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10-30MHz的线圈天线,这样建模对不对?

时间:10-02 整理:3721RD 点击:
大家好!我正在做一个无线压力传感器的天线设计,10-30MHz的线圈天线。它的结构模型以及等效电路图(图中右半部分)如下:电感线圈+可变电容,二者直接连接。


  



天线的仿真模型如下图所示(单纯是电感线圈,没有加上可变电容)。从下往上分别是参考地、介质基底、绝缘层、天线,最外面是空气盒子。求解类型是Driven Terminal,采用Lumped Port作为激励(黄色部分为Port端口),Port1是输入端,Port2是输出端,均选择Ring环(紫色部分)作为参考。这种加激励的方式是参考其他模型的,仿真出来的Q值和电感值L还不错,但是目前有两个疑问:
1. 参考Ring把两个激励端口连接起来,这样子是不是相当于将线圈天线短路了?这样子的模型是否正确,有没有更好的加激励的方式?我试过将Ring环去掉,Port1仍然加激励,Port2连接到参考地,用以模拟真实的情况,但是仿真提示建模错误,无法进行。
2. 参考的作用是什么?我试过将“参考地”去掉,其余部分不变,仿真出来的Q值和电感值L与有“参考地”的条件下相差无几。参考地除了与介质基底的地面相接触,与其他部分均无联系,我搞不懂它是什么作用。在真实的模型中不需要连接至参考地,所以能不能将其去掉?


  


虽然你说的很多,但是我还有几个问题想问一下:
1.无线压力传感器用途是什么?通过加压改变辐射波的频率?
2.“Ring环作为参考”这句话我有两点不明,ring环在模型里设置的是一种金属材料吗?参考是什么意思?是电位为地电位的意思?
3.真实情况你是怎么馈电激励的?采用什么波形激励?真实情况下为什么Port2是连接到参考地的?
4.真实情况的参考地与介质基底的地面相接触?从你的图里看不出这一点啊。

谢谢1楼提出的问题,就我所知做一个回答。
1.无线压力传感器用于测量压力,它的原理是一个LC谐振电路。通过可变电容改变谐振频率,外部阅读器读取其频率变化值就能推算作用压力的大小。
2.(本来对这个部分一知半解的,查阅了资料)在Driven Ternimal的求解类型下,设置Lumped Port时需要设定端口的终端线的参考导体,通过终端线上的节点电流和电压来计算端口的阻抗和S参数矩阵。我选择了Ring环作为参考导体,它的材料是pec,为理想导体。但是现在想来是不对的,对于我的模型而言,终端线应该设在Port与天线连接的部分。
3.传感器天线的能量是外部阅读器通过电感耦合给的,而阅读器那边采用了正弦波电流供电。真实情况传感器天线是没有端口加激励的,它直接耦合空气中的电磁波。现在我采用在一端加激励的方式来模拟它的能量供给。这种想法可行吗?
4.真实情况中没有参考地,线圈天线刻在基底上,当然中间先加了绝缘层,天线两端与电容两极板直接连接。
我有另一种思路,用一个线圈天线来模拟外部的阅读器(可以将其两端连接加激励),然后将传感器天线放在它附近,这样子模拟电感耦合的情况,再来读取传感器天线的特征参数。这种思路会不会更好一些,与真实情况相符?

如果Ring环不是实际中存在的,那么在模拟中设置为金属,我觉得不对。
还有个问题不明:
你在第一点里说“外部阅读器”是用于接收你天线发射的电磁信号,而你又在第三点里说“外部阅读器”发射电磁信号作为天线的激励,那么“外部阅读器”是收发两用的?你这里的“外部阅读器”是以什么方式与你的天线作用的?是通过辐射电磁波的方式还是通过电路直接相连的方式?如果是是通过辐射的方式,我觉得你这样加激励不妥。
如果是是通过辐射的方式连接“外部阅读器”和你的天线,那么具体怎么加激励取决于“外部阅读器”发射的信号到达你天线时的特征,比如该信号是以一定角度入射的平面波,那么就应该设置激励为平面波,而不是Lumped Port。HFSS如何设置平面波激励我不清楚,反正CST的时域方法是很容易做到的,只要给定平面波等相位面法向矢量,以及电场的矢量,设置好你的频率范围以及具体波形(如果没有特殊要求就默认为高斯脉冲)即可。当然,我没在这么低的频率范围尝试过,不知道会不会有什么问题。

“外部阅读器”确实是收发两用的,给传感器天线提供能量并读取其变化参数。阅读器的天线与传感器天线之间通过电感耦合传递能量和信息,类似于变压器的原理。
如何给线圈天线加激励应该考虑其能量的来源,我先尝试用平面波做激励。谢谢你的建议!

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