PPS Antennas Mobilfunkantenne für Basisstation Sommer 2008

Einführungsveranstaltung Antennengrundlagen Versuchsaufbau Simulation Ablauf des Seminars Allgemeine Informationen

Antennas Grundlagen Antenne: Komponente die elektromagnetische Energie aus dem freien Raum aufnimmt und in eine Leitung abgibt - oder andersrum (Reziprozität) Leitung Antenne Freiraum E-feld Amplitude in der E-Ebene: Quelle E-plane

Grundlagen - Antenne Antennas Fernfeldabstand Richtfaktor (Directivity) Eingangsimpedanz, Reflexionsfaktor Gewinn (Gain)

Verschiedene Antennentypen Antennas Verschiedene Antennentypen 1) Drahtantennen Dipole Schleifen Helix Elektrisch klein: Resonant: Breitband: ≈ l/2 <<l <<l - Geringe Direktivität - Geringer Wirkungsgrad - Kleiner Eingangswiderstand - Hohe Eingangsreaktanz Reelle Eingangsimpedanz Schmalbandig - Bandbreite >2:1 - Beispiel: Log periodic dipole Array Einsatzgebiet: niedrige Frequenzen

- Mikrowellen und Millimeterwellenfrequenzbereich Antennas 2) Aperture Antennen - Mikrowellen und Millimeterwellenfrequenzbereich - Gute Richtcharakteristik - Grösse: einige Wellenlängen - Mittlere Bandbreite - Kompatibel mit Hohlleitertechnik Pyramidal horn Rectangular waveguide Conical horn 3) Microstrip Antennen - Seit den 70ern - Mikrowellen und Millimeterwellenfrequenzbereich - Billig, flach - Kompatibel mit PCB Technik - Sehr praktisch - Resonierend (kleine Bandbreite) - Schlechter Wirkungsgrad Rectangular Patch Circular Patch

Basisstation für Mobilfunk Antennas Basisstation für Mobilfunk GSM 880 - 960 MHz 1710 - 1880 MHz max. Leistung: 2 W UMTS 1920 – 1980 MHz uplink 2110 – 2165 MHz downlink max. Leistung: 0.25 W Wlan 2412 – 2484 MHz max. Leistung: 0.1 W

Simulationssoftware HFSS Ansoft – HFSS (High Frequency Structure Simulator) Finite Elemente (FEM) im Frequenzbereich CAD Oberfläche zur Eingabe der Geometrie Automatische Volumendiskretisierung mit Tetraedern Frequenzbereichssolver berechnet Felder im ganzen Raum Postprozessor stellt Felder, Klemmengrössen und Richtdiagramme dar.

Simulationssoftware CST Microwave Studio Finite Integration Time Domain Finite Integration Frequency Domain Eigenmode solver Unterstützt verschiedene Meshtypen CAD Oberfläche zur Eingabe der Geometrie Automatische Diskretisierung des Volumens

Simulation Yagi – Antenne Oberflächenströme

Simulation Yagi – Antenne Elektrisches Feld

Fernfeldberechnung – Anpassung Simulation Fernfeldberechnung – Anpassung

Richtdiagramm Darstellung Simulation Richtdiagramm Darstellung 3D Darstellung Kartesische Darstellung

Simulationssoftware FEKO FEKO (Feldberechnung für Körper mit beliebiger Oberfläche) Method Of Moments (MoM) Eingabe mit Hilfe eines Cadprogramms (CadFeko) Automatische Diskretisierung der Oberfläche mit Hilfe von Segmenten und Dreiecken Solver berechnet Ströme auf diesen Elementen aus denen dann die Felder im gesamten Raum berechnet werden

Versuchsaufbau Versuchsaufbau

Versuchsaufbau Funktionsweise

Einarbeiten in Grundlagen der Ablauf Ziele Einarbeiten in Grundlagen der Antennenkunde Simulationssoftware Hochfrequenzmesstechnik Erfolgreicher Vergleich von Simulation und Messung Optimierung der Antennengeometrie

Ablauf des Seminars Ablauf Grundlagen erarbeiten Theorie Simulation Messung Optimierung Praxis Präsentation und Bericht Nachbearbeitung

Zeitplan Ablauf 10. KW Grundlagen der Antennentechnik - EMF 1 Praktikum - Besuch der Messkammer 11. KW Kennenlernen von Simulationsoftware - Einführung in FEKO - Präsentation der Aufgabenstellung 12. / 13. KW Erste eigene Simulationen 15. KW Einführung in Antennenmesstechnik - Analyse des Messaufbau – Fehlerquellen - Messung der ersten Konfigurationen 16. – 20. KW Optimierung und Verifizierung des Antennendesigns 21. KW Präsentation der Ergebnisse - Präsentation der Ergebnisse - Abgabe des Berichts

Allgemeine Informationen Infos Allgemeine Informationen Homepage: http://www.ifh.ee.ethz.ch/~fieldcom/pps-antenna/ Simulationssofware Feko: http://www.feko.info Literatur: „Antenna Theory, Analysis and Design”, Constantin A. Balanis, 1997 „Antennenbuch”, Karl Rothammel, 1984 Versuchsanleitung Fachpraktikum Antennen und Wellenausbreitung (AW, EMF1) Skript „Felder und Komponenten II“ Kontakt: Christian Beyer, (cbeyer@ifh.ee.ethz.ch), x27625, ETZ-K87 Oliver Lauer, (lauero@ifh.ee.ethz.ch), x23128, ETZ-K87