طراحی ساختار گذار Microstrip به Slotline با پهنای باند بالا

[Mr.designer]

سلام به همه دوستان گرامی

بنده چند وقتی هست روی آنتنهای ویوالدی کار میکنم که برای تغذیه ساختار تشعشعی اونها ، نیاز به یک ساختار گذار یا Transition از خط مایکرواستریپ به Slotline هست که پهنای باند بالایی داشته باشه.

آنتن ویوالدی ، یک آنتن Planar هست که میتونه پهنای باند وسیعی رو تحت پوشش قرار بده.نوعی از این آنتن که من روش کار میکنم ، میتونید شکل و شمایل و توضیحاتش رو در اینجا ببینید :

http://www.antennamagus.com/database/antennas/antenna_page.php?dir=117

در حال حاظر با ساختار Transition اون و طراحی ساختاری که بشه به صورت Parameter Sweep اون رو Optimize کرد ، سر و کله میزنم :redface:

به طور خلاصه این ساختار از یک Circular Slot Stub و یک Radial Stub تشکیل شده که کل قضیه زیر سر این دوتاست. به طور مثال شعاع دایره ، شعاع استاب رادیال و زاویه اون به طور مستقیم روی پهن باند بودن و عملکرد ساختار تاثیر خواهند گذاشت.

دی الکتریک فعلا RO4003 هست ، اگر بدونم که مناسب نیست از RT5880 استفاده خواهد شد. پهنای باندی که باید پوشش داده بشه از 3.1 تا 10.6 گیگاهرتز است.
ضخامت دی الکتریک 0.813 میلیمتر هست.

عرض Slotline بین 0.2 تا 0.4 و عرض خط مایکرواستریپ هم در حدود 0.4 میلیمتر خواهد بود. البته با عرض اسلات هنوز مشکل دارم و باید اون هم پتیمایز بشه.

این رو مطرح کردم تا اگر دوستان مخابراتی که در انجمن هستند ، تجربیاتی در این زمینه دارند ، به من کمک کنند. با تشکر فراوان

[mosizaza]

طراحی ساختار گذار Microstrip به Slotline با پهنای باند بالا

سلام محمد جان

نمیدونم با نرم افزار HFSS Design Kit تا به حال کار کرده باشی و یا نه! لینک زیر رو ببین

http://www.eca.ir/forum2/index.php?topic=72607.0

ولی این آنتن Vivaldi که شما گفتی با یه کمکی تفاوت (یعنی به جای اون داره در انتهای taper slot از مربع استفاده شده و انتهای خط مایکرواستریپ از Radial Stop استفاده شده)

عکسش رو در زیر برات میزارم

همنطور که از شکل بالا مشخصه ، با وارد کردن ابتدا و انتهای باند فرکانسی و با تعیین نوع زیرلایه RO4003 با ضریب دی الکتریک 3.55 و ضخامت 0.815 میلیمتر و تانژانت تلفات 0.0027 ) بر اساس طراحی پیش بینی شده ای میاد تمام اندازه ها رو تولید کرده و آنتن رو مدل میکنه

خود Design Kit این آنتن رو بلافاصله به داخل HFSS مدل میکنه (البته فکر کنم نیاز به Parametric Optimization داشته باشه)

آنتن مدل شده رو در پیوست برای شما میزارم

روی فرکانس 10.6GHz در حالت endfire به اندازه ی 11.7dbi گین میده و اینم شکلش

[Mr.designer]

پاسخ : طراحی ساختار گذار Microstrip به Slotline با پهنای باند بالا

ممنون محسن جان

نه ، با این Design Kit کار نکردم ، البته یه دوست بسیار خوبی دارم که در این زمینه کمکم میکنه و اون بهم این دیزاین کیت رو معرفی کرده بود ، ولی در حال حاظر خود نرم افزار HFSS رو ندارم. یعنی دارم ، ولی Error میده و اذیت میکنه که قراره از همون دوستم بگیرم نرم افزار رو اگه خدا بخواهد. :smile:

البته من مقالات و پایان نامه های زیادی رو خوندم و بررسی کردم ، فقط در یکی از اونها دیدم از اون استفاده شده. این بود :

Multiband Vivladi Antenna for X Band and Ku Band Application
http://www.ijana.in/papers/V3I5-11.pdf

بیشتر منظورم فرم Taper و ساختار Transition هست. شاید نزدیک به 95 درصد از استاب شیاری دایروی و استاب شعاعی استفاده میکنن. شاید بخاطر دیستورشن هم باشه که این نوع ترنزیشن مربعی ایجاد میکنه. ضمن اینکه مقدار Offsetیی که از لبه های کناری آنتن داره به نظرم خیلی زیاد میاد و تو نمونه های ساخته شده ندیدم انقدر فاصله رو. اگر تو گوگل یه سرچی بزنی ، نمونه های ساخته شده نوعی که لینکش رو گذاشتم زیاد میبینی.

البته شکر خدا امروز به نتایج خوبی رسیدم.ولی مشکلی که با CST العان دارم ، رسم یک Arc هست که بتونم به صورت پارامتری شعاع و زاویه اش رو تغییر بدم. حالا شاید امشب به نتیجه برسم. هرچی خدا بخواهد. از محاسباتش که بگذریم ، کل ساختار نیاز به یک پتیمایز کردن خاصی داره. که باید با توجه به رفرنس ها انجام بگیره.

این پروژه برای فرد دیگری هست و من دارم بهش کمک میکنم. پروژه کارشناسی هست ولی خب برای خودمم واقع جذاب شده موضوع.

ان شاء الله به زودی HFSS رو از دوستم میگیرم و با این دیزاین کیت کار میکنم ، خیلی ممنونم از اینکه برام یک نمونه هم انجام دادی. بهم دید خوبی راجع به محیط کارش داد.

[mosizaza]

پاسخ : طراحی ساختار گذار Microstrip به Slotline با پهنای باند بالا

ممنون محسن جان

نه ، با این Design Kit کار نکردم ، البته یه دوست بسیار خوبی دارم که در این زمینه کمکم میکنه و اون بهم این دیزاین کیت رو معرفی کرده بود ، ولی در حال حاظر خود نرم افزار HFSS رو ندارم. یعنی دارم ، ولی Error میده و اذیت میکنه که قراره از همون دوستم بگیرم نرم افزار رو اگه خدا بخواهد. :smile:

البته من مقالات و پایان نامه های زیادی رو خوندم و بررسی کردم ، فقط در یکی از اونها دیدم از اون استفاده شده. این بود :

Multiband Vivladi Antenna for X Band and Ku Band Application
http://www.ijana.in/papers/V3I5-11.pdf

ماشاالله این هندی ها تو دادن مقالات تبحر خاصی دارم از عکس های ای مقاله به نظر میاد که طرف از همین Design kit استفاده کرده و کار خودش رو راحت کرده

بیشتر منظورم فرم Taper و ساختار Transition هست. شاید نزدیک به 95 درصد از استاب شیاری دایروی و استاب شعاعی استفاده میکنن. شاید بخاطر دیستورشن هم باشه که این نوع ترنزیشن مربعی ایجاد میکنه. ضمن اینکه مقدار Offsetیی که از لبه های کناری آنتن داره به نظرم خیلی زیاد میاد و تو نمونه های ساخته شده ندیدم انقدر فاصله رو. اگر تو گوگل یه سرچی بزنی ، نمونه های ساخته شده نوعی که لینکش رو گذاشتم زیاد میبینی.

البته شکر خدا امروز به نتایج خوبی رسیدم.ولی مشکلی که با CST العان دارم ، رسم یک Arc هست که بتونم به صورت پارامتری شعاع و زاویه اش رو تغییر بدم. حالا شاید امشب به نتیجه برسم. هرچی خدا بخواهد. از محاسباتش که بگذریم ، کل ساختار نیاز به یک پتیمایز کردن خاصی داره. که باید با توجه به رفرنس ها انجام بگیره.

این پروژه برای فرد دیگری هست و من دارم بهش کمک میکنم. پروژه کارشناسی هست ولی خب برای خودمم واقع جذاب شده موضوع.

ان شاء الله به زودی HFSS رو از دوستم میگیرم و با این دیزاین کیت کار میکنم ، خیلی ممنونم از اینکه برام یک نمونه هم انجام دادی. بهم دید خوبی راجع به محیط کارش داد.

ان شا الله ، موفق باشی

[Mr.designer]

پاسخ : طراحی ساختار گذار Microstrip به Slotline با پهنای باند بالا

من اون قضیه پهنای باند رو اینجا پیگیری میکنم...

بله ، درسته ، به این نوع آنتنها UWB گفته میشه. البته این اسم یک مفهوم کلی هست..ولی در این مورد ، من دارم روی آنتنی کار میکنم فعلا که برای رنجی که FCC تعیین کرده یعنی 3.1 تا 10.6 گیگاهرتز ، مشخصات خوبی داشته باشه..

ابعاد Taper ، حداقل فرکانس کاری رو تعیین میکنه. مثلا ابعاد Taper یی که من استفاده می کنم حدودا 60 میلیمتر هست. البته طول taper هرچی بیشتر باشه ، گین هم افزایش پیدا خواهد کرد.

حداثکر فرکانس کاری رو هم معمولا مبدل امپدانس و ساختار ترنزیشن تعیین میکنه..بخاطر همین باید خوب پتیمتیمایز بشن.

اون آنتنی رو که گفتم با یه سری ابعادی که الگو برداری شده بود تقریبا ، رسم کردم..شد 3.1 تا 9 گیگارهرتز. ولی نمیدونم اون درصدی که شما در اون تاپیک فرموده بودین رو با توجه به اینکه در این رنج فرکانسی زیر 2 هست ، چطوری باید جساب کرد..

در واقع منظورم اینه که اون 20 تا 80 درصد رو چطور میشه حساب کرد..البته ببخشید که نمیدونم...آخه من تو کارشناسی آنتن رو یاد نگرفتم و مفاهیمی رو که بلدم ، سر 2-3 تا پروژه آنتن رفتم دنبالشون و خوندم...و به این مسئله برخورد نکرده بودم..

و یک سوال دیگه ، فکر میکنید بشه این آنتن رو ساخت ؟ (یعنی RO4003 گیر میاد ؟) ، چون اول 5880 استفاده کرده بودم ، بعد دوستم گفت اصلا دنبالش نباش..

با تشکر :nerd:

[mosizaza]

پاسخ : طراحی ساختار گذار Microstrip به Slotline با پهنای باند بالا

در واقع منظورم اینه که اون 20 تا 80 درصد رو چطور میشه حساب کرد..البته ببخشید که نمیدونم...آخه من تو کارشناسی آنتن رو یاد نگرفتم و مفاهیمی رو که بلدم ، سر 2-3 تا پروژه آنتن رفتم دنبالشون و خوندم...و به این مسئله برخورد نکرده بودم..

ببین تو سیستم های UWB برای محاسبه ی پهنای باند تا اونجا که یادم هست به پهنای باند بالاتر 100 درصد فرکانس مرکزی هم میرسند و حتی به 200 درصد فرکانس مرکزی هم میرسه میتونی از رابطه ی زیر استفاده کنی برای محاسبه پهنای باند امپدانسی آنتن UWB از ابتدا تا انتهای تلفات بازگشتی کمتر از 10dB- و یا VSWR زیر عدد 2

برای اطمینان هم میتونی مقالیه که ضمیمه کردم رو ببینی

و یک سوال دیگه ، فکر میکنید بشه این آنتن رو ساخت ؟ (یعنی RO4003 گیر میاد ؟) ، چون اول 5880 استفاده کرده بودم ، بعد دوستم گفت اصلا دنبالش نباش..

آره فکر کنم پاساژ عباسیان فروشگاه RF-phone بود که شیت های راجرز RO4003 رو پارسال میفروخت ، سایت هم داره میتونی بری تو سایتش سر بزنی و یا اینترنتی از سایتش بخری

تو شیت زیر لایه از RFphone رو تهیه کن بدش PCB طرحت آنتن رو بده ببر آلفا مدار یا تهران مدار چند روزه بهت تحویل میدن

وای چقدر گرون شده یادمه RO4003 شیتی 120 تومن بود سال 89 الان شده شیتی 560 تومن ، خدا به داد برسه

http://www.rfphone.com/index.aspx?si...amp;pageid=180

[Mr.designer]

پاسخ : طراحی ساختار گذار Microstrip به Slotline با پهنای باند بالا

سلام..

تو رسم Arc به صورت پارامتریک به مشکل برخوردم.. :cry:

اگر به این شکل توجه کنید :



برای رسم Arc تو CST ، نیاز به یه سری پارامتر هست..

العان Arc رسم شده ، ولی وقتی رسم میشه ، مختصات X2 و Y2 رو من ندارم ، چیزهایی که معلوم هست اینهاست :

X1,Y1
Xcenter - Ycenter
Radius
Angle

یعنی تمامی مشخصات ، به جز مختصات نقطه ای که Arc به پایان میرسه. در به در تو نت دارم میگردم دنبال اینکه با چه معادله ای میشه حساب کرد مختصات X2 و Y2 رو :sad:

ممنون میشم اگر کمکم کنید..

:job:

[Mr.designer]

پاسخ : طراحی ساختار گذار Microstrip به Slotline با پهنای باند بالا

مشکل با استفاده از Local Coordinate System حل شد. :read:

[mosizaza]

پاسخ : طراحی ساختار گذار Microstrip به Slotline با پهنای باند بالا

خوب خدا شکر محمد باریککککککککککککککککککککاااااااا :applause:
عکس ساختارت رو از CST اینجا بزار ببینیم چیکار کردی و یکی دو تا از نتایج کارت رو

[Mr.designer]

پاسخ : طراحی ساختار گذار Microstrip به Slotline با پهنای باند بالا

خواهش میکنم مهندس :redface: هرچی هست ، همش لطف خداست... :rolleyes:...

کاش زودتر می دیدم این خواسته ات رو :surprised: ، یعنی از صبح کلا این لپ تاپ بار سی پی یوش بالای 50 درصده..نمیزارم نفس بکشه..نسوزه یه وقت :sad:

در آخرین ساختاری که رسم کردم یه مقدار مشکل پیدا شده ، یعنی تو فرکانس بین 4 تا 5 گیگ ، VSWR رفته بالای دو..دارم میگردم مشکلش رو پیدا کنم..احتمالا زیر سر Slotline باشه...چون من اول قطر خط مایکرواستریپ که داره به استاب شعاعی وصل میشه رو حدود 0.2 میلیمتر گذاشته بودم..بعد نرم افزار ارور میداد اواسط شبیه سازی و میگفت یک Source of Instability وجود داره و این حرفا که بعد اون رو تغییر دادم به 0.4 میلیمتر و مشکل رفع شد..شاید بخاطر اینکه باید از Freq. Domain استفاده کرد ، نمیدونم....اصلا بزار برات کامل بگم..

ببین اسم کلی تر این ساختار ها که احتمالا بدونی ، TSA یا Tapered Slot Antenna هست ، که در ویوالدی به صورت ETSA یا Exponentially هست. خب این Slotline از یه گلوگاهی یا همون Throat شروع میشه و باز تر میشه. ابعاد اون قسمت گلوگاه بسیار تاثیر گذاره. یعنی عرض Slotline و طولش. عرض این خط تعیین کننده امپدانس هست. خب ما نیاز داریم که امپدانس این خط برابر با مثلا امپدانس SMA باشه ، یعنی 50 اهم ، ولی ساخت Slotline با امپدانس 50 اهم روی این جور Substrate ها بسیار مشکل هست. یعنی عرضش خیلی کم میشه. کمتر از 0.1 میلیمتر که اصلا قابل ساخت نیست. بنابرین معمولا از 0.3 به بالا باید در نظر گرفت و امپدانسش هم با توجه به Substrate و اینها ، معمولا باید بالاتر از 100 اهم در بیاد.

حالا ما یه Slotline داریم که امپدانسش 100 اهم هست ولی باید تبدیلش کنیم به 50 اهم. که این کارو با یه Linear Impedance Transformer میشه انجام داد. ولی باز نکته اینجاست که روی ساب استریتی که ما داریم برای 100 اهم ، عرض مایکرواستریپ هم کم خواهد شد. مثلا برای 100 اهم میشه حدود 0.4 میلی متر.

خب اسلاتی که من دارم تو این شبیه سازی ، 120 اهم بود و من بخاطر همین اول 0.2 گذاشتم مایکرواستریپ رو ، ولی العان تغییرش دادم. و فکر کنم همین قضیه عدم تطبیق امپدانس مایکرواستریپ و اسلات داره اذیت میکنه.

این یه عکس از یه ویوالدی که با همین 4003 فکر کنم باشه ، 5.8 تا 8.7 گیگاهرتز :



یه عکس جالب از این آنتن ها به صورت آرایه ای :



_________

به محض اینکه این شبیه سازی به اتمام برسه ، برات عکس و نتایج یکی از ساختارهایی که ازش جواب خوبی گرفته بودم رو میزارم..

[Mr.designer]

پاسخ : طراحی ساختار گذار Microstrip به Slotline با پهنای باند بالا

خب ، این یکی از شبیه سازی ها :

100x60 سانتی متر ، Rogers 5880-1.57mm







:nerd:

[mosizaza]

پاسخ : طراحی ساختار گذار Microstrip به Slotline با پهنای باند بالا

بسیار عالی :applause:
تو همون باندی که گفته بودی هم S11 و هم VSWR خوبی ازش گرفتی اگه میخوای بسازیش کارتو بیار روی Rogers 4003C شبیه سازی بکن
اطلاعات این فیبر رو میتونی تو pdf زیر ببینی

[Mr.designer]

پاسخ : طراحی ساختار گذار Microstrip به Slotline با پهنای باند بالا

ممنون :nerd:

آره..کلا از وقتی به فکر ساخت افتادم ، رفتم سراغ FR4 و بعدش دیدم که تو فرکانس بالا اذیت میکنه...اومدم سراغ 4003. کلا به فکر ساختش هستم ولی نمیدونم این آزمایشگاه های آنتن (مثلا دانشگاه تهران) چقدر برای تست پول می گیرند..آخه نا مردی نیست ؟ مثلا دانشجوییم ها ، اصلا نباشیم.. :cry2:

العان دارم رو آنتنی با ابعاد تقریبی 60 در 50 رو همون برد کار میکنم ، و بازه فرکانس حدود 2.5 تا 11.5 گیگاهرتز. البته با این طول ، حداکثر گینش حدود 8dBi خواهد شد..

میدونی ، تو نتایج بعضی وقتها به این فکر میکنم نکنه همش به فکر مثلا VSWR هستم ، چیز دیگه ای نا مطلوب در بیاد..مثل شکل پترن آنتن یا دیستروشن ایجاد شده تو پالس که این یکی رو اصلا نمیدونم چجوری میشه چک کرد..

العان دارم دنبال این میگردم که نمودار گین/فرکانس رو بتونم بدست بیارم ، ولی نمیدونم کجاست

[mosizaza]

پاسخ : طراحی ساختار گذار Microstrip به Slotline با پهنای باند بالا

ممنون :nerd:
آره..کلا از وقتی به فکر ساخت افتادم ، رفتم سراغ FR4 و بعدش دیدم که تو فرکانس بالا اذیت میکنه... :cry2:

شما اگه نخوای یه شیت کامل از Rogers بخری ، میتونی یه تکه هم از این شیت بگردی پیدا کنی در اون حد ابعادی که لازم داری بگردی تو تهران تو این دانشگاها و یه سری شرکت ها هم هستند میشه با تلاش پیدا کنی!

اومدم سراغ 4003. کلا به فکر ساختش هستم ولی نمیدونم این آزمایشگاه های آنتن (مثلا دانشگاه تهران) چقدر برای تست پول می گیرند..آخه نا مردی نیست ؟ مثلا دانشجوییم ها ، اصلا نباشیم..

نمیدونم ولی فکر کنم دانشگاه تهران گرون باشه برو پیش ابوتراپ خواجه نصیر ، همینه دیگه متاسفانه رشته ی ما مخابرات یدانی ها مظلوم واقع شده هم ادامه تحصیلش هم تو ایران و هم تو خارج سخته ، هم بازار کارش محدود یه یه سری ارگان های دولتی و خصوصی پولدار محدود و هم اینکه همه چیز تو این رشته تحریم بیشتر خودش رو نشون میده ، از گرونی و خرید انواع دستگاه های اندازه گیری فرکانس بالای 30MHz گرفته تا قطعاتش اصلا کلا همچی داغونه :cry2:

العان دارم رو آنتنی با ابعاد تقریبی 60 در 50 رو همون برد کار میکنم ، و بازه فرکانس حدود 2.5 تا 11.5 گیگاهرتز. البته با این طول ، حداکثر گینش حدود 8dBi خواهد شد..

بسیار عالی ، خیلی خوبه

میدونی ، تو نتایج بعضی وقتها به این فکر میکنم نکنه همش به فکر مثلا VSWR هستم ، چیز دیگه ای نا مطلوب در بیاد..مثل شکل پترن آنتن یا دیستروشن ایجاد شده تو پالس که این یکی رو اصلا نمیدونم چجوری میشه چک کرد..

تو طراحی آنتن مهمترین چیز همین تلفات بازگشتی S11 و VSWR هست ، شما این دو تا رو اوکی کن بقیش حله :agree:

العان دارم دنبال این میگردم که نمودار گین/فرکانس رو بتونم بدست بیارم ، ولی نمیدونم کجاست

HFSS که این رو نداره و یا اینکه من تا به حال ندیدیمش (بلکه هم داشته باشه) ولی CST شنیدم داره این رو

[Mr.designer]

پاسخ : طراحی ساختار گذار Microstrip به Slotline با پهنای باند بالا

شما اگه نخوای یه شیت کامل از Rogers بخری ، میتونی یه تکه هم از این شیت بگردی پیدا کنی در اون حد ابعادی که لازم داری بگردی تو تهران تو این دانشگاها و یه سری شرکت ها هم هستند میشه با تلاش پیدا کنی!

والا تو دانشگاه ها که فکر نکنم به همین راحتی راهم بدن...ولی گیر میاد...نگران این نیستم... :smile:

در مورد خواجه نصیر هم آره ، ان شاء الله اگر کار به ساخت و تست رسید ، میرم پیشش :nerd:

در مورد مخابرات و... که باز یه جا خوندم با یه سری دستگاه های فرکانس بالا کار میکنی...من چه بگم که دانشگاهمون حداکثر یه اسکوپ 20 مگ آنالوگ داره :cry2: فکر کن تو آز-مایکروویو ، طرف اومده با Google Earth میگه مثلا میخواهیم رو فلان تپه ها دکل نصب کنیم..ببینید جلوی آنتن ها چیزی نباشه... :angry:

تو طراحی آنتن مهمترین چیز همین تلفات بازگشتی S11 و VSWR هست ، شما این دو تا رو اوکی کن بقیش حله

حله آقا..حله :job:

HFSS که این رو نداره و یا اینکه من تا به حال ندیدیمش (بلکه هم داشته باشه) ولی CST شنیدم داره این رو

در واقع دنبال نموداری هستم که بهم نشون بده حداکثر گین تو چه فرکانسی هست..آخه دیدم تو یه مقاله از CST همچین چیزی گرفته بود انگار...هم Gain و هم Directivity روی یک Plot نسبت به فرکانس...

_________________

مشکل جدید پیدا شده :sad: به فکر این افتادم که یکی از همین شبیه سازی هارو ببرم تو Altium که بتونم مثلا بدم یه جا برای ساخت. بعد یادمه دوستم فکر میکنم بهم گفت باید فایل SAT خروجی بگیری ، ولی نمیدونم ، فکر کنم قلق خاصی داشته باشه..از طرفی Import آلتیومم هم احساس میکنم یه مقدار مشکل داره !

Gerber یا DXF هم که همش یه لایه Select میکنن..به درد نمیخوره اینطوری :sad: مگه اینکه جدا بشه کاری کرد که اونم دردسر داره. از طرفی این Gerber رو بردم تو آلتیوم...بدجوری کُفریم کرده..معلوم نیست دقیقا میشه با این فایل چی کار کرد...

کمککک :cry2: