 не очень сильно реагирует на поднесение руки, других предметов металлических. КСВ конечно становится хуже, но фатально частоты не убегают. Это хорошо или нет? Читал, что если КСВ не сильно меняется, значит основное излучение тупо поглощается окружающими деталями.

Да, это не хорошо. Для численной оценки КПД можно воспользоваться "Wheeler Cap Method".

On 3/24/2022 at 5:37 PM, Mr.Trigger said:

Я даже не стал пытаться промоделировать это хозяйство в CST (который есть) или HFSS в виду ограниченности ресурсов ПК. Предыдущее устройство подобного вида обсчитывалось на мощном ПК порядка дней.

Тут что-то не то. Такие маленькие антеннки должны считаться минуты, ну в крайнем случае десятки минут на компьютере десятилетней давности. Считать нужно в частотной области. Считайте и добивайтесь совпадения результатов.

On 3/24/2022 at 5:37 PM, Mr.Trigger said:

2 – Антенный эффект весьма коварная штука. Я наивно предположил, что короткий кабель моего типа может его минимизировать. Так ли это? Касание рукой меняет конечно картину, но не сильно. Сдвига по частотам вроде нет, кроме как по КСВ. Могу я предполагать, что этого достаточно?

Ну смотря к чему этот кабель подключен, если на другом конце кабеля будет массивная железка, то по ней будут течь токи и она будет оказывать влияние на результирующие характеристики. Но очень может быть, что этого будет вполне достаточно и не нужно заморачиваться.

On 3/24/2022 at 5:37 PM, Mr.Trigger said:

3 – Есть ли рекомендации у вас, какой тип антенны еще можно испробовать? (если таковые имеются конечно)

 

On 3/24/2022 at 5:37 PM, Mr.Trigger said:

5 – Как это хозяйство можно согласовать?

В интернетах полно всяких вариантов.

 

On 3/24/2022 at 5:37 PM, Mr.Trigger said:

6 - Насколько по вашим впечатлениям на графиках это вообще будет работать? Пока у нас нет печатки с трансивером чтобы проверить к сожалению, однако хотелось бы хоть заранее знать.

Графики подозрительно хороши.

[Mr.Trigger 0]

On 3/30/2022 at 2:06 AM, LMA said:

Да, это не хорошо. Для численной оценки КПД можно воспользоваться "Wheeler Cap Method".

Тут что-то не то. Такие маленькие антеннки должны считаться минуты, ну в крайнем случае десятки минут на компьютере десятилетней давности. Считать нужно в частотной области. Считайте и добивайтесь совпадения результатов.

Ну смотря к чему этот кабель подключен, если на другом конце кабеля будет массивная железка, то по ней будут течь токи и она будет оказывать влияние на результирующие характеристики. Но очень может быть, что этого будет вполне достаточно и не нужно заморачиваться.

 

В интернетах полно всяких вариантов.

 

Графики подозрительно хороши.

Про методику оценки КПД спасибо, почитал, попробуем.

Про моделирование в CST. Предыдущее устройство действительно обсчитывалось крайне долго, неприемлемо долго. Возможно это связанно с конкретным методом обсчета полей в CST, за другие САПРы не в курсе. Однако, сгенерированная простая F антенка в магусе на прямоугольной плате считалась лично на моем компе около 30 минут. (corei3, UHD Graphics 620, 8GB RAM, SSD). 
Про минуты обсчета вы какой САПР имели в виду?

Кабель подключен к NanoVNA. довольно массивная железяка. мои последующие изыскания и советы коллеги помогли избавиться от влияния кабеля за счет создания петли подводящего кабеля на четверть длины волны, что купирует протекание тока по внешней части кабеля. Эффект конечно не устраняется полностью, но минимизируется. Более простого а адекватного метода как я полагаю нет. 
Да, графики очень сильно меняются в худшую сторону по КСВ, факт.

На просторах интернета я нашел адекватными по размеру только F и патч с щелью, что и опробовал. Возможно, кто-то сталкивался с похожей задачей и нашел иное решение, поэтому уточнил. Вопрос все еще актуален.

 

 

[LMA 1]

6 hours ago, Mr.Trigger said:

Про минуты обсчета вы какой САПР имели в виду?

CST, Frequency Domain Solver (по умоланию используется Time Domain Solver) и HFSS тоже.

Посмотрите тут, например эту статью.

[Alt.F4 0]

30.03.2022 в 01:06, LMA сказал:

Для численной оценки КПД можно воспользоваться "Wheeler Cap Method"

Продаются ли где-нибудь готовые колпаки с размерами под LTE диапазоны?...