天线测量和HFSS仿真差别较大

2008jhchen

最近在FR4介质板上调试了一个天线结构，是通过容性耦合激励的，左边是主辐射带线通过较细的感性带线接地，右边是耦合带线直接接馈源，二者之间通过缝隙耦合能量。无源测量结果很好（698-960以及1710-2690之间的驻波比全部小于3），但是用HFSS建模仿真结果差异较大。
    另外，在天线调试和测量中，我已经考虑了很多因素，比如天线距离地面的高度、同轴线的线损补偿以及建模时空气盒距离天线的尺寸等等，但是二者之间差异还是很大。而且我按照IEEE-AP文章中的结构仿真出的结果比较吻合，使用同样的方式建模仿真我设计出的天线结构就不行。
    真的无语了，就是找不到原因。请各位高人指点赐教可能会是什么因素没有考虑到！还有就是在测量和仿真过程中应该注意哪些问题才能避免此类情况的发生。先谢谢各位了---
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[em13]

uranuszhao

这个很正常，没差异才不正常呢

anrayz

请问一下楼主 IEEE-AP的仿真模型里 同轴线的模型是这样建的嘛？

john_li

你的板的材质和仿真的一样吗？从实物上看似乎是用万用板来做的，而且还有孔

2008jhchen

地在介质板的后面，实物模型是没有大问题的。只不过一些细节可能没有考虑到（我也是刚做天线方面的，HFSS用的不是特别熟)，所以期待大家多参与交流讨论！

2008jhchen

谢谢各位参与讨论。
   其实该实物图中的同轴线的外皮层已经接到介质板下面的地，只不过角度不好，不容易看到。我听说在实物测量中，要把同轴线的整个外皮层（即是从模型输入端口到SMA接头之间）都要和地焊接在一起才能避免较大的差异出现，而且如果不这样做，对高频的影响会很大（确实有道理，我建的HFSS模型仿真出来的就是高频很差，而实际测量的很好）。
    不知道还有其他影响因素没有，请高手进一步解答！
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[em07]

hanny

原理不明，楼主是研究生，写论文用的吗？

huliang375

没有地么？

chenyuwen25

你的实物图片上看，同轴线的外皮层好象没接地吧，上传一个模型呗！没有模型人家怎么帮你分析。

2008jhchen

期待高人解答---

2008jhchen

回答以上各位对该天线实物以及仿真模型的疑问：
1，我实际调试天线所用的板子就是FR4材质的，在仿真建模时用的也是FR4的。实际中的板子上的孔对天线的性能影响不大（我做过实验了）；
2，IEEE-AP中的同轴线的建模有的是用打柱子的形式进行馈点的，有的就是使用以上的形式，这两者没什么区别。而且AP中的实物模型就是这样做的；
3，我觉得实物和仿真的模型是有差别（实物模型有各种损耗，所以实际测量的要比仿真的驻波好一些），但不能太大，不然就失去实际调试的意义了；
4，对于这种采用缝隙耦合进行激励产出多个谐振的天线类型，馈线和耦合线之间的缝隙大小确实对驻波影响很大，但是实际仿真时也考虑了这个因素，可是仿真结果还是不理想。
所以，敬请大家多多参与讨论指正，以求对该类问题有较深的理解！[em07]

ainibaobei8

楼主所仿的天线设计是Monopole 形式吧，而且使用了耦合部分。
我认为此方式设计本身就对外界的干扰很敏感(其本身缝隙间的控制，基板的介电常数，接地地的大小等），而仿真的过程其外界干扰与实际的有差异，所以仿真的结果与实做的结果应该会有差异。此天线还是要在整机中调试比较好。
个人愚见，仅供参考[em01]

chenyuwen25

天线底下是净空的吧，基材的影响不是特别大。
实物与仿真差异大的主要原因还是天线比较敏感，建议分步仿真，先去掉左边接地的一整块，仿真结果与实物结果一致后再去掉右边T字型右部分仅保留馈电耦合部分和左边接地的辐射体，仿真结果与实物结果一致后再用完整模型仿真。
这样一步步分析就容易找出差异了。

另外仿真结果不能只看驻波，学会看smith图，对理解天线有很大好处的。

xdxc16

以下是引用2008jhchen在2010-12-10 13:23:26的发言：
                 谢谢各位参与讨论。
                 其实该实物图中的同轴线的外皮层已经接到介质板下面的地，只不过角度不好，不容易看到。我听说在实物测量中，要把同轴线的整个外皮层（即是从模型输入端口到SMA接头之间）都要和地焊接在一起才能避免较大的差异出现，而且如果不这样做，对高频的影响会很大（确实有道理，我建的HFSS模型仿真出来的就是高频很差，而实际测量的很好）。
                                不知道还有其他影响因素没有，请高手进一步解答！
<img src="attachments/dvbbs/2010-12/201012101310479295.jpg" border="0" onclick="zoom(this)" onload="if(this.width>document.body.clientWidth*0.5) {this.resized=true;this.width=document.body.clientWidth*0.5;this.style.cursor='pointer';} else {this.onclick=null}" alt="" />
[em07]

不接地的话你同轴线的屏蔽层就相当于dipole的一个臂了，主板就没有参与辐射了，所以屏蔽层的接地点位置会对天线产生较大影响。另外看样子LZ貌似成电滴？

chenyuwen25

楼主上传个模型撒！

2008jhchen

对以上问题讨论疑问的解释：
1，该类天线较敏感的部分主要是带线之间的缝隙宽度，因为这里是分布参数效应，不像贴片电感、电容的集总效应那么好把握，所以在仿真建模时，我已经注意调节了带线之间的缝隙大小；
2，该实物制具的工艺是没有大问题的，因为我按照这个尺寸已经重新调试了天线，其结果还是和仿真的差别较大；
3，天线较重要的参数虽然是天线效率和增益，但是如果VSWR不好的话，天线效率和增益很难较好，因为前者是后者的充分不必要条件。
    以上是小弟个人见解，还请各位多多指正。
    谢谢！

hemyname

哇塞。。你们太牛了。。。看不懂啊~~

monkey-k

楼主，你的工艺上，焊锡接触是否可靠，可能看起来接好了，而实际没有接好，造成VSWR好呢？可以再用整块铜皮模拟一个测试看看.....这个可以确认你的手工工艺问题。另外，检查你自己的实物和仿真模型，我看出了一点问题:模型中，结构规则，即是耦合缝隙规则，而你的实物并非是那样的，你对该天线的特性还理解的不够，没有看到关键参数的差异。[em13]天线效率才是天线的有效参数。

2008jhchen

18#的回答很有道理，在仿真建模时只需要设置一个激励端口皆可以了，但在实物治具时要把cable线的外层接主板的地。
    成电小硕求解中！

2008jhchen

实物天线下面就是一层胶纸，为了把铜皮固定好而做的。在实际仿真中是没有考虑这个因素，但从一般的情况来看，实物测量也不应该和仿真结果差距较大啊！