1 PPS Antennas Mobilfunkantenne für Basisstation Sommer 2008

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PPS AntennasMobilfunkantenne für Basisstation

Sommer 2008

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Antennas Simulation Versuchsaufbau Ablauf Infos

Einführungsveranstaltung

• Antennengrundlagen• Versuchsaufbau• Simulation• Ablauf des Seminars• Allgemeine Informationen

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Antennas Simulation Versuchsaufbau Ablauf Infos

Antennas Grundlagen

Antenne:Komponente die elektromagnetische Energie aus dem freien Raum aufnimmt und in eine Leitung abgibt - oder andersrum (Reziprozität)

Antennas

Leitung Antenne Freiraum

E-feld Amplitudein der E-Ebene:

Quelle

E-plane

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Grundlagen - Antenne

Antennas

Fernfeldabstand

Gewinn (Gain)

Richtfaktor (Directivity)

Eingangsimpedanz, Reflexionsfaktor

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Verschiedene Antennentypen

1) Drahtantennen

Elektrisch klein: Resonant:

Dipole Schleifen Helix

<< <<≈ /2

- Geringe Direktivität- Geringer Wirkungsgrad- Kleiner Eingangswiderstand- Hohe Eingangsreaktanz

-Reelle Eingangsimpedanz-Schmalbandig

Breitband:

- Bandbreite >2:1- Beispiel: Log periodic dipole Array

Einsatzgebiet: niedrige Frequenzen

Antennas

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Antennas Simulation Versuchsaufbau Ablauf Infos

2) Aperture Antennen

- Mikrowellen und Millimeterwellenfrequenzbereich- Gute Richtcharakteristik- Grösse: einige Wellenlängen- Mittlere Bandbreite- Kompatibel mit Hohlleitertechnik

3) Microstrip Antennen

- Seit den 70ern- Mikrowellen und Millimeterwellenfrequenzbereich- Billig, flach- Kompatibel mit PCB Technik- Sehr praktisch- Resonierend (kleine Bandbreite)- Schlechter Wirkungsgrad

Pyramidalhorn

Conicalhorn

Rectangular

waveguide

RectangularPatch

CircularPatch

Antennas

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Basisstation für Mobilfunk

Antennas

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

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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.

Simulation

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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

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Yagi – Antenne

Oberflächenströme

Simulation

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Yagi – Antenne

Elektrisches Feld

Simulation

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Fernfeldberechnung – Anpassung

Simulation

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Richtdiagramm Darstellung

3D Darstellung Kartesische Darstellung

Simulation

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Versuchsaufbau

Versuchsaufbau

Absorber Drehtisch mit Antenne Empfangsantenne mit Leistungsmessgerät

Generator f = 820 MHz

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Funktionsweise

Versuchsaufbau

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Ziele

• Einarbeiten in Grundlagen der– Antennenkunde– Simulationssoftware– Hochfrequenzmesstechnik

• Erfolgreicher Vergleich von Simulation und Messung

• Optimierung der Antennengeometrie

Ablauf

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Ablauf des Seminars

Grundlagen erarbeiten

Simulation Messung

Optimierung

Präsentation und Bericht

Theorie

Praxis

Nachbearbeitung

Ablauf

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Zeitplan

• 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

Ablauf

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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, 1984Versuchsanleitung 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

Infos