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10-2016

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

EMV Bild 3: Links:

EMV Bild 3: Links: Modellvariante 1, Rechts: Modellvariante 2 Bild 4: Rücklaufdämpfung - Rote Kurve Modellvariante 1 , Blaue Kurve Modellvariante 2 beiden Varianten können nach der Simulation direkt verglichen werden um die Vor- und Nachteile bewerten zu können. Welche Größen sind bei der Entwicklung von Antennen wichtig? Zunächst betrachtet und optimiert man den sogenannten S11-Parameter. Mit dieser Größe kann bestimmt werden, bei welcher Frequenz die Antenne am besten angepasst ist. Das Diagramm in Bild 4 zeigt einen normierten Wert in einer dB- Skala, der über der Frequenz aufgetragen ist. Je negativer der dB-Wert ist, desto weniger Rücklauf in den HF-Verstärker ist zu erwarten und umso besser ist die Antenne an 50 Ohm angepasst. Die bei den Simulationen berechneten Kurven (Bild 4) machen sichtbar, dass die Antennen bei ca. 2,45 GHz das Reflexionsminimum haben und sehr gut auf diese Frequenz abgestimmt sind. Bild 5: 2D-Fernfeld Diagramme Links: Modellvariante 1 Rechts: Modellvariante 2 Ein weiterer wichtiger Parameter bei der Entwicklung von Antennen ist das Fernfelddiagramm. Hierbei wird die Verstärkung der Antenne normiert in dB dargestellt. Als Referenz dient ein isotroper Strahler der in alle Richtungen 0 dB Verstärkung hat. 0 dB umgerechnet von der logarithmischen in eine lineare Skala entspricht einer Verstärkung von 1. In den beiden Diagrammen (Bild 5) sind die berechneten Verstärkungen im Querschnitt durch die Gerätemitte dargestellt. Vergleicht man die Diagramme ist zu erkennen, dass eine Positionierung der Antenne zum Rand hin (Modellvariante 1), die Minima stärker werden lässt und somit an diesen Stellen der Empfang bzw. das Senden von der Antenne weniger verstärkt wird. In der Modellvariante 2 sind die Minima weniger ausgeprägt, das heißt, es erfolgt hier eine gleichmäßigere Verstärkung als in der Modellvariante 1. Dies kommt dem omnidirektionalen Charakter näher und ist somit die beste Antennenplatzierung. Da die Berechnung dreidimensional erfolgt, kann auch eine räumliche Darstellung gezeigt werden. Im Bild unten sieht man die räumliche Verstärkung, die man messtechnisch nicht in dieser Qualität erfassen kann. Sie vermittelt einen guten Überblick, wie die Antenne abstrahlt. Der Verstärkungsgrad ist farblich gekennzeichnet. Rot bedeutet eine höhere, gelb eine mittlere und grün eine geringere Verstärkung. Anhand dieses Beispiels wird schnell sichtbar, wie effektiv und präzise durch Simulationsmodelle Lösungen für eine umsetzbare Variante erarbeitet werden können. Eine messtechnische Lösung ist im Vergleich dazu immer unpräzise, da Beeinflussungen durch Messkabel u.s.w. nicht auf Null reduziert werden können. Die Simulation kann nicht nur bei der Entwicklung von Antennen eingesetzt werden, sondern auch vielfältig in anderen Bereichen, wie z.B. bei der Ermittlung der Störfestigkeit bzw. Störabstrahlung bei einem Gehäuse, Optimierung der Power- und Signalinterität im Layout, Verbesserung der Leitungsverlegung in großen bis kleinen Geräten, Berechnen der Feldstärke beim induktiven Laden in Hinsicht auf Personenschutzgrenzwerte und vielem mehr. ◄ Bild 6: 3D-Fernfeld Diagramme - Abstrahlungscharakteristik im Fernfeld der Antenne 22 hf-praxis 10/2016

EINE DESIGNPLATTFORM – KEINE HINDERNISSE EINFACH INTELLIGENTER NI AWR DESIGN ENVIRONMENT Die Plattform NI AWR Design Environment integriert System-, Schaltungs- und elektromagnetische Analysen für das Design anspruchsvoller Wireless-Produkte, von Basisstationen über Mobiltelefone bis hin zur Satellitenkommunikation. Die intuitive Bedienoberfläche, bewährte Simulationstechnologien und die offene Architektur der Plattform, die Lösungen von Drittanbietern unterstützt, ermöglichen erfolgreiches Entwickeln ohne jedes Hindernis. Entwickeln Sie einfach intelligenter. Erfahren Sie mehr unter ni.com/awr Microwave Office | Visual System Simulator | Analog Office | AXIEM | Analyst ©2016 National Instruments. Alle Rechte vorbehalten. Analog Office, AXIEM, AWR, Microwave Office, National Instruments, NI und ni.com sind Marken von National Instruments. Andere erwähnte Produkt- und Firmennamen sind Marken oder Handelsmarken der jeweiligen Unternehmen.

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© beam-Verlag Dipl.-Ing. Reinhard Birchel