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Forum: Platinen Nordic nRF24L01, PCB Antenne, Layout


Autor: Thomas B. (thomasb)
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Hallo !

Ich arbeite zur Zeit an einem kleinen Prototypen wo ich einen nRF24L01 
2.4GHz Funktransceiver von Nordic verwenden will.

Dabei hab ich versucht, mich weitestgehend an das Layout im Datenblatt 
zu halten. Da meine Footprints aber nicht exakt so definiert sind wie 
auf dem Beispiellayout, weicht die Aufteilung bei mir leicht ab.

Deswegen hab ich jetzt ein paar prinzipielle Fragen zu diesem Thema.
Die Grundlagen was Wellenausbreitung und Antennen betrifft sind mir 
bekannt und ich habe auch zwei Bücher zu dem Thema (was aber nicht 
heißt, das davon auch noch alles in meinem Kopf ist ;) ). Allerdings ist 
da nichts über PCB Antennen bzw. praktischen Richtlinien für das Design 
von solchen drinn.

Im Anhang ist eine Grafik (entnommen aus dem Datenblatt und erweitert) 
auf die ich mich bei meinen Fragen beziehe.

*) In einer AppNote von Nordic wird der (hier horizontale) minimale 
Abstand zwischen der Groundplane und der Antenne mit 10mm angegeben. Das 
wird ja durch das gegebene Layout auch eingehalten.
Wie sieht es aber mit dem Abstand zwischen der Antenne und einer 
vertikalen Groundplane aus (Abstand A) ? Konkret befindet sich bei mir 
dort ein paar LEDs vom digitalen Teil der Schaltung (zur Zeit ~4mm 
entfernt).

*) Im hellblauen Bereich befindet sich die Anpassung und Entkopplung für 
eine 50Ohm Antenne (L1,L2,L3,C5,C6). Scheinbar ist hier ein Keepout 
Bereich für die Massefläche festgelegt (hellblauer Bereich).
Wieso macht man das ? Ist das unbedingt notwendig ? Die Antenne beginnt 
ja erst nach der Entkopplung durch C5, oder ? Am Bottom Layer ist ja 
auch das ganze Rechteck als Massefläche ausgeführt.

*) Gibt es zu dieser Antennenform Näherungslösungen ? Habe mich hier wie 
gesagt an das Layout vom Datenblatt gehalten (die Dimensionen der 
Antenne hab ich mir aber eigentlich aus den Gerberdaten geholt) wo die 
Leiterbahndicke mit 1.27mm gegeben ist. In einem AppNote von Nordic wird 
dann aber von der selben Antenne mit 1.5mm Dicke gesprochen.
Würde gerne auch selber verifizieren können wofür die Antenne ausgelegt 
ist.

*) Würde es theoretisch funktionieren, wenn ich an dem Übergang zur 
Antenne (C6) statt der PCB-Antenne einen entsprechend langen (Lamda/2) 
Draht anlöte ? Oder müsste dann die Anpassung modifiziert werden ?
Habe ich zwar nicht vor, würde mich aber einfach interessieren.

*) Worauf muss ich hier beim Layout besonders aufpassen ? Mir ist klar, 
dass man sowas im Allgemeinen nicht pauschal sagen kann, aber ich denke, 
dass es durchaus gewisse Do's and Dont's für so etwas gibt.

So, vielleicht kann mir ja jemand ein paar der Fragen beantworten :)

Besten Dank schon mal und schöne Grüße,
Thomas B.

Autor: Mario Richter (mario001) Benutzerseite
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Oha, Hochfrequenz - das geht für mich immer alles ein wenig ins 
Philosophische... Ich melde mich aber dennoch zu Wort, da ich damals im 
Rahmen meiner Diplomarbeit auch mit den nRF2401 gearbeitet habe.

Generell hat man keine Probleme, wenn man sich an die Richtlinien im 
Datenblatt hält, was du ja auch gemacht hast. Hatte ich damals auch 
getan, und das ganze Moped hat erstaunlich gut funktioniert. Das konnte 
durchaus mit dem Eval-Board mithalten, das ich ebenfalls von Nordic zur 
Verfügung hatte.

Also würd ich dir empfehlen, dich nach dem Datenblatt zu richten, was 
die Antennendimensionierung angeht, dann bist du auf jeden Fall gut 
dabei. Und: Es ist nicht alles so kritisch, wie man meinen könnte - auch 
eine Erfahrung, die ich damals gemacht habe ;-)

Gruß, Mario

Autor: Thomas B. (thomasb)
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Ja, das mit der Philosophie kann ich verstehn. So geht es mir auch beim 
Thema EMV, mit dem ich mich schon einige Zeit beschäftige. Wenn man in 
diesem Bereich mal einiges gelesen hat - Bücher, Papers usw. - und 
verschiedene Sichtweisen und Begründungen kennt, kommt mir schon 
manchmal der Begriff "Voodoo" in den Sinn ;)

Ich hoffe halt mal, dass mein Layout prinzipiell funktioniert. 
Verbessern und optimieren kann ich es dann immer noch.
Interessieren würden mich Antworten auf meine Fragen aber trotzdem; rein 
um zu verstehen wieso die das bei dem Layout so gemacht haben.

Autor: Jens B. (daisho)
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Was die Antenne angeht,hat sich bei meiner Arbeit die oben gezeigte 
TriCome-Antenne (TCA10F) sehr gut bewährt.

Gruß
Jens

Autor: Klaus G. (ktg)
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Jens B. wrote:
> Was die Antenne angeht,hat sich bei meiner Arbeit die oben gezeigte
> TriCome-Antenne (TCA10F) sehr gut bewährt.
>
Hallo Jens,
Dein Beitrag ist schon etwas her, aber vielleicht hast Du den Thread 
noch in der Überwachung:
Hast Du bei der Antenne diesen löchrigen Bereich, im Datenblatt mit 
'antenna ground plane' bezeichnet, auch mit der ground plane der Platine 
verlötet? Das Datenblatt läßt mich da im Unklaren.
Da ein solches HF-Design nicht vernünftig auf Lochraster probiert werden 
kann, möchte ich mich vergewissern, bevor ich eine Platine fabrizieren 
lasse.
Ich beabsichtige übrigens, die TCA14A (gleiche Bauform) zusammen mit dem 
CC1101 für den Bereich 868MHz zu verwenden. Das Referenzdesign sieht 
zwar eine Chipantenne von Johanson vor, aber da ist nicht dran zu 
kommen.
Würde mich über eine Antwort freuen.
Gruß, Klaus

Autor: Michael H* (Gast)
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Klaus G. wrote:
> Hast Du bei der Antenne diesen löchrigen Bereich, im Datenblatt mit
> 'antenna ground plane' bezeichnet, auch mit der ground plane der Platine
> verlötet? Das Datenblatt läßt mich da im Unklaren.
nachdem das eine möglichst gute und gleichmäßige verbindung zur masse 
sein soll, musst du hier wirklich dukos zur massefläche setzen.
chipcon/ti hat übrigens auch eine recht ausführliche AN zu pcb-antennen.

> Das Referenzdesign sieht
> zwar eine Chipantenne von Johanson vor, aber da ist nicht dran zu
> kommen.
vielleicht nicht an genau diese, aber bestimmt an eine andre von 
farnell:
http://www.hbe-shop.de/

grüße,
holli

Autor: Klaus G. (ktg)
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Michael H* wrote:
> Klaus G. wrote:
>> Hast Du bei der Antenne diesen löchrigen Bereich, im Datenblatt mit
>> 'antenna ground plane' bezeichnet, auch mit der ground plane der Platine
>> verlötet? Das Datenblatt läßt mich da im Unklaren.
> nachdem das eine möglichst gute und gleichmäßige verbindung zur masse
> sein soll, musst du hier wirklich dukos zur massefläche setzen.
Da war ich mir eben nicht sicher, da keine andere Chip-Antenne ihre 
eigene Ground Plane mitbringt.
> chipcon/ti hat übrigens auch eine recht ausführliche AN zu pcb-antennen.
Ich habe die ANs bzgl. PCB-Antennen gesehen, mich aber für eine 
Chip-Antenne als gutem Kompromiß zwischen PCB- und externer Antenne 
hinsichtlich des Wirkungsgrads entschieden.
>
>> Das Referenzdesign sieht
>> zwar eine Chipantenne von Johanson vor, aber da ist nicht dran zu
>> kommen.
> vielleicht nicht an genau diese, aber bestimmt an eine andre von
> farnell:
> http://www.hbe-shop.de/
Für den 868MHz-Bereich sind die leider dünn gesät. Es gibt bei Farnell 
eine von PHYCOMP, aber die kostet das 3fache. Das Teil von Tricome habe 
ich bei Schuricht bekommen.
Gruß, Klaus

Autor: Arc Net (arc)
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Klaus G. wrote:
>>> Das Referenzdesign sieht
>>> zwar eine Chipantenne von Johanson vor, aber da ist nicht dran zu
>>> kommen.
>> vielleicht nicht an genau diese, aber bestimmt an eine andre von
>> farnell:
>> http://www.hbe-shop.de/
> Für den 868MHz-Bereich sind die leider dünn gesät. Es gibt bei Farnell
> eine von PHYCOMP, aber die kostet das 3fache. Das Teil von Tricome habe
> ich bei Schuricht bekommen.
> Gruß, Klaus

Digi-Key hat da einige, u.a.
Johanson
http://search.digikey.com/scripts/DkSearch/dksus.d...
AF
http://search.digikey.com/scripts/DkSearch/dksus.d...

Autor: Klaus G. (ktg)
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Arc Net wrote:
> Digi-Key hat da einige, u.a.
> Johanson
> http://search.digikey.com/scripts/DkSearch/dksus.d...
> AF
> 
http://search.digikey.com/scripts/DkSearch/dksus.d...

Ja, habe ich gesehen.
Das ist das Kardinalproblem für uns Bastler: Wie kommt man an Teile, die 
bei den "üblichen Verdächtigen" verständlicherweise nicht zu haben sind? 
DigiKey ist sicher eine Option und ich habe dort auch schon mal gekauft, 
aber wegen der immensen Versandkosten (die liefern grundsätzlich ab 
Lager USA, das allerdings unglaublich schnell) lohnt sich das nur, wenn 
man ab 65 EUR (netto) bestellt. Zudem ist der Lieferweg insofern 
unpraktisch, da der Paketdienst die sofort fällige Einfuhrumsatzsteuer 
(auch auf die Versandkosten - selbst wenn man keine bezahlen muß, ist 
das eine zu versteuernde Leistung) nur in bar kassiert, d.h. man sollte 
dafür sorgen, daß jemand mit der Kohle da ist - sonst wird es 
kompliziert.

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