Hallo allerseits, ich habe eine 2.4GHz IFA auf einem PCB, welches mit einer 2K Elektronik-Vergussmasse eingegossen wird. Diese verändert die Antennencharakteristik natürlich stark. Ich muss Antenne + Parallelinduktivität erheblich kürzen um auf Resonanz zu kommen und die Anpassung einigermaßen hin zu biegen. Hiefür löte ich ein Rigid Coax an den Speisepunkt, trenne den Rest der Schaltung ab und vergieße das ganze... Das habe ich jetzt ca. 15 Itterationen gemacht. Jetzt habe ich zwar wieder -20db @ 2.4Ghz S11 und auch das Smithdiagram sieht gut aus... Ich frage mich allerdings ob die Verkleinerung die Performance der Antenne negativ beieinflusst. Immerhin deckt sie jetzt deutlich weniger Fläche der Wellenfront ab und ist von einem Material umgeben, dass deutlich stärker dämpfen dürfte als Luft... Kann mich hier jemand über die praxisrelevanten Aspekte aufklären? Müsste ja in Richtung Effizienz und Apertur gehen oder? Gewagte These: Kann man sich vorstellen, dass sich die E-Wellen bei höherem epsilonR konzentrieren - ähnlich einem Ferrit für M-Wellen? Daher die Größe der Antenne auf die Welle quasi gleich ist? Gruß, Nikias
Hallo Nikias, Interessantes Projekt an dem du da arbeitest. Ich hab leider selber keine praktischen Erfahrungen mit dem von dir geschilderten Problem jedoch hab ich mal ziemlich viel Zeit mit der Simulation von IFAs verbracht. Du solltest dir bewusst sein, eine gute Anpassung allein bedeutet noch nicht, dass deine Antenne auch gut abstrahlt vielleicht hast du auch nur einen 50 Ohm Abschlusswiederstand gebaut. Finde raus wie hoch der Verlustfaktor deines Verguss-Materials ist daran kannst du erkennen ob du ein Chance hast eine gute Antenne zu bauen. Normalerweise ist es nicht möglich bei IFAs einfach nur den offenen Arm zu kürzen und dadurch den Frequenzbereich anzupassen. Grüße Martin
>2K Elektronik-Vergussmasse
Muss nicht zwingend gut sein, denn Epoxy zB hat bei
Mikrowellenfrequenzen beliebig hohe dielektrische Verluste
Falls nicht, wird die Wellenlaenge um wurzel-epsilon verkuerzt.
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Du hast doch einen NWA? Dann hänge an Port 1 eine beliebige 2,4GHz Antenne und fixieren deren Position (Schraubstock o.ä.). Dann an Port 2 deine Antenne, fixe Position, einmal die Variante mit und einmal ohne Vergussmasse -> S21 Messung. Alternativ hänge dein HF-Modul abwechselnd an beide Antennen und messe die Feldstärke an einem Empfangsmodul.
@Martin0815: Kannst du das Thema Frequenzanpassung der IFA und weitere notwendigen Änderungen genauer ausführen? Habe dazu recht wenig in der Literatur gefunden. Daher habe ich eher empirisch die Induktivität (oberer Zweig des F) auch angepasst um insgesamt im Smithdiagramm wieder ca. bei 1 rauszukommen. Aber die Theorie hinter der Dimensionierung erschließt sich für mich offen gestanden nicht über das hier gesagte hinaus: http://www.antenna-theory.com/antennas/aperture/ifa.php. @hacky: Die Vergussmasse ist nicht verhandelbar. Ich habe mal ein Datenblatt davon angehängt. epsilonR = 3,5 tanDelta = 0,04 - allerdings nur bei max. 1MHz angegeben. Kannst du mir einen Tip bezüglich einem Versuchsaufbau der Materialeigenschaften zur Messung bei 2.4GHz geben? @asd: Klar - Equipment habe ich alles zur Verfügung: VNWA, Messsender, Spectrum-Analyzer, Power-Meter. Es geht mir eher um die Theoretische Überlegung. Das Problem ist bei so einer Messung in der Praxis das Setup wirklich genau identisch hinzubekommen - allein schon wegen dem Auflöten des Rigig-Coax. Da machen kleinste Variationen im Testaufbau mehr aus, als die Vergussmasse. Gruß, Nikias
> das Setup > wirklich genau identisch hinzubekommen - allein schon wegen dem Auflöten > des Rigig-Coax. Da machen kleinste Variationen im Testaufbau mehr aus, > als die Vergussmasse. Naja, wenn die Vergussmasse so wenig aus macht, dann ist es ja kein Problem. Wenn du die DUT-Antenne an die selbe Stelle bringst und weniger als 5dB Änderung zwischen den Antennen siehst ist der Effekt ja tolerierbar. Wenn du dann die erste Antenne nach der Messung noch einmal in Stellung bringst und mehr als 5dB Abweichung zur ersten Messung siehst - dann solltest du das Labor Leuten überlassen die keine zwei linken Hände haben ;-)
@ASD: Eigentlich habe ich nicht unbedingt zwei linke Hände. Bei 2.4GHz ist das mit dem Versuchsaufbau aus meiner Sicht nicht so trivial. Das Problem ist, dass ich in der Schaltung nicht viel Platz habe. Das ganze Board ist nur 3x4cm groß. Wenn ich da ein Rigid-Coax 0,5mm seitlich verschoben anlöte, verändert das die Richtwirkung der Antenne. Das eingießen mit der Vergussmasse macht es auch nicht wirklich einfacher. Eigentlich geht es mir ja eher um die Frage wie das Anpassen - sprich verkleinern - der Antennengeometrie die Funk-Performance der Antenne beeinflusst. Ich denke es könnte irgendwann Sinnvoll sein, von der "kleinen" IFA zur nächst größeren Bauform z.B. "Folded Dipole" zu gehen, weil die Vergussmasse die Antenne so schrumpfen lässt, dass diese aufs Board passt. Da diese Bauform dann schlicht größer ist, erhoffe ich mir eine größere effektive Antennenfläche bzw. "Apertur". Kann das jemand bestätigen? Gruß, Nikias
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N. K. schrieb: > Da diese Bauform dann schlicht größer ist, erhoffe ich mir eine größere > effektive Antennenfläche bzw. "Apertur". Nicht nur das: da der Faltdipol eine symmetrische Antenne ist, ist er nicht mehr (so extrem) abhängig von irgendwelchen Erdungsverhältnissen wie eine Monopol-Antenne. Allerdings musst du natürlich dafür die symmetrische Ansteuerung hinbekommen.
Jörg Wunsch schrieb: > Nicht nur das: da der Faltdipol eine symmetrische Antenne ist, ist > er nicht mehr (so extrem) abhängig von irgendwelchen > Erdungsverhältnissen wie eine Monopol-Antenne. Bei 2,4 GHz (ca 12cm Wellenlänge) spielen Erdungsverhältnisse überhaupt keine Rolle.
Hallo, Zur Antenne: LambdaHalbe liegt ja bei 2.4GHz bereits bei 6cm ohne Verkürzung. Daher wird die unvermeidliche ansteuernde Schaltung immer das Diagramm verbiegen. Und ja, dielektrische Antennen (Linsenwirkung) gibt es jedoch können an der Grenzflächen (wie bei Glas) entsprechende Effekte auftreten, die die Effizienz zusätzlich zu den dielektrichen Verlusten verringern. weiterhin sind solche Antennenelemente dann mindestens mehrere Lambda gross. Die Vergussmasse ist bei 2.4GHz meist eher nicht "transparent". Die Verluste des Dielektrikums kann man mit einfache Mitteln abschätzen. Gruss
Heinz Wäscher schrieb: > Bei 2,4 GHz (ca 12cm Wellenlänge) spielen Erdungsverhältnisse überhaupt > keine Rolle. Ein Monopol braucht immer eine Erdfläche von lambda/2 Durchmesser unter sich. Eine F-Antenne ist ein Monopol.
@dl8dtl: Der "Folded Dipole" hätte weiterhin den großen Vorteil, dass ich keinen BALUN mehr brauche. Mein IC hat einen symetrischen Ausgang. Mein bisheriges Problem ist allerdings, dass ich keine Erfahrung und Equipment für symetrische Antennen habe. Wie wird sowas in der Praxis dimensioniert + optimiert? @Heinz: Natürlich spielt der "Gegenpol" eine erheblich Rolle bei der IFA. Dieser besteht bei mir aus einer (zu kleinen) Groundplane + aufgelöteter Lithium-Zelle. Die Abstimmung der Antenne geht nur unter deren Rücksichtnahme. Das ist übrigends der Grund, weshalb ich mit Simulationen in der Praxis irgendwie auf keinen grünen Zweig komme. Bei unendlichen GND-Planes ist das ja alles ganz schön, aber unter realen Umgebungsbedingungen komme ich bisher immer nur mit dem Skalpell + Rigid-Coax + VNWA zu ordentlichen Antennen. @HW-Werkler: Kannst du mir einen Tip in Richtung "Verluste des Dielektrikums kann man mit einfache Mitteln abschätzen" geben? Wäre dir sehr Dankbar. Gruß, Nikias
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N. K. schrieb: > @HW-Werkler: Kannst du mir einen Tip in Richtung "Verluste des > Dielektrikums kann man mit einfache Mitteln abschätzen" geben? Dazu braucht es: - Ein (kontaktloses) IR-Thermometer (z.B. Basetech Mini 1) - Ein oder zwei Referenobjekte bekanntem Materials und definierter Grösse - Eine Probe des zu untersuchenden Materials (möglichst gleicher Grösse) - Eine Mikrowelle (arbeitet bei 2.4GHz) Den Rest kann jeder durch Nachdenken erraten. ;-) Ich empfehle mit wenigen Sekunden zu beginnen. 700W HF können viel Verlustleistung in Form von Wärme/Hitze hinterlassen!
Achja: Niemals Metallteile (auch Schaltungen, selbst wenn vergossen) in die Mikrowelle legen!
Hallo Nikias, grundsätzlich steht in dem Artikel den du verlinkt hast alles Wichtige zum Verständnis der IFA an sich. Da du aber eine konkrete Anwendung hast, musst du die genauen Dimensionen wohl empirisch ermitteln. Eine Simulation ist da auch nichts anderes nur ohne sich die Hände schmutzig zu machen. Wenn ich dich richtig verstanden habe funktioniert deine Antenne, sonst könntest du auf der Gegenseite nichts empfangen. Die Optimierung würde alle geometrischen Größen also: Breiten, Höhe, Position der Speisung, Länge des Arms usw. beinhalten Auch stellt sich die Frage nach Zielen also Parameter wie: Bandbreite, Gewinn, Pattern, usw… Auch kann ich nicht abschätzen, wie viel Aufwand du betreiben willst. Grüße Martin
Jörg Wunsch schrieb: > Ein Monopol braucht immer eine Erdfläche von lambda/2 Durchmesser > unter sich. Eine F-Antenne ist ein Monopol Ein Monopol braucht eine gut leitfähige Ebene als elektrischen Spiegel unter sich aber keine ERDFLÄCHE. Sonst würde man nicht von einem Satelliten aus dem Weltraum senden und empfangen können. Der Durchmesser dieser Potentialebene muss auch nicht lambda/2 betragen. Insbesondere größere Flächen sind genauso geeignet oder besser. Es ginge übrigens auch vom Mars mit Marsfläche anstatt Erdfläche, solange der Mars um den Monopol gut leitet.
Heinz Wäscher schrieb: > aber keine ERDFLÄCHE Wortklauberei. Heißt bei dir eine Groundplane-Antenne nur dann so, wenn sie tatsächlich direkt auf der „Erd“oberfläche montiert wird? Ich hatte es als selbstverständlich angesehen, dass diese Fläche die HF-mäßige „Erde“ meint und nicht etwa den PE deiner Niederspannungsverkabelung. (Nikias hat das auch ganz offensichtlich so aufgefasst.) Ja, dass sie auch größer sein kann, ist logisch. Ich hatte nach dem Absenden des Beitrags noch überlegt, ob ich ihn editiere und da das Wort „mindestens“ reinschreibe, aber dann drauf verzichtet.
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Jörg Wunsch schrieb: > Ich hatte nach dem Absenden des Beitrags noch überlegt, ob ich ihn > editiere und da das > Wort „mindestens“ reinschreibe, aber dann drauf verzichtet. Dann betreiben wir doch noch etwas mehr "Wortklauberei" Denn auch das Wort "mindestens" wäre nicht unbedingt richtig. Im Gegensatz zu Radials bei einem Lambda/4 Monopol (landläufig: Groundplane Antenne), die etwa Lambda/2 im Durchmesser (lamda/4 je Radial) haben, gilt das nicht generell für eine Potentialebene unter einer Monopolantenne. Es gilt, dass die leitfähige Fläche über das Feld den gleichen Strom wie der Strahler aufnehmen muss. Eine resonante Abmessung des Durchmessers der Fläche ist nicht zwingend erforderlich und auch die geometrische Form, ob rund oder eckig, ist wenig maßgeblich. Außerdem hängen die Anforderungen an die Potentialebene unter einem Monopol unter anderem auch von der Ausführung des Monopols ab. Ein Lambda/4 Monopol verhält sich anders als ein lambda/2 oder ein Lambda 5/8 Monopol.
@HF-Werkler: Vielen Dank für den Tip. Ca 10g des Materials erwärmen sich bei 20s in der 700W Mikrowelle um ca. 20°C. Die spezifische Wärmekapazität ist leider nicht bekannt. Aus meiner Sicht ist das ein eher gutes Ergebnis - kurze Vergleichstests mit POM (hatte ich gerade da) ergeben, dass POM deutlich mehr Energie aufnimmt. @Martin0815: ja klar - die Antenne funktioniert grundsätzlich. Nur dass ich eben versuche zu optimieren. Der "Arm" der IFA ist jetzt nur noch 11mm lang und ich frage mich dabei, ob das ziemlich extreme Kürzen der Antenne um auf Resonanz zu kommen, nicht auch einen negativen Einfluss auf die Effizienz hat. Ich habe jetzt nochmal S21 Vergleichs-Tests mit dem Networkanalyzer und einer Patchantenne als Empfänger gemacht. Die gekürzte Variante bringt * im Vergleich zur ursprünglichen Variante etwa 3dB mehr * im Vergleich zu einer labmda/2 ca. 3dB weniger an die Empfangsantenne. Ich denke damit gebe ich mich zufrieden und merke mir: Anpassung+Resonanz sind natürlich wichtiger als Flächen-Ausdehnung der Antenne... Gruß, Nikias
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