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Forum: HF, Funk und Felder [H] Berechnung einer PCB Antenne


Autor: Michael B. (planlessmichi)
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Hallo zusammen,

da ich jetzt kurz vor einem Kollaps stehe, mein Selbsterhaltungstrieb 
aber noch einigermaßen funktioniert, möchte ich Euch mal um Hilfe 
bitten.

Kurzform: Wie kann ich die Induktivität einer gedruckten rechteckigen!! 
Antenne/Spule berechnen?

Langform: Seit inzwischen 3,5 Stunden suche ich das Forum hier und das 
Internet nach Formeln ab, in denen man z.B. Breite, Höhe, Windungszahl, 
Leiterbahndicke, Aura etc. eingibt und die Induktivität erhält.
Ich möchte mir ein RFID-Leser bauen (ähnlich wie den hier "[[USB RFID 
Tag Leser]]") und die Antenne soll dabei aus reiner Bequemlichkeit mit 
auf die Platine. Eine minimale Reichweite von ca. 2-3cm für RFID-Karten 
im Scheckkartenformat wäre wünschenswert.
Wenn ich bisher was gefunden habe, dann waren das Spiralen oder Links 
auf Seiten, die erstmal ein HF-Studium vorraussetzen :-( Da wird von 
Loop und Dipol, Quadirgendwas, Verkürzungsfaktor etc. gesprochen, aber 
eine Standard-FR4 PCB Antenne in rechteckiger Form wurde da nie 
berechnet. Allerdings kann ich mir gut vorstellen, das sowas zum 1x1 
mancher Leute gehört und die das im Halbschlaf machen. Der 
Threadersteller des oben genannten Artikels hat ja auch irgendwie so ein 
Teil hinbekommen. Allerdings möchte ich jetzt nicht 20 Platinen 
erstellen und dann mit einem Messgerät messen, welche Indiktivität sich 
da ergeben hat...

Kennt einer von Euch so eine Formel oder gar eine Webseite, bei der man 
die Daten angeben kann und die fehlenden Werte berechnet werden?
Also die Superlösung wäre jetzt:
Eingabe von :
- Induktivität (1,62mH)
- Größe der äußersten "Schleife" (z.B. 5x7cm)
- Breite der Leiterbahn (z.B. 0,3mm)
- Auro der Leiterbahn (z.B. ebenfalls 0,3mm)
- Stärke der Leiterbahn (also 35µm)
- evtl. noch min. Innen"durchmesser" (z.B. 2x5cm)

Dann Knöpfchen drücken und als Ausgabe dann entweder:
--> 10 Windungen --> Innendurchmesser somit noch größer als 2x5cm oder
--> 1000 Windungen --> Innendurchmesser kann nicht eingehalten werden.

Die zweitbeste Lösung wäre dann die pure Formel :-)

Kann mir hierbei einer helfen?

Vielen Dank im voraus und viele Grüße,
Michael

Autor: Andreas Riegebauer (blackpuma)
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Guck mal hier:

http://www.jimfranklin.info/microchipdatasheets/00710c.pdf

Application Note von Microchip.

BG
Andreas

Autor: Michael B. (planlessmichi)
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Schluck... Das sieht ja richtig kompliziert aus :-( Da werde ich mich 
heute Abend (und morgen Abend und übermorgen Abend und...) mal an 
Example 7 begeben... Vielleicht verstehe ich das ja dann?

Auf jeden Fall schon mal vielen Dank für den Link.

Autor: CptH (Gast)
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Autor: Michael B. (planlessmichi)
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Hallo Stefan,

super! Das PDF ist ja gold wert :-) Darin wurde von einer "antenne.exe" 
gesprochen und siehe da (Anlage): Genau sowas habe ich gesucht :-)

Genial! Danke!!

Autor: branadic (Gast)
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Und wo hast du das Programm gefunden? Handelt es sich dabei um einen 
legalen Download?

branadic

Autor: branadic (Gast)
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Okay, vergiss die Frage. Bin mittlerweile auch fündig geworden und damit 
es andere leichter haben, das Programm gibt es bei ST auf dieser Seite:

http://www.st.com/stonline/products/families/memor...

branadic

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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OK, mal ich mich wieder wiederholend:

Tool-Collection enthält auch Printantennen:
http://miscel.dk/MiscEl/miscel.html

Das Programm hat auch noch andere sinnvolle Tools.

Vielleicht dieses Prog ins Wiki??

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Abdul K. schrieb:

> Vielleicht dieses Prog ins Wiki??

Das Kondensat dieses ganzen Threads ins Wiki?  Machst du's?

Autor: Michael B. (planlessmichi)
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branadic schrieb:
> und damit es andere leichter haben, das Programm gibt es bei ST auf
> dieser Seite: ....

Stimmt, von da habe ich das auch her :-) Noch kurz als Zusatzhinweis: 
Der Link zu dem Programm ist ganz unten unter "Related information" zu 
finden. Übersieht man leicht, weil's nur ein einzige, kurze Zeile ist.

Autor: ploeti (Gast)
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Michael B. schrieb:
> Induktivität (1,62mH)

1,62 mH sind fuer eine Printantenne recht optimistisch :-)

Kauf lieber schon mal CuL 0.2 zum wickeln.

Autor: Andreas Schweigstill (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite
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Die mittels antenne.exe berechnet Spule hat nur 16,2uH, also fehlt noch 
ein Faktor hundert zu den geforderten 1,62mH. In erster Näherung müsste 
die Spule als nur die zehnfache Windungszahl erhalten. Das könnte man 
mit einem entsprechenden Multilayer erreichen...

Autor: Michael B. (planlessmichi)
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?? Weil?? Wieso sind die 1,62mH optimistisch? Laut dem Programm von ST 
benötige ich dafür ja gerade mal 12 "Wicklungen" und in dem oben 
genannten Beitrag hat er ja auch etwa so viel gehabt (14 glaube ich).
Wieso sollte das nicht klappen?

PS: Ich hab mir vorsichtshalber trotzdem schon eine gewickelte Spule von 
Pollin besorgt :) 
(http://www.pollin.de/shop/dt/NTc2OTQ3OTk-/Baueleme...)

Autor: Michael B. (planlessmichi)
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Andreas Schweigstill schrieb:
> Die mittels antenne.exe berechnet Spule hat nur 16,2uH,

Ups... Stimmt. Autsch, peinlich... Ach ja.... Diese Potenzen immer :)
Aber das ist dann wirklich nicht so toll... Muss man sehen, was sich da 
machen lässt... Evtl. auf 0.2mm gehen und mehr Wicklungen...

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Jörg Wunsch schrieb:
> Abdul K. schrieb:
>
>> Vielleicht dieses Prog ins Wiki??
>
> Das Kondensat dieses ganzen Threads ins Wiki?  Machst du's?

Keine Ahnung wie das geht. Und wenn Andreas zu schnell fährt, keine Lust 
mehr hat, der Schäuble zuschlägt, Geld einnehmen muß, ist die Arbeit 
weg, nee.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Abdul K. schrieb:
> Keine Ahnung wie das geht.

Ausrede ist abgelehnt.

> Und wenn Andreas zu schnell fährt, keine Lust
> mehr hat, der Schäuble zuschlägt, Geld einnehmen muß, ist die Arbeit
> weg, nee.

Ja, wenn das Internet explodiert auch.  Unkenfritze. ;-)  Bislang
betreibt Andreas zumindest eine außerordentlich stabile Plattform.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Jörg Wunsch schrieb:
> Abdul K. schrieb:
>> Keine Ahnung wie das geht.
>
> Ausrede ist abgelehnt.

Schön. Aber im Ernst: Gewisse Dinge kann ich sehr gut, z.B. anderen in 
Teilgebieten kompetenteren Leuten entscheidende Ideen bringen 
(Brain-Storming), die diese dann über Hürden steigen lassen. Danach 
sahne ich dann deren neues besseres Ergebnis ab...
Andererseits gibt es bei mir sofort Probleme, wenn ich dazu verdammt 
werde, immer das Gleiche zu tun.


>
>> Und wenn Andreas zu schnell fährt, keine Lust
>> mehr hat, der Schäuble zuschlägt, Geld einnehmen muß, ist die Arbeit
>> weg, nee.
>
> Ja, wenn das Internet explodiert auch.  Unkenfritze. ;-)  Bislang
> betreibt Andreas zumindest eine außerordentlich stabile Plattform.

Bislang, ja. Laß ihn mal heiraten und die Frau Bestimmer werden...

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Abdul K. schrieb:
> Laß ihn mal heiraten und die Frau Bestimmer werden...

Hast du schlechte Erfahrungen gemacht? :-)

Ich traue ihm so viel Fairness zu, dass er zumindest den Datenhaufen
dann irgendwie öffentlich verfügbar macht.

Nach dem Prinzip dürftest du ja nie irgendwo irgendwas für andere
aufschreiben sonst.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Jörg Wunsch schrieb:
> Platinen-Induktivität

Ah sehr gut. Klappt doch gut: Ich habe die Ideen und du machst die 
Arbeit ;-)


----
Nee, meine Frau ist tolerant genug. Natürlich nicht immer ;-)

Autor: der_hier (Gast)
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Hallo, bin auch gerade an sowas dran. hat wer ne Ahnung wie ich den 
Strahlungswiderstand einer Antenne Rausbekomm?? soll nämlich ne 50Ohm 
Antenne werden..

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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der_hier schrieb:
> Soll nämlich ne 50Ohm
> Antenne werden..

Das hat nichts mit dem Strahlungswiderstand zu tun.

Autor: der_hier (Gast)
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ok, mit was dann, lediglich der ohmsche widerstand (da kann ich mich ja 
tot wickeln!!). ich hatte im RFID Handbuch von Klaus Finkenzeller 
gefunden das die gesamtimpendanz einer Antenne sich aus 
Leitungswiderstand, Strahlungswiderstand und Blindwiderstand zusammen 
setzt. Im Idealfall wäre der Blind- sowie der Leitungswiderstand null 
und (leider als einziges Bsp.) bei einer Lambda/2 Antenne der 
Strahlungswiderstand 74 Ohm.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Du musst den existierenden Strahlungswiderstand deiner Antenne
anpassen, damit dein Sender 50 Ω "sieht".

Aber bitte mach dafür einen separaten Thread auf.  Zuvor darfst
du außerdem die hier genannten Verweise studieren.

Autor: Peter Wischnowski (Gast)
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Sorry das ich diesen alten Thread raußhohle. Hat noch jemand diese 
antenne.exe finde sie leider nicht mehr :( Die st website ist down. Wäre 
net wenn jemand die Datei hier hochladen könnte.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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bla bla bla. Reparier lieber mal den Fehler: File anhängen geht nicht 
bei Bearbeiten Beitrag!

Autor: Timo (Gast)
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Hallo,

bei meiner Suche nach PCB-Antennen bin ich unter anderem über diesen 
Thread gestolpert. Ich stehe derzeit vor dem Problem der Berechnung 
einer doppelseitigen PCB-Antenne, sprich ein Teil der Windungen liegt 
auf der Oberseite der Leiterplatte, der zweite Teil auf der unteren 
Seite.
Um die parasitäre Kapazität möglichst klein zu halten sind die Windungen 
von Ober- und Unterseite zueinander versetzt angeordnet.
Die Spule läuft also auf der Oberseite von außen nach innen, wechselt 
die Lage und läuft dann stronrichtig in den Zwischenräumen der Oberseite 
von innen wieder nach außen.

Eine solche Anordnung ist aufgrund der gekoppelten Induktivitäten nicht 
mehr mit dem Programm antenne.exe zu berechnen. Je nach Dicke des 
verwendeten Materials wird sich eine etwas andere Induktivität aufgrund 
des Kopplungsfaktors einstellen.

Hat jemand einen Tip, mit welchem freien Programm oder nach welcher 
Berechnungsmethode (Formel, Paper/Veröffentlichung o.ä.) eine solche 
Anordnung berechnet werden kann?
Das Sahnetüpfelchen wäre natürlich noch, wenn die sich einstellende 
verteilte Kapazität mit Berücksichtigung finden würde.

Ich danke euch vielmals für eure Unterstützung.

Autor: Timo (Gast)
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Hallo, ich noch einmal.

Zum besseren Verständnis anbei mal ein Bild, wie eine solche Spule 
beispielhaft aussieht. Vielleicht wird die Problemstellung dann klarer. 
Ich möchte gerne vorab abschätzen, wie groß die Induktivität einer 
solchen Spule sein wird.

Vielen Dank für euere Unterstützung.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Schau mal bei den rfID-Geschichten. Die haben oftmals ähnliche Antennen. 
Eventuell findest du dort eine Abschätzungsgrafik oder gar 
Berechnungsvorschrift.

Ansonsten einen Field-Solver bemühen. WIPL-D oder FEBO oder ein anderer. 
FEMM ist für Antennen eher ungeeignet.

Autor: branadic (Gast)
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Viel findet man zur Lösung des Problems nicht, denn die große Unbekannte 
ist die Gegeninduktivität und die lässt sich nicht so einfach berechnen. 
Viele Veröffentlichungen stützen sich auf seltsame Quellen und kommen zu 
speziellen Ausdrücken mit irgendwelchen noch viel öminöseren Konstanten 
für spezielle Geometrielösungen.
Die Simulation in Programmen wie Maxwell 3D sind auch mit gesunder 
Skepsis zu betrachten, weil man die Geometrie doch sehr stark 
herunterbrechen muss um überhaupt zu einer Lösung zu kommen. Der Fehler 
wird dann entsprechend groß. Gerade bei Geometrien mit großem 
Durchmesser und kleinem Leiterquerschnitt ist die Simulation 
problematisch.

Abdul hat in soweit recht, dass man mit einem FieldSolver (bspw. der 
kostenlose FastFieldSolver, mit FastHenry und FastCap) unter Umständen 
die Unbekannte lösen kann. Die Bedienung des FastFieldSolvers ist jedoch 
recht speziell und bedarf einiger Einarbeitungszeit. Ich beschäftige 
mich selbst gerade damit und finde es ziemlich... sagen wir einfach 
speziell.

Das Thema ist grundsätzlich sehr interessant und wenn da jemand mehr 
weiß, dann bin auch ich neugierig auf dessen Quellen und Lösungsansätze.

branadic

Autor: Christian Petersen (Gast)
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wo finde ich das programm antenna design.exe   ich ahbe schon alles 
mögliche abgesucht, aber leider nichts gefunden. Wäre nett wenn ich 
einen Tipp oder link haben dürfte. Bitte gebt mir eine kleine Info an 
dd7lp@t-online.de
Danke
schöne Grüße aus NF
Christian DD7LP

Autor: B e r n d W. (smiley46)
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Meinst Du das hier? Nur ein bisschen weiter oben:
Beitrag "Re: [H] Berechnung einer PCB Antenne"

Autor: Christian Petersen (Gast)
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Hallo , danke für die schnelle Antwort, super , habe es gefunden , genau 
das. Vielleicht hast du noch einen Tip, wo finde ich die Berechnungen 
der Induktivität für einen blanken Draht, z.B 0,5 mm Dm. 2 mm über Grund 
einer Leiterplatte. Der Grund ist die Berechnung für ein Tiefpassfilter 
1 Ghz mit 3 kleinen Cs auf der der Leiterplatte und als Induktivität 2 
kleine Stückchen Draht, so um 25 nH. Vielleicht hast du oder jemand 
ander noch einen Tipp.
Genau so bin ich auf der Suche nach einen Stripeline Bandpass auf FR4 
das den Bereich 1290-1350 Mhz durchlassen soll, alles andere möglichst 
stark bedämpft. Ich brauche das Filter in einem Konzept für einen 
Treckinggenerator für ein IFR 7550 Analyser.Vielleicht ist ja da noch 
einmal jemand behilflich.

Beste grüße aus der Nähe von Husum Nordsee
Christian DD7LP

Autor: B e r n d W. (smiley46)
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Damit kann man Strukturen z.B. auf einer Leiterplatte simulieren:
http://www.sonnetsoftware.com/
Rechts unten gibts das Sonnet Lite

Stripeline Bandpass:
Eventuell mal nach Interdigital-Filter suchen.

Autor: Greg (Gast)
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Wie sieht es denn mit der frequenzabhängigkeit einer solchen 
Platinenspule aus? Gibt es dazu irgendwelche Aussagen?

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Was spricht dagegen, ein paar solcher Spulen zu fertigen und 
auszumessen. Das kann ja nicht so schwierig sein....

Autor: Greg (Gast)
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Vielleicht hat schon jemand Erfahrungen damit gemacht hat, die er hier 
mitteilen kann. Man muss das Rad nicht immer neu erfinden, heißt es 
nicht umsonst.

Autor: CptH (Gast)
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Hi,

gemessen habe ich die Frequenzabhängigkeit zwar nicht, aber dafür mit 
Sonnet simuliert. Vieleicht hilft dir das weiter.

Das Leiterplattenmaterial besteht aus FR4 (epsilon = 4,3; tan ϕ = 0,025 
) mit einer Dicke von 1,5mm. Kupfer 35µm.

Gruß
Stefan

Autor: ST (Gast)
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CptH schrieb:
> http://www.st.com/stonline/books/pdf/docs/15284.pdf
Aktueller Link für AN2866 How to design a 13.56 MHz customized tag 
antenna
http://www.st.com/internet/com/TECHNICAL_RESOURCES...

Autor: Nils O. (deeznutz)
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@CptH: Wo in sonnet kann ich die "Inductance calculations" wie im Bild 2 
finden? Danke!

Gruß

Nils

Autor: Nils O. (deeznutz)
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Ah, hab's gefunden. Screenshot kommt aus dem ST-Tool...

Autor: Henry (Gast)
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Autor: Nils O. (deeznutz)
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Gute Seite, besten dank!

Autor: Marcus (Gast)
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Hallo an Alle,
sorry, dass ich diesen alten Beitrag wieder hochhole.
Ich suche die antenna.exe oder auch antenne.exe.
Kann mir jemand von Euch den Link oder die Datei schicken - ich finde 
sie auf der st.com Seite nicht und die Links zur exe sind nicht mehr 
gültig.
Vielen lieben Dank im Voraus.
Lieber Gruß
Marcus

Autor: CptH (Gast)
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Hallo,

der Beitrag von Abdul K. vom 12.04.2011 enthält das Programm.

Gruß
Stefab

Autor: Marcus (Gast)
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oh ja - danke Stefan
Ich habe offensichtlich nicht alles ausprobiert.

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