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Forum: HF, Funk und Felder 2.4GHz PCB-Antenne mit Richtwirkung


Autor: Luky S. (luky)
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Hallo!
Für ein Experiment etwas außerhalb meines üblichen Fachgebietes suche 
ich eine Möglichkeit, eine 2.4-2.5GHz Anzenne auf ein FR4 PCB zu ätzen. 
Das ganze soll in einem Versuchsaufbau auf ein Messobjekt strahlen und 
die reflektierte Leistung messen. Da das ganze mechanisch ziemlich 
beansprucht wird (darum gehts beim Versuch) und auch nicht viel Platz 
vorhanden ist, fallen leider die üblichen Selbstbau - WLAN antennen mit 
ihren Drahtkonstrkten oder gar Dosen weg.
Das nächste Problem ist, das die Antenne eben eine Richtwirkung 
(Sendekegel weg von der Oberfläche, idealerweise sogar etwa 30° geneigt) 
haben soll, da dahinter derselbe Aufbau mit anderen Frequenzen befestigt 
ist und die beiden sich möglichst wenig stören sollen.
Antennengewinn ist ziemlich unwichtig, das Teil sollte nur eine 
Richtwirkung haben und auf eine halbe Europlatine passen.
Hat jemand einen Vorschlag für mich?

Autor: Chris (Gast)
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Kauf dir eine Chip-Antenne,  und schirm einfach die Richtungen ab,
welche du nicht brauchst.

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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Für eine steuerbare Richtwirkung benutzt man Phased-array-Antennen
http://de.wikipedia.org/wiki/Phased_Array_Antenne
also mehrere Dipole die gleichzeitig mit unterschiedlicher 
Zuleitungslänge gespeist werden, das geht auch auf Platinenmaterial

Autor: Werner (Gast)
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Ich habe die Reichweite meines Wlan und einer drahltosen Cam vergrößert 
und gerichtet, indem ich einen Corner-Reflector anbrachte. Der besteht 
aus einem 90 Grad gefaltetem Alublech (30x15cm) mit Standfuß hinten. So 
lange verschieben, bis max Signal am Empfänger auftritt. Mei Wlan-stick 
bekam auch einen verpaßt. Signalstärke etwa 8x größer.
Das funktioniert, obwohl die Antenne nur ein halber Dipol ist.
Info über Corner-reflector: Amateur-Antennen googeln.
Komischerweise sind Parabol-Reflektoren beim Wlan heftigst verboten!
Hoffentlich wird die Todesstrafe nicht wieder eingeführt.
Gruß    Werner

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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Die Antenne soll soweit ich es verstanden habe flach sein, auf 
Platinenmaterial. Mit Googles Hilfe "pcb phased array 2.4GHz" finden 
sich ein paar Powerpoint-Folien und PDFs zum Thema.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Eine der Atmel-Appnotes zum AT86RF230 beschreibt eine PCB-Antenne,
die nominell 6,5 dBi Antennengewinn hat.  Gerber-Dateien sind dafür
auch vorhanden.  Da würde ich mal einen Blick werfen.  Die Antenne
ist aber 100 Ω symmetrisch, braucht man also ggf. noch einen Balun,
aber sowas gibt's ja mittlerweile in 1206 oder 0805.

Autor: Luky S. (luky)
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Die Antenne auf Atmels Demokit habe ich schon gesehen, aber erstens 
braucht die wie gesagt einen zusötzlichen Balun und 2. hat die eine 
Richtwirkung in die falsche Richtung (in der Platinenebene und nicht 90° 
normal dazu)
Antennengewinn ist mir wie gesagt absolut unwichtig, viel wichtiger ist 
eine möglichst geringe Streuung auf die andere Platinenseite.

Autor: Dirk L. (thamare)
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Ich denke es ist das, was Du suchst:
http://de.wikipedia.org/wiki/Patchantenne

Autor: high_speed (Gast)
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> da dahinter derselbe Aufbau mit anderen Frequenzen befestigt
> ist und die beiden sich möglichst wenig stören sollen.

> viel wichtiger ist eine möglichst geringe Streuung auf die andere
> Platinenseite.

Die werden sich gegenseitig beeinflussen, das wird man nicht verhindern
können. Die Richtdiagramme von Antennen gelten nur im Fernfeld.
http://de.wikipedia.org/wiki/Nahfeld_und_Fernfeld_(HF-Feld)

Es müssen alle drei Bedingungen erfüllt sein.

Eine Gruppenantenne wird hier überhaupt nicht helfen, weil dadurch die
elektrische Antennenfläche größer ist. Das bedeutet weiterhin, das die
Fernfeldbedingungen erst in einem größeren Radius von der Antenne gültig
sind.

Man müsste das Verhalten des ganzen Systemes Simulieren, insbesondere 
wie
sich die elektrischen und magnetischen Felder beider Antennen verhalten.
Vom Fernfeld kann man nicht auf das Nahfeld schließen!

MfG
Holger

Autor: high_speed (Gast)
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Die einzigste Möglichkeit, die ich sehe, ist 2 verschiedene
Polarisationsebenen zu verwenden. Auf der Platine werden dazu 2 Lamda/2 
Dipole Geätzt, die gegeneinander um 90° verdreht sind.

Wenn es aber auf gleiche Polarisation ankommt, eine breitbandigere 
Antenne
benutzen, die immer umgeschaltet werden. Um welche beiden Frequenzen 
geht
es überhaupt?

Wie immer, wissen wir überhauptnicht, worum es geht, so kann man auch
nicht viel dazu schreiben.

MfG
Holger

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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Die Vorgaben stehen doch oben: 2,4-2,5 GHz, also etwa 12 cm Wellenlänge, 
ein Lambda/2-Dipol hat in Luft also etwa 6cm, auf FR4 vielleicht nur 
3cm. Auf der gewünschten halben Europakarte (8*10cm) lassen sich also 
mehrere Dipole unterbringen, das Material hat natürlich Verluste. Mit 
etwa 30 Grad Hauptabstrahlwinkel dürfte das Messobjekt nach der 
Zeichnung etwa 10-20cm entfernt sein, das ist tatsächlich noch im 
Nahbereich.

Autor: Luky S. (luky)
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Die Zeichnung ist nicht Maßstäblich. Die tatsächliche Entfernung ist 
Variabel von 0 bis 50cm.
Wie bereits gesagt: Die Antenne muss nicht perfekt sein, sondern nur 
funktionieren.
Ich weiß natürlich, das ich mich im Nahbereich befinde und dort eine 
Simulation sehr schwierig und ungenau ist.
Ich brauche eigentlich "nur" eine auf eine FR4 Ätzbare Platine welche 
nur auf eine Seite hin abstrahlt. Das mit den 30° Abweichung zur 
Normalen war ein schöner Traum der die Messung verbessern würde, ist 
aber (momentan) absolut nicht notwendig.

Autor: high_speed (Gast)
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> Die Vorgaben stehen doch oben

Für das 2 Messsystem hat er aber keine Angaben gemacht.
Was soll damit überhaupt gemessen werden?

> Ich brauche eigentlich "nur" eine auf eine FR4 Ätzbare Platine welche
> nur auf eine Seite hin abstrahlt.

Mit einer Metallfläche unter der Antenne wird man sich nur Probleme 
machen.
Ansonsten sehe ich dafür keine Lösung

MfG
Holger

Autor: Luky S. (luky)
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Im Prinzip geht es darum, auf einer Seite einer Platte ein definiertes 
Feld zu erzeugen. Es muss nicht absolut gleichmäßig sein, es sollten 
aber nicht allzu große Feldunterschiede auftreten.
Auf der anderen Seite sollte eine deutlich gerinere Feldstärke sein.
Die Abmessungen sind im meter - Bereich (1x2m oder auch etwas größer)

Autor: Christian L. (chrissi1980)
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... wenn du genug Platz hast würde ich eine Yagi-Antennenstruktur auf 
die Leiterplatte aufbringen, die hat gute Richtwirkung.

Autor: ... (Gast)
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pcb müste bei 2,4GHz  mindestens 3mm stark sein um halwegs brauchbar zu 
sein.

http://www.rc-cam.com/gp_patch.htm - gehts mit luft

Autor: high_speed (Gast)
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> ... wenn du genug Platz hast würde ich eine Yagi-Antennenstruktur auf
> die Leiterplatte aufbringen, die hat gute Richtwirkung.

Wenn du darüber noch mal nachdenkst, weist Du, das sie um 90° in die
falsche richtung strahlt.

MfG
Holger

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