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Forum: HF, Funk und Felder RF Antenne Ground


Autor: Waldi (Gast)
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Hi,

in meiner Schaltung verwende ich einen RF-Teil mit externer Antenne und 
wollte euch mal fragen wie es mit der Masse vom RF-Teil aussieht. Da es 
ein Bastelobjekt ist, steht das Gehäuse nicht fest und es könnte Plastik 
oder Metall sein.

Ich habe die Masse vom Antennensteckverbinder mit dem RF-Teil auf der 
Platine verbunden. Kann ich nun noch eine extra Ground-Plane direkt mit 
der Masse der Antenne verbinden oder muss ich generell einen Kondensator 
+ Widerstand einsetzen wie es bei einem Metallgehäuse üblich ist ?

Bei einem Metallgehäuse sollte die Antenne über einen Kondensator + 
Widerstand mit dem Gehäuse verbunden werden, da der 
Antennensteckverbinder aber leitend ist, wird das ein Problem. Muss ich 
dort die Masse vom RF-Teil schon über einen Kondensator + Widerstand mit 
der Masse der Antenne verbinden ?


Danke für die Infos.

Waldi

Autor: Waldi (Gast)
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Hat sonst jemand Informationsquellen ? :-/

Autor: Bernhard (Gast)
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Ich verstehe ehrlich gesagt das Problem nicht, wenn ich das richtig sehe 
willst du an den Koax-Stecker deines RF Moduls ein Kabel anschliessen, 
am anderen Ende soll eine Groundplane ran. Ist doch kein Problem. Wozu 
jetzt noch C oder gar R verwenden? Ich sehe auch nicht wie das Gehäuse 
damit zusammenhängt. Oder willst du einfach nur einen Lambda/4 Strahler 
verwenden? Dann müsste man sich natürlich schon Gedanken über die Masse 
machen.

Autor: Waldi (Gast)
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Ich benutze einen SMA-Antennen-Steckverbinder den ich direkt auf die 
Platine löte. Dieser kann auch zum befestigen am Gehäuse genutzt werden. 
Man kann den Ground vom Steckverbinder problemlos mit dem Finger 
erreichen (theoretisch, ich habe noch kein passendes Gehäuse).

Wenn ich nun über meinen schönen Teppich laufe und mich auflade und dann 
direkt an den Steckverbinder (RF-GND) komme, gibt es eine schöne 
Entladung auf dem Platinen-Ground !? Ich habe viel über ESD-Schutz bei 
"normalen" Signalleitungen gefunden und auch gelesen. Zum Problem 
ESD-Schutz bei Antennen-Ground bzw. ESD-Entladungen auf Ground finde ich 
einfach nichts.

Autor: Bernhard (Gast)
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Ist die Schaltung denn irgendwo (übers Netzteil?) mit Schutzleiter 
verbunden? Dann würde die Ladung dahin abfliessen... wäre erstmal nicht 
soo schlimm, wenn die Schaltung davon nicht gestört wird. Oder hängt in 
der Masseverbindung irgendwo ein Bauteil in Serie, welches Schaden 
nehmen kann? Bei durchgängiger Masse in der gesamten Schaltung würde ich 
mir da keine Sorgen machen.

Eher würde ich mir überlegen was passiert, wenn jemand den Strahler der 
Groundplane anfasst, und die Überspannung als Potenzialdifferenz 
zwischen Innen- und Außenleiter des Koax deinen RF Teil erreicht. Hast 
du das abgesichert?

Autor: Waldi (Gast)
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Die Schaltung wird nur über Batterie betrieben. Ich kann mir nicht 
vorstellen das dort nur die Bauteile, die in Serie geschaltet wurden, 
Schaden nehmen und mache mir ernsthafte Sorgen. Ich benutze auch einen 
Low-Site Shunt und der wird das wohl nicht unbedingt überstehen.

Die Antenne will ich direkt auf den SMA-Stecker schrauben und somit ist 
die Möglichkeit der Berührung nicht mehr gegeben. Es steht also nur die 
Ground vom SMA-Steckverbinder frei die direkt mit der RF-Groundplane 
verbunden ist und die es zu schützen gilt.

> Eher würde ich mir überlegen was passiert, wenn jemand den Strahler der
> Groundplane anfasst, und die Überspannung als Potenzialdifferenz
> zwischen Innen- und Außenleiter des Koax deinen RF Teil erreicht. Hast
> du das abgesichert?

Für eine ESD-Absicherung müsste der Balun angepasst werden. Ohne Labor 
oder/und Designnotes vom Hersteller (das Wissen mal nicht mit 
einbezogen) geht das nicht. Der Hersteller (hier TI) hat seine RF-Appl. 
Notes ohne ESD Schutz und es gibt auch keine Werte für den Balun.

Bei TI haben schon mehrer Leute angefragt:

https://community.ti.com/forums/p/136/231.aspx
https://community.ti.com/forums/p/217/578.aspx

Autor: Bernhard (Gast)
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Hä? Kapier ich nicht... wenn du die Antenne direkt auf den Stecker 
schraubst, dann wird der Strahler der Antenne doch freistehen? Warum 
soll man da nicht rankommen können?

Keine Ahnung was du da für einen Balun hast, aber was soll passieren? 
Wenn du bei trockenem Wetter über den PVC Boden schlurfst und die Masse 
anfasst, dann lädt sich halt die Masse deiner Schaltung auf dein 
Potential auf... so what... davon merkt die Schaltung doch nichts.

Nun kenne ich den genauen Aufbau nicht... wenn aus dem Funkmodul eine 
Datenleitung rauskommt, welche zufällig über die geerdete Heizung etc. 
hängt, und du fasst die Masse des Funkmoduls an, dann kann die Ladung 
Richtung Heizungsrohr abfliessen, wird aber eine hohe Spannung zwischen 
Datenleitung und Masse verursachen, welche den damit verbundenen IC etc. 
killen kann. Du musst also alle Zuführungen absichern.

Wie gesagt, ich würde als allererstes mir Gedanken über den RX-Eingang 
machen, in einem deiner Links ist ein super Tip: Spule gegen Masse!!! 
Extrem geiler Tip, DC wird einfach abgeleitet. Muss natürlich RF-mässig 
passen, also ich meine von der Anpassung her darf die Spule nicht 
stören. Aber meist hat man ja sowieso mehrere LC Kombinationen zum 
Filtern/Anpassen so dass man eine Spule gegen Masse realisieren kann.

Was ist eigentlich ein Low-Site Shunt? Und was hat der damit zu tun?

Autor: Waldi (Gast)
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> Hä? Kapier ich nicht... wenn du die Antenne direkt auf den Stecker
> schraubst, dann wird der Strahler der Antenne doch freistehen? Warum
> soll man da nicht rankommen können?
Der Strahler ist mit PVC umschlossen, es handelt sich um eine dieser 
0815 WLAN-Antennen.


> Keine Ahnung was du da für einen Balun hast, aber was soll passieren?
> Wenn du bei trockenem Wetter über den PVC Boden schlurfst und die Masse
> anfasst, dann lädt sich halt die Masse deiner Schaltung auf dein
> Potential auf... so what... davon merkt die Schaltung doch nichts.

Wenn sich die Masse auf ein anderes Potential anhebt, und mal 
theoretisch gesehen, sich das Potential zwischen VCC/GND invertiert, 
sieht ein IC an seiner Versorgung eine negative Spannungen und fragt 
sich, was will die jetzt von mir. Die ICs sind ja soweit alle mehr oder 
weniger gegen ESD geschützt, aber ich will das Problem an der Quelle 
lösen und nicht die ICs altern lassen. Eine anderes Problem, das sich 
damit noch ergibt, sind Pulldowns, die ja auch wieder direkt auf einen 
IC Ein-/Ausgang gehen und die die ESD auch sehen.


> Nun kenne ich den genauen Aufbau nicht... wenn aus dem Funkmodul eine
> Datenleitung rauskommt, welche zufällig über die geerdete Heizung etc.
> hängt, und du fasst die Masse des Funkmoduls an, dann kann die Ladung
> Richtung Heizungsrohr abfliessen, wird aber eine hohe Spannung zwischen
> Datenleitung und Masse verursachen, welche den damit verbundenen IC etc.
> killen kann. Du musst also alle Zuführungen absichern.
Das ist mir soweit klar. Beim Anlesen der Information habe ich mich 
gefragt wie es mit der Masse-"Problematik" aussieht.


> Wie gesagt, ich würde als allererstes mir Gedanken über den RX-Eingang
> machen, in einem deiner Links ist ein super Tip: Spule gegen Masse!!!
> Extrem geiler Tip, DC wird einfach abgeleitet. Muss natürlich RF-mässig
> passen, also ich meine von der Anpassung her darf die Spule nicht
> stören. Aber meist hat man ja sowieso mehrere LC Kombinationen zum
> Filtern/Anpassen so dass man eine Spule gegen Masse realisieren kann.
Die Schaltung Balun/LC-Netzwerk wollte ich nicht ändern, da ich keine 
Möglichkeit habe diese Änderungen zu verifizieren. Der TIP funktioniert 
nur mit einer riesigen Ground-Plane. Ich habe meine Schaltung in Inseln 
aufgeteilt (RF,CPU,DC/DC...) und Sternförmige Strompfade gelegt. Der 
"Joerg" ist kein Freund von dieser Lösung, schau dir mal auf seiner 
Webseite "Useful hints for system designers" an ;-). Bei mir ist auf 
etwa 20cm² auch nicht viel Platz für größe unabhängige Groundplanes.


> Was ist eigentlich ein Low-Site Shunt? Und was hat der damit zu tun?
Ich meinte einen low-side current shunt, also eine einfache Strommessung 
über einen Widerstand im Ground-Pfad.

Autor: Waldi (Gast)
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Ich habe nochmal gestöbert.

Hier mal ein Dokument, in dem behauptet wird, das eine einzelne 
Induktion nicht unbedingt effektiv ist:

http://www.rfm.com/products/apnotes/antennamatch.pdf

Und hier warum man es mit nur einer Induktion machen könnte :

http://www.rfm.com/products/apnotes/antennamatch.pdf

Autor: Waldi (Gast)
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Das zweite Dokument sollte das hier sein:

http://www.rfm.com/products/apnotes/esd.pdf

Autor: Bernhard (Gast)
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Hey, die PVC Isolierung auf der Antenne nützt dir gar nix, die wird von 
ESD locker durchschlagen!

Das Potenzial zwischen VCC und GND invertiert sich nicht, da ändert sich 
gar nichts dran! Stell dir doch eine Batterie vor, an einen Pol fasst du 
nach Aufladung auf dem Teppich an, dann hebst (oder senkst, je nachdem 
wie die Polarität deiner Ladung ist) du das Potenzial der ganzen 
Batterie auf ein anderes Niveau, aber die Spannung zwischen den 
Anschlüssen bleibt konstant, und eine an der Batterie angeschlossene 
Schaltung würde nichts merken.

Die Spule zur Ableitung von ESD muss einfach direkt "als erstes" vom 
RX-Eingang gesehen gegen Masse geschaltet werden. Ob du nun eine 
durchgängige Masse hast oder nicht - deine feinen Kupferleiterbahnen 
werden durch den ESD schon nicht schmelzen, wir reden ja nicht von 
Blitzeinschlägen. Also kein Problem.

Ich habe das erste pdf nur überflogen, aber da geht es nur um Anpassung, 
wenn ich das richtig sehe. Du sollst ja nicht die ganze Anpassung mit 
nur einer Spule machen, sondern nur auf jeden Fall eine Spule als erstes 
gegen Masse schalten.

Das zweite pdf ist doch super, schalte einfach die Dioden so dazu, dass 
die Diodenkapazität mit der Spule in Resonanz ist, dann ändert die ganze 
Sache im Idealfall die Anpassung überhaupt nicht, und der Eingang ist 
super geschützt.

Wenn der Shunt in der Masse niederohmig ist, wird es schon gehen. Er 
wird natürlich einen Spannungsabfall erzeugen, wenn ein ESD da 
abgeleitet wird, aber der Strom der dann fließt ist ja nicht so groß, 
ich sehe da kein Problem.

Autor: oszi40 (Gast)
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Ganz nebenbei:

Es gab schon Leute, die haben einen dicken Blitzableiter glühen gesehen 
beim Blitzeinschlag! Da leuchten dann Eure BAV99 am Eingang ?

Wenn ich die Wahl hätte, dann würde ich den Eingangskreis mit der dicken 
Spule auf einer Extra-Opferplatine anordnen. Bei mir hat diese Version 
schon Schaden am UKW-Eingangsteil erfolgreich verhindert. Ob jedoch die 
Schaltnetzteile die in der Hausinstalltion dann auftretenden Spitzen 
überleben, ist ein anderes Blatt einer Blitz-Geschichte.

Autor: Bernhard (Gast)
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Hier geht es wohl nur um kleinere statische Aufladungen, nicht um einen 
Blitz eines Gewitters...

Autor: Waldi (Gast)
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@oszi40

Bei einem Blitzeinschlag werden wohl die 20cm² Platine glühen und sich 
in Asche auflösen.

Anbei mal ein kleines Bild vom Prototype damit ihr wisst worum es geht 
;-).

Autor: Waldi (Gast)
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> Das zweite pdf ist doch super, schalte einfach die Dioden so dazu, dass
> die Diodenkapazität mit der Spule in Resonanz ist, dann ändert die ganze
> Sache im Idealfall die Anpassung überhaupt nicht, und der Eingang ist
> super geschützt.

Die mittlere Frequenz vom CC2500 liegt bei etwa 2441MHz und die Spule 
sollte etwa 1.4pH haben. Also sollte das soweit funktionieren.

> Wenn der Shunt in der Masse niederohmig ist, wird es schon gehen. Er
> wird natürlich einen Spannungsabfall erzeugen, wenn ein ESD da
> abgeleitet wird, aber der Strom der dann fließt ist ja nicht so groß,
> ich sehe da kein Problem.

Ich habe den RF-Teil noch mit Ferrite Beads in beiden Zuleitungen 
(VCC/GND) von der restlichen Schaltung gegen Störungen im HF-Bereich 
abgesichert (100MHz/100Ohm). Wird der Ferrite Bead den ESD abschwächen 
(Wärme) oder wirkt sich der eher Störend aus ?

Autor: Bernhard (Gast)
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Rechne nochmal die 1.4pH nach, selbst 1,4nH wären noch zu wenig. In 
deinem Paper stand was von 300-500 Ohm, das entspricht 20nH-30nH bei 2,4 
GHz.

Die Ladung wird mit den Ferritbeads geringfügig langsamer abfliessen, 
schliesslich ist es ein Gleichtakt "Signal", welches daher auch von den 
Ferriten beeinflusst wird. Denke aber der Vorgang läuft eh so langsam ab 
dass die Ferrite keine signifikante Rolle spielen.

Autor: Waldi (Gast)
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Bei den 330-500 Ohm ging es um eine einzelne Spule. Bei dem Beispiel mit 
der BAV99 (3pF) benutzen die im Beispiel 10nH bei 916.6MHz. Bei meiner 
Berechnung mit ~ 2.4GHz komme ich auf 1.4nH und nicht 1.4pH.

Anbei ein kleines Skript für die Berechnung mit python. Bei den 916.6MHz 
komme ich auch auf 10nH.

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