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Forum: HF, Funk und Felder HF und dB Anpassung


Autor: Thomas Fassbender (ninten)
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Guten Abend,
ich kenne mich mit Halbleiter-Elektronik sehr gut aus. Nun würde ich 
gerne in die Welt der Funktechnik einsteigen. Ich habe bis jetzt mit den 
ZigBee-Modulen gearbeitet.

Gegebenheiten:
Ich habe ein Modul (IC) das eine bestimmte Frequenz (1GHz) generiert. 
Das Modul besitzt folgende Daten:

Output Power: -2,5 dBm
Harmonic Suppression (2nd Harmonic): -15 dBc

Meine Frage als "Funkneuling" wäre jetzt, wofür steht der letzte 
Buchstabe (dBm und dBc)?

Wie muss die Leiterplatine von den Leiterbahnen her beschafen sein, 
damit das HF-Signal vom Modul zum Verstärker/anderes IC/Antenne 
störungsfrei übertragen werden kann?

Was für einen HF-Verstärker bräuchte ich, um das Signal mit den oben 
genannten Werten zu verstärken und wie müsste die Signalstrecke zwischen 
Modul (Oszillator) und dem Verstärker auf der selben Leiterplatine 
realisiert werden?

Wie bekomme ich am Ende das HF-Signal von der Platine. Ein einfaches 
Drahtstück auf die Platine löten oder kleine Antennen die man kaufen 
kann verwenden. Wenn das letztere, wie erfolgt der anschluss der Antenne 
auf der Platine?

Habe jetzt ne Menge Fragen formuliert. Wäre um jede Antwort sehr 
dankbar.
Danke sehr.

Mit freundlichen Grüßen
Thomas Fassbender

Autor: Markus (Gast)
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Hallo,

dBm bezeichnet einfach den Leistungspegel deines Signals bezogen auf ein 
1mW. Ein Signal mit einer Leistung von 1W = 10*log(1W/1mW) = 30 dBm
dBc bezeichnet die Signalpegeldifferenz, z.B. einfach die Differenz der 
Pegel eines Nutz- und eines Störsignals.
Siehe auch http://de.wikipedia.org/wiki/Signalpegeldifferenz

Bei den Layoutsachen kann ich Dir nicht wirklich weiterhelfen. 
Grundsätzlich würde ich sagen, ist es immer gut, die Leiterbahnen 
möglichst kurz zu halten. Allerdings trifft das evtl. nicht zu, wenn Du 
irgendwie die Impedanz anpassen musst. Antenne ist wohl empfehlenswert. 
Aber da muss dir jemand kompetenteres Ratschläge geben, ich bin mir 
nicht mal sicher, ob Du sowas überhaupt einfach bauen darfst oder ob da 
nicht einige (teure) EMV-Test zu bestehen wären. Funksender darf man ja 
auch nicht einfach so selber bauen.

Autor: Markus (Gast)
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Ist wohl schon zu spät für mich, klingt irgendwie ziemlich besoffen mein 
erster Satz. So sollte das heißen:

Markus schrieb:
> dBm bezeichnet einfach den Leistungspegel deines Signals bezogen auf 1mW. > Ein 
Signal mit einer Leistung von 1W hätte einen Pegel von 10*log(1W/1mW) = 30 dBm

Gute Nacht!

Autor: Thomas Fassbender (ninten)
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Hallo,
danke für deine schnelle Antwort.

Was genau meinst du mit der Anpassung der Impedanz mit der 
Leiterbahnlänge?
Ich als "normaler" Elektroniker würde da jetzt einen Widerstand zur 
Impedanzanpassnung einbauen.
Aber du meinst wahrscheinlich die Impedanz bezogen auf die 
Elektromagnetischen Wellen im Leiter?
Ich weiß das Antennenkabeln häufig den Begriff 50ohm mit sich bringen.

Thomas Fassbender

Autor: Markus (Gast)
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Das war auch sehr schlecht von mir ausgedrückt, ich meinte eher dass 
u.U. Laufzeitanpassungen notwendig sind. Vielleicht sind Dir schon mal 
mäanderförmige Leiterbahnführungen aufgefallen. Hier steht auch ein 
bischen was dazu: Beitrag "Mäanderförmige Leiterbahnen auf Motherboards"
Wie gesagt, es gibt hier wesentlich kompetentere HF-Leute, aber anfangen 
würde ich mit einem Layout, bei dem alle Leiterbahnen möglichst kurz und 
gleich lang sind.

Autor: Markus (Gast)
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Aber wie gesagt, als erstes würde ich mich schlau machen, ob Du das 
überhaupt darfst. Es existieren hier sicher auch bestimme maximale 
Leistungsvorgaben, an denen die Module wahrscheinlich eh schon arbeiten. 
Wenn Du da einfach nen Verstärker hinbastelst, diese Werte 
überschreitest und da jemand draufkommt, könntest Du Ärger bekommen.

Autor: Thomas Fassbender (ninten)
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Okay,
danke für den Hinweis!

Autor: Torro (Gast)
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> Was genau meinst du mit der Anpassung der Impedanz mit der
Leiterbahnlänge?

Der sogenannte Wellenwiderstand - das sind z.B. die von dir 
angesprochenen 50 Ohm. Ist die Leitung kleiner als Lambda / 10, solltest 
du da unbedingt ein Auge drauf haben - d.h. möglichst Ausgangswiderstand 
Verstärker = Wellenwiderstand Leiterbahn = Fußpunktwiderstand Antenne (= 
üblicherweise 50 Ohm oder 75 Ohm). Gleiches gilt für die Verbindung 
Modul-Leiterbahn/Kabel-Verstärkereingang, auch hier sollte die Impedanz 
für alle drei möglichst gleich sein, da es sonst zu Reflexionen kommt 
(d.h. Leistung vom Verstärker fließt zurück zum Modul oder von der 
Antenne zurück zum Verstärker - einerseits verschenkte Leistung, 
andererseits kann es die HF-Endstufen zerstören, da diese u.U. keine 
hohe rücklaufende Leistung vertragen).

Die Leiterbahn auf der Platine ist überlicherweise eine Microstrip, d.h. 
eine Kupferbahn mit darunterliegender, nicht unterbrochender 
Massefläche. Unter dem Stichwort "Microstrip berechnen" lassen sich 
sicher einige Rechner/Programme ergoogeln. Grober Richtwert ist eine 
Leiterbahnbreite von 2,8mm für eine 50 Ohm-Bahn auf 1,5mm Standard 
FR4-Platinenmaterial.

Autor: Torro (Gast)
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> Unter dem Stichwort "Microstrip berechnen" lassen sich sicher einige 
Rechner/Programme ergoogeln

z.B. hier: http://www.referencedesigner.com/tutorials/si/si_06.php
Die Höhe der Kupferschicht (Trace thickness) beträgt bei Standard-FR4 35 
µm

Autor: Thomas Fassbender (ninten)
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Also besser ne doppelseitige Kupferschichtplatine benutzen wo die eine 
Seite vollkommen mit Kupfer bedeckt ist und auf der anderen Seite seine 
Schaltung aufgebaut wird. Und die Leiterbahnlänge und Breite wird dann 
mit dem Tool berechnet.

Autor: Torro (Gast)
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Ja, das wäre optimal - zumindest sollte aber unter der HF-Leiterbahn und 
möglichst auch (Achtung, Pi * Daumen-Wert) der drei- bis fünffachen 
Breite links und rechts davon eine durchgängige, ununterbrochene 
Kupferfläche sein, die an Ground angebunden ist.

Wenn wirklich alle Elemente in der Kette exakt 50 Ohm haben, beschränken 
sich die Verluste auf die ohmschen Verluste durch den 
Leiterbahnwiderstand, dann KÄME es auf ein paar cm mehr oder weniger 
nicht an. Das wird aber so nicht hinzubekommen sein, eine gewisse 
Fehlanpassung wird sich nicht vermeiden lassen - daher die Länge der 
HF-Leiterbahn möglichst kurz halten. Die Breite dann wie gesagt mit 
einem Tool wie diesem berechnen.

Autor: Thomas Fassbender (ninten)
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Die Kupferfläche wird an Ground angebunden. Das heißt an diese kommt die 
negative Betriebsspanung der Energiequelle (Batterie) oder meinst du 
wirklich die Erde? Da das ganze Portable wie ein Handy sein soll, habe 
ich dementsprechend keine Erde zur verfügung.

Autor: Thomas Fassbender (ninten)
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mhhh,
ich nehme mal an, dass alle Bauteile auf der Leiterplate die mit dem 
HF-Signal was zutun haben mit Ground (Kupferfläche) verbunden werden. 
Dazu gehört bestimmt auch die Antenne. Muss man auf noch was achten?

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Thomas Fassbender schrieb:
> Output Power: -2,5 dBm
> Harmonic Suppression (2nd Harmonic): -15 dBc

Das ist ein ziemlich schlechter Wert.  Du wirst einiges an
Nachselektion spendieren müssen, damit du die geforderte Unterdrückung
unerwünschter Frequenzen erreichst.  Je nach genauer Frequenz und
gewünschter Ausgangsleistung sind da vermutlich in der Größenordnung
von -40 dBc an Nebenwellenunterdrückung erforderlich.  Wenn du genauer
sagst, was das denn am Ende werden soll (Frequenz, Ausgangsleistung,
Zweck des Ganzen, ggf. die Allgemeinzuteilung, auf die sich dein Gerät
beziehen wird), dann kann ich mal sehen, ob ich genauere Details dazu
finde.  Interessant wäre auch, ob das nur ein experimenteller Prototyp
wird (also ein Einzelexemplar) oder die Basis für eine spätere
Serienfertigung.

Ich glaube, du solltest dir erstmal ein paar existierende Layouts von
HF-Geräten in diesem Frequenzbereich ansehen, bevor du dich ransetzt,
so etwas selbst zu entwerfen.  Jedes Stück Leiterbahn wird hier so
langsam selbst zur Induktivität (1 nH/mm als Richtwert) und auch selbst
zur Kapazität.  Da werden Kondensatoren nicht einfach an Masse ange-
bunden, sondern man muss auch ständig im Blick behalten, dass das, wo
sie angebunden werden, auch wirklich eine Masse ist -- und nicht etwa
durch die Eigeninduktivität ein Schwingkreis entsteht.

Thomas Fassbender schrieb:
> Dazu gehört bestimmt auch die Antenne.

Antennen sind nochmal ein Ding für sich.  Im Gegensatz zum Rest der
Schaltun sollen sie schließlich strahlen.  Hast du denn schon eine
konkrete Antenne im Blick?

Autor: Thomas Fassbender (ninten)
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Hallo Jörg,

ich habe einen Empfänger der 1Ghz ASK empfangen kann. So nun würde ich 
gerne einen passenden Sender bauen (Prototyp). Zum Einstieg reicht es 
mir völlig zu wissen, wie man einzelne HF-Bauteile untereinander richtig 
dimensioniert und diese auf einer Leiterplatine richtig einsetzt. Die 
Sendeleistung sollte maximal 10m betragen damit ich niemanden störe.

Mit Nachselektion meinst du wohl, dass der Oszillator-IC am Ausgang nen 
Filter bekommt?

Über die Antenne habe ich mir keine gedanken gemacht. Soweit ich weiß 
gibt es PCB-Antennen und so kleine "Handy" Antennen die schön kompakt 
sind.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Eine Antenne sollte die richtige Impedanz haben.
..
Das Wissen ist etwas zu begrenzt. Ich wuerde vorschlagen vom Vorhaben 
Abstand zu nehmen. Die Wuensche von 10m Reichweiste sind schon gut. 
Ploetzlich ist viel mehr Leistung da, die Reichweite viel groesser, und 
ein externes System wird gestoert.
In diesen Bereichen zu arbeiten bedingt neben der Theorie zu kennen, die 
passenden Messmoeglichkeiten, dH ein Spektrumanalyzer ist zwingend. 
Einen Netzwerkanalyzer sollte man haben.
... ich musste ueber 20 Jahre warten, bis sich die moeglichkeiten 
ergeben haben ...

Autor: Thomas Fassbender (ninten)
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Hallo Gnadenloser Labberer,
danke für deinen Beitrag.

Diese Messgeräte sind sehr teuer. Diese Messgeräte kann ich mir leider 
nicht leisten und muss deshalb auf diese verzichten.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Thomas Fassbender schrieb:
> ich habe einen Empfänger der 1Ghz ASK empfangen kann. So nun würde ich
> gerne einen passenden Sender bauen (Prototyp).

Dann beginne bitte damit, dir dafür bei der Bundesnetzagentur eine
Frequenzzuteilung zu beschaffen.

"Ich habe hier eine Garage.  Nun möchte ich mir gern ein Auto dazu
bauen.  Ich weiß auch, wie man eine Bohrmaschine benutzt und Schrauben
sicher verschraubt.  Was muss ich noch dafür wissen?"

Sorry, aber ungefähr so klingt deine Frage leider...

Thomas Fassbender schrieb:
> Diese Messgeräte kann ich mir leider
> nicht leisten und muss deshalb auf diese verzichten.

Dann verzichte bitte auf das Projekt.  Es ist schade um den Aufwand.

Wenn du mit Sendern und Funkübertragung basteln willst, um sowas
kennenzulernen, dann beginne bitte nicht im mittleren UHF-Bereich und
ohne auch nur einen Gedanken an die Rechtslage zu verschwenden.  Es
gibt Bauanleitungen (bspw. von Burkhard Kainka), die beschreiben, wie
man sowas mit auch ohne große HF-Kenntnisse noch gut beherrschbaren
13,56 MHz anfangen kann, einem Bereich, der als ISM-Band zumindest
erstmal einen gewissen Spielraum bietet, dass man mit seinem
Experiment niemanden ungewollt stört (zumal die 1. Oberwelle ebenfalls
wieder in ein ISM-Band fällt).

Wenn du das dann soweit gebaut und verstanden hast, dann kannst du
dich mit ein paar Megahertz mehr versuchen.

Thomas Fassbender schrieb:
> wie man einzelne HF-Bauteile untereinander richtig
> dimensioniert und diese auf einer Leiterplatine richtig einsetzt.

UHF ist mehr, als nur ein paar Bauelemente auf eine Leiterplatte
einzusetzen.

> Die
> Sendeleistung sollte maximal 10m betragen

Sendeleistungen werden nicht in Metern, sondern in Watt gemessen,
wobei es sich bei den HFlern eingebürgert hat, zumindest kleine
Leistungen als Dezibel bezogen auf 1 mW, kurz dBm, anzugeben.

Die EN 300 220 Teil 1 (für den Betrieb von Sendeanlagen unter 1 GHz)
bzw. 300 440 Teil 1 (für solche oberhalb 1 GHz) schreiben übrigens für
die ungewollten Aussendungen (also bspw. Oberwellen) vor, dass diese
im Bereich unter 1 GHz nicht mehr als 250 nW (= -36 dBm) und oberhalb
nicht mehr als 1 µW (= -30 dBm) sein dürfen (für die Rundfunk- und
Fernsehrundfunkbereiche gelten noch sehr viel strengere Festlegungen).
Dein Oszillator bringt es auf -17,5 dBm allein für die erste
Oberwelle!  Selbst mit einer Frequenzzuteilung für diese Frequenz
dürftest du diesen also nicht direkt benutzen.

Autor: Thomas Fassbender (ninten)
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Hallo Jörg,
danke für deine Antowrt.

Ich werde deinen Rat befolgen und erst mit niedrigen Frequenzen 
Experimentieren.

Danke für eure Beiträge.

Mit freundlichen Grüßen
Thomas Fassbender

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Thomas Fassbender schrieb:
> Ich werde deinen Rat befolgen und erst mit niedrigen Frequenzen
> Experimentieren.

Melde dich einfach hier, wenn du nicht weiter kommst.

Autor: Markus (Gast)
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Mein Interesse ist auch geweckt, der Tipp mit Burkard Kainka ist echt 
super, da gibts viele interessante Sachen. Muss ich mich auch mal mit 
beschäftigen.
http://www.b-kainka.de/bastel61.htm schaut nach einem ganz guten 
Einstieg aus.

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