Параметрическая подстройка патч-антенны в ADS

Для кого эта статья? Для тех, кто уже знаком с ПО и умеет в нём кое-что проектировать.
С функцией подстройки стоит познакомиться, так как она очень сильно помогает оптимизировать ваш дизайн за считанные минуты. Не нужно много раз изменять его габариты и ставить на прогон.

Как правильно назвать то, что я тут делал.

• Parameter Sweep — исследуем, как меняются характеристики при изменении геометрии.

• EM/circuit cosimulation — используем электромагнитную модель вместе со схемной моделью в одном расчёте.

Для начала считаем, что мы создаём патч антенну для определённого диапазона. Мы её рассчитали на бумажке для нашего материала и теперь хотим промоделировать в ADS.

Резонансная частота 3.0ГГц
Материал FR4
Проницаемость Er=4.4
Loss tangent =0,002
Толщина материала 1.6мм

Расчёт нашей патч антенны делаем как было в моей предыдущей статье.

Получаем ширину 26.07мм
Получаем длину 19.97мм

Трансформатор согласования прикинули в каком-либо каде, считать его ручками долго и никому не нужно. Получили 3мм на 11,7мм

Теперь можно приступить и к моделированию.

Проект создали, создали рисунок нашего расчётного патча. И примерно такое имеем сейчас:

Задали подложку для нашей антенны с земляным слоем.

И тут специально задал немного другой Er, что бы расчёты не сошлись немного и было что по подстраивать.

После моделирования получил результат, сразу видно, что в цель не попали. Маркер M1 показывает резонанс антенны

Это всё была подготовительная работа, считаем, что это у всех и так давно проделано для своих проектов. После этого кто-то начинает изменять размеры патча и моделировать каждое изменение, кто-то пересчитывает по формулам и думает, какой-же коэффициент где задать. Кто-то изготавливает и подключив к антенному анализатору начинает подрезать медь или напаивать.

Данный софт позволяет сделать вот такой финт:

Мы создаём библиотечный элемент из нашей антенны методом: EM-Components-Parameters

В появившемся окне даём название элементу, указываем его размер и размер до которого можно изменить.

После этого нажимаем добавить и это окно закроется, но откроется другое, в котором нам предстоит выбрать область для изменений.

Я ввожу значение по Х 2 и по Y 0. После этого ОБЯЗАТЕЛЬНО мышкой выделяем ту область, к которой это хотим применить (смотри справа на рисунке). И жмём применить. В этот момент моментально к выделенной части прирастут заданные 2 мм ширины.

После этого повторяю операцию для оси Y.

И после нажатия OK — имеем пол успеха.

Далее надо создать сам компонент в библиотеку. Для этого иду в EM-Component-CreateEM Model and Symbol. В появившемся окне выставляем обе галки и нажимаем ОК.

Так компонент создан.

Далее предстоит создать лист в схемном редакторе, сохранить его к имеющемуся проекту. Из библиотек проекта добавляем на лист созданный нами компонент. Это вот так будет выглядеть:

После этого мы накидываем следующие параметры и компоненты, что бы схема стала выглядеть так:

VAR — это важный элемент, который позволяет как подстраиваемая переменная «крутить» какой-то из параметров.

Его задаём нашим размером 26.07, а название параметру с Х меняем на d (расстояние)

В параметре Dem нашей антенны вместо 26.07 ставим d — тот самый изменяемый параметр.

В настройках свипирования в SweepVar ставим «d», а в SimInstanceName[1] вписываем «SP1» — наш план по моделированию. В Start установлю 25, а в Stop 30.3 — это размеры, которые мы хотим менять.

Нажимаем сохранить и нажимает старт моделирования.

Далее по окончанию моделирования можно построить графики S параметров для этого моделирования. Поучится что-то типа такого:

Догадливый радио инженер предугадал следующий мой шаг. Теперь создаю компонент библиотеки для подстройки питающей линии.

Мы создаём библиотечный элемент из нашей антенны методом: EM-Components-Parameters

В появившемся окне даём название элементу feed, указываем его размер от 3 и размер до которого можно изменить 3.5.

После этого нажимаем добавить и это окно закроется, но откроется другое, в котором нам предстоит выбрать область для изменений.

Всё как и в прошлый раз. Далее вводим значения, выбираем вертикальную часть питающей линии и нажимаем применить, потом ОК.

Далее надо создать сам компонент в библиотеку. Для этого иду в EM-Component-CreateEM Model and Symbol. В появившемся окне нажимаем выставляем обе галки и нажимаем ОК.

После увидим окно по обновлениям:

В нём нажимаем Update Database.

Перехожу в редактор схем и удаляю старый элемент антенны, а вместо него подгружаю новый из библиотеки.

После этого параметр VAR из d меняю в f, а значение его в 3. У элемента в параметре Feed ставлю переменную f. В программе свипирования »d» меняю на »f», а значения от 2.8 до 3.1

После моделирования открывается график кривых, в котором маркером можно найти интересующую и посмотреть её параметры.

Теперь хочу прогнать длину питающего элемента.

Процесс будет точно такой. То есть возвращаюсь на рисунок антенны, через EM задаю область редактирования, название и значения.

Пусть у меня будет так: FeedL с 11.79мм до 12мм

Маленькая особенность. Порт надо отодвинуть в сторону при выделении области изменения:

Ну и далее как в предыдущих случаях создаём компонент в библиотеку.

Не буду описывать что дальше, всё по аналогии с предыдущими шагами. И в итоге получаем такую схему

А тут вижу только один отмоделированный вариант.

Далее остаётся выбрать лучшее из предложенных вариантов и внести в проект. Финально провести моделирование, убедиться, что улучшения действительно есть. Таким методом, если наловчиться, можно достаточно быстро оптимизировать различные элементы с распределёнными параметрами, антенны и прочее.

Для честности хочу немного добавить дёгтя в эту бочку мёда.

Нужно прямо сказать, что параметрический sweep ускоряет поиск подходящей геометрии, но сам по себе не гарантирует глобального оптимума и не заменяет финальную EM-проверку.

Это хороший способ освоить параметризацию и увидеть влияние каждого размера. Но параметры антенны взаимодействуют друг с другом. Размер патча может менять резонанс, а геометрия питания — согласование и входное сопротивление.

Поэтому оптимальное значение одного параметра при фиксированных остальных не обязательно окажется оптимальным после изменения других.

Список используемой литературы

1. About Us

2. Keysight Advanced Design System (ADS) Basics and Applications – RAHRF209-L

3. RF System Design of Receivers, Transmitters & Transceivers – RAHRF409

Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе. Войдите, пожалуйста.Я так и делал всегда0%Да00%Нет0 Никто еще не голосовал. Воздержавшихся нет. Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе. Войдите, пожалуйста.Больше таких статей0%Да00%Нет0 Никто еще не голосовал. Воздержавшихся нет. Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе. Войдите, пожалуйста.Обязательно попробую так0%Да00%Нет0 Никто еще не голосовал. Воздержавшихся нет. Теги:

• слономышь
• ADS
• радио
• антенны
• Патч-антенна
• антенна
• моделирование антенн
• разработка электронники
• разработка антенн
• свч

Хабы:

• Электроника для начинающих
• Производство и разработка электроники
• Схемотехника
• Носимая электроника
• DIY или Сделай сам