Forum: HF, Funk und Felder PCB Antenne vs. Chipantenne


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von arash j. (arashjavan)


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Hallo,

es gibt leider nicht viele Berichte und Dokumentationen für die 
Chipantennen, die die man findet sind meist von den Hersteller selbst 
und somit nicht 100% glaubwürdig.

Das die Chipantennen nicht mal annähernd die gleiche Leistung haben wie 
die normale Stabantennen ist mir klar.
Wie sieht es aber die Lage im Vergleich mit PCB-Antennen aus?

Ich habe leider diesbezüglich  nciht viel im Internet und hier im forum 
gefunden ( und JA ich ahbe auch google benutzt und kann behaupten mehr 
70% alle beiträge hier im forum gelesen. Und dazu noch, haltet euch fest 
sogar das Antennenbuch zum Teil gelesen :) ).


Danke voraus für Eure Erfahrungen, Tipps, Links, Meinungen usw....

A.Java

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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a_ javan schrieb:
> Wie sieht es aber die Lage im Vergleich mit PCB-Antennen aus?

Hängt einfach von der Größe ab.  Du kannst auch eine PCB-Antenne
maßlos verkürzen (durch zusätzliche Reaktanzen), du kannst sie aber
auch in der Größenordnung von λ/4 oder λ/2 lassen.

Atmel hat in dieser Appnote hier:

http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc8095.pdf

eine PCB-Antenne dokumentiert, die mit 6,5 dBi (reichlich 4 dBd)
Gewinn angegeben wird.

von arash j. (arashjavan)


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>@Jörg Wunsch

Danke erstmal für deineAntwort, den link habe ich auch gestern gefunden.

Ich sprech von einer  λ/4-Antenne (PCB o. Chipantenne).
und um genauer zu sein brauch ich eine von den beiden Antennen für eine 
868 Mhz RF-Modul. Die Chipantenne habe ich mri schon besorgt, jedoch 
wollte ich trotzdem wissen wie der Vergleich zw. Chip und PCB-Antenne 
ist?

es sollte am besten ein rundstrahler sein.(zumindest nährungsweise 0dB)
als Chipantenne hab ich die antenne oben im anhang.

Ich habe in einem Beitrag geshen, dass du auch schon erfahrungen mit
Chipantenne gemacht hast. was ist deine meinung dazu?

von arash j. (arashjavan)


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oh, hier nochmal die pdf-datei .

von Ulf Knoblich (Gast)


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Hallo,

die App-Notes von TI sind hier auch ganz interessant:

http://www.ti.com/lit/an/swra161b/swra161b.pdf
http://www.ti.com/lit/an/swra161b/swra161b.pdf

Hier werden z.B. PCB-Antennen mit Chip-Antenne verglichen.

Gruß

Ulf

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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a_ javan schrieb:
> was ist deine meinung dazu?

Je kleiner, um so mehr buh.

Die hier sieht zumindest nach Datenblatt erstmal OK aus.  Halt' dich
unbedingt an die Layoutvorgaben.

von Harald N. (harald_)


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Atmel hat in dieser Appnote hier:
http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/...
eine PCB-Antenne dokumentiert, die mit 6,5 dBi (reichlich 4 dBd)
Gewinn angegeben wird.

1. Erst mal ein Wort zur 2400 MHz Antenne von ATMEL
Tolles Design. Da ist ein Balun für 2400 MHz drin. Das macht die Antenne 
unabhängig von der Groundplane. Da man die Physik nicht bemogeln kann 
wird die gleiche Antenne für 868 um ein vielfaches grösser.

2. Je kleiner, umso mehr buh.
Kann ich nicht bestätigen. Ich habe GPS Chip Antennen im Gebrauch. Die 
neue ist kleiner und hat einen höheren Antennengewinn. Wenn man die 
Fertigungsprozesse im Griff hat kann man ein höheres Epsilon R 
einsetzen.

3. Bauraum, Epsilon R des Gehäuses, Größe der Platine = Groundplane
Das sind meine Fragen bei jedem Design - egal welches Band.

Es gibt schicke Chip-Antennen welche mit etwas Kupfer auf FR4 angepasst 
werden. Loop-Antennen sind sehr kritisch in dar Anpassung. Die Änderung 
des Epsilon R des FR4 ändert dann auch deine Antenne.

Es gibt ein paar Menschen die HF-Technik und Antennen studieren und sich 
dann obendrein auch noch darauf fokussieren. ;-)

Gruß aus dem Norden
Harald

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Harald Naumann schrieb:
>> Atmel hat in dieser Appnote hier:

Könntest du mal bitte so zitieren, dass man die Zitate auch erkennt?

Du bist angemeldet, da musst du doch nur auf "Antwort mit Zitat"
klicken.

> 1. Erst mal ein Wort zur 2400 MHz Antenne von ATMEL
> Tolles Design. Da ist ein Balun für 2400 MHz drin.

Nein, es ist eine symmetrische Antenne, und der Transceiver hat
einen symmetrischen HF-Anschluss.  Einen Balun braucht man bei
diesem Transceiver nur, wenn man eine unsymmetrische Antenne
anschließen will.

> Das macht die Antenne
> unabhängig von der Groundplane. Da man die Physik nicht bemogeln kann
> wird die gleiche Antenne für 868 um ein vielfaches grösser.

Zustimmung zu beiden.

>> 2. Je kleiner, umso mehr buh.
> Kann ich nicht bestätigen. Ich habe GPS Chip Antennen im Gebrauch. Die
> neue ist kleiner und hat einen höheren Antennengewinn.

Trotzdem jedoch weniger als eine vergleichbare Antenne in voller
Geometrie (also λ/4 oder λ/2).

Das bedeutet doch lediglich, dass die größere in diesem Falle
(relativ gesehen) noch viel schlechter als die kleinere ist.

> Wenn man die
> Fertigungsprozesse im Griff hat kann man ein höheres Epsilon R
> einsetzen.

Eine verkleinerte/verkürzte Antenne hat aber einen geringeren
Felddurchsatz, daher ist sie zwangsläufig schlechter.  Das epsilon_R
hilft doch nur, trotz der Verkürzung zumindest wieder eine Anpassung
zu erzielen, also nicht noch zusätzliche Anpassungsverluste
einzufahren.

von Harald N. (harald_)


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>Nein, es ist eine symmetrische Antenne, und der Transceiver hat
>einen symmetrischen HF-Anschluss.
Schau bitte mal ins Datenblatt von ATMEL. Dort ist ein schicker Balun in 
SMT.

Ich habe hier einen großen Bauchladen mit Bluetooth 2.1, Bluetooth Low 
Energy, WIFI, ZigBee, 6LowPAN, ANT+ und ISM 2400 MHz ...
Alles als Modul und auch auf IC und alles hat nun mal einen 
unsymmetrischen 50 Ohm Ausgang. Das ist auch gut so, weil die meisten 
Antennen ob nun Chip, Helical oder auch Platinenantennen auf dem Prinzip 
des Monopoles arbeiten. Das Design von ATMEL ist ein Dipol.
Der Dipol hat einen höheren Gewinn. Davon muss man aber die Verluste im 
Balun abziehen. Obendrein muss man auch noch den Platz für einen Dipol 
haben und evt. auch noch genügend Abstand zur Groundplane. Ansonsten 
verstimmt die Groundplane den Dipole. Da die meisten hier wahrscheinlich 
keine Simulationssoftware für Antennen haben oder diese evt. nicht 
bedienen können sind diese User mit einer Chipantenne plus 
Referenzdesign gut bedient.

> Das bedeutet doch lediglich, dass die größere in diesem Falle
>(relativ gesehen) noch viel schlechter als die kleinere ist.
Eben nicht. Die kleinere ist obendrein besser. Kleinere Bauform und 
trotzdem höherer Antennengewinn. Das liegt aber am besseren Material.

>Eine verkleinerte/verkürzte Antenne hat aber einen geringeren
>Felddurchsatz, daher ist sie zwangsläufig schlechter.  Das epsilon_R
>hilft doch nur, trotz der Verkürzung zumindest wieder eine Anpassung
>zu erzielen, also nicht noch zusätzliche Anpassungsverluste
>einzufahren.
Bei GPS sind wir bei 1575 MHz und das auch noch schmalbandig. Die neue 
Antenne hat einen höheren Gewinn und braucht nicht mehr Bauraum.

Meine Fragen an jeden Kunden:
- Was ist die Applikation?
- Wie groß ist das Gehäuse bzw. Groundplane?
- Wie viele Geräte sollen gebaut werden?
Wenn ich darf, dann baue ich das Gerät um die Antenne. Das ist am 
günstigsten und spart eine Entwicklung  einer kundenspezifischen 
Antenne. Wenn es sein muss, dann wird eben eine entwickelt. Ich sammele 
Designs für integrierte GSM-Antennen, wie andere Briefmarken. 
GSM-Antennen müssen breitbandig sein. Das ist viel schwieriger.

Für 2400 MHz habe ich diverse Ausarbeitungen von den Herstellern. Ohne 
zu wissen wie und wo die Antenne montiert wird, kann niemand pauschal 
sagen welche Antenne nun die bessere ist. Die von ATMEL ist toll, wenn 
man weiß damit umzugehen. Ansonsten rate ich lieber zur CHIP Antenne mit 
Referenzdesign und wenn Platz da ist zu einer IFA auf Platine und wenn 
noch mehr Platz da ist einfach zu einem Stück Draht. Einer muss aber die 
Anpassung zwischen Antenne und Generator machen. Das optimierte 
Matchingcircuit entscheidet am Ende über das Ergebnis. Dazu benötigt man 
einen Netzwerkanalyser und auch jemanden, der den besdienen kann.

> um genauer zu sein brauch ich eine von den beiden Antennen für eine
>868 Mhz RF-Modul.
Das Design von ATMEL ist für 2400 MHz. Der Balun wohl auch. Ich habe mir 
nicht die Arbeit gemacht den Balun näher anzuschauen. Selbst wenn es 
gehen würde, wird die Antenne fast 3x mal so groß. Das ist dann für die 
meisten Applikationen, welche ich so bearbeite das Ende.
CHIP-Antennen für 868 MHz sind erhältlich. Bei 433 MHz werden es schon 
deutlich weniger. Je tiefer die Frequenz wird, desto mehr teures 
Keramikmaterial wird benötigt. Ab einem bestimmten Punkt ist Keramik 
dann eben unwirtschaftlich.

Gruß aus dem Norden
Harald

von Wolfgang Horn (Gast)


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Hi, Harald,
> Eben nicht. Die kleinere ist obendrein besser. Kleinere Bauform und
> trotzdem höherer Antennengewinn. Das liegt aber am besseren Material.

Dann ist nach der Definition des Antennengewinns zu schauen. Denn die 
These "von zwei gut gemachten Antennen kann die kleinere mehr Energie 
zum Empfänger senden" ähnelt einer Variante des Steins der Weisen.

Aus der oben gelinkten TI-Applikation: "Gain is usually referred to an 
isotropic antenna and with the designation dBi. Directivity and Gain are 
angular dependent functions. Referring to Figure 19, Directivity is the 
difference from the Peak EIRP and TRP ["transmitted total power"]; Gain 
is the sum of Efficiency and Directivity, refer to Equation 9. Ohmic 
losses in the antenna element and reflections at the feed point of the 
antenna determine the efficiency."

Besonders interessant ist dieser Satz: "Antenna gain is just a measure 
of the antenna directivity", weil er falsch ist. Antenne gain, seriös 
verstanden, enthält auch alle Verluste.
In der Funkerfassung hat das Werbeschlagwort "Super Gain Antennen" mal 
Aufsehen erregt: "Höchster Antennengewinn bei minimalem Raumbedarf" 
durch eine kunstvolle Verschaltung vieler kleiner Antennen. Das Aufsehen 
endete, als der Pferdefuß erkannbar wurde: Schreckliche Verluste.

"Transmitted total power" dürfte seriöserweise nur die Leistung sein, 
die in Richtung auf den Empfänger abgestrahlt wurde. Zu klären wäre die 
Berücksichtigung der Polarisation.

Das "Leyman-Syndrom": Kunden werden bevorzugt da abgezockt,, wo ihnen 
die Messmöglichkeiten fehlen oder das Verständnis über die 
Zusammenhänge.
In der Antennentechnik habe ich den größten Schmarrn erlebt.
(Ich denke da auch an die Minilautsprecher mit dem Mini-Steckernetzteil, 
aber sagenhaften "600W P.M.O.P".)

Aufklären könnte schon ein Amateurfunker mit einem amateurhaften 
Antennenmessplatz, der auch Differenzmessungen machen kann.
Wer seine Berichte mit nicht mal dem publiziert, der ist schlichtweg 
nicht glaubhafter als seine Quellen.

Ciao
Wolfgang Horn

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Harald Naumann schrieb:
>>Nein, es ist eine symmetrische Antenne, und der Transceiver hat
>>einen symmetrischen HF-Anschluss.
> Schau bitte mal ins Datenblatt von ATMEL. Dort ist ein schicker Balun in
> SMT.

Ja, für einen asymmetrischen Ausgang.  Für die symmetrische
Antenne dagegen ist keiner drin, sondern nur noch ein Filter
zur Reduzierung der Nebenwellenabstrahlung.  Schaltbild für
ein praktisch mit dieser Antenne aufgebautes Board gibt's hier:

http://www.dresden-elektronik.de/shop/media/products/0803363001215699877.2_SCH.pdf

(Ja, da ist ein Balun drauf, aber der geht zur U.FL-Buchse, und
die beiden Koppelkondensatoren dahin sind "NC", also nicht
bestückt.  Die U.FL-Buchse ist eine Umlöt-Option.)

> Ich habe hier einen großen Bauchladen mit Bluetooth 2.1, Bluetooth Low
> Energy, WIFI, ZigBee, 6LowPAN, ANT+ und ISM 2400 MHz ...
> Alles als Modul und auch auf IC und alles hat nun mal einen
> unsymmetrischen 50 Ohm Ausgang.

Alle IEEE-802.15.4-Transceiver von Atmel haben einen symmetrischen
HF-Ein-/Ausgang, genauso wie der CC2400 von Chipcon^H^H^H^H^H^H^HTI
und dessen Nachkommen (bspw. CC2520).  Daher kann man eine
symmetrische Antenne dort ohne Balun (und dessen Verluste) anschließen.

von herbert (Gast)


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Es gäbe da auch noch fractale Miniantennen für diverese Frequenzbereiche 
aber wie diese einzuschätzen sind kann ich nicht sagen.Leider konnte ich 
in old Germany keinen Laden finden der einzelne Exemplare zum testen 
verkauft.
Presseinformationen sind ja recht nett aber was hilt das wenn man das 
gepriesene nicht bekommen kann.

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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herbert schrieb:
> Es gäbe da auch noch fractale Miniantennen für diverese Frequenzbereiche
> aber wie diese einzuschätzen sind kann ich nicht sagen.

Naja, generell kann man feststellen, dass es bei Antennen bislang
noch niemandem gelungen ist, die Physik zu überlisten.  Wenn die
Dinger also klein sind, müssen sie einen anderen Haken haben.

von Harald N. (harald_)


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> Es gäbe da auch noch fractale Miniantennen für diverese Frequenzbereiche
> aber wie diese einzuschätzen sind kann ich nicht sagen.Leider konnte ich
> in old Germany keinen Laden finden der einzelne Exemplare zum Testen
> verkauft.
Faktrale Antennen sind die Königsklasse. Die faktralen Antennen 
unterteilen sich in diverse Typen. Ich habe hier nette Bilder mit 
schönen Daten. Superklein aber eben simuliert in Luft. Geräte ohne 
Gehäuse gibt aber eher selten.

> Wenn die Dinger also klein sind, müssen sie einen anderen Haken haben.
Wo ist der Haken bei der Nano-Technik? Warum kann nun Keramik heute 
genauer herstellen? Wo ist der Haken in der Präzision? Warum ist nun die 
Atom-Uhr genauer als eine mechanische Uhr?

Es gibt nicht die Antenne für alles, sondern nur eine Auswahl aus vielen 
welche der Lösung nahe kommt. Das Optimum ist eine kundenspezifische wie 
in jedem Handy. Schaut einfach mal bei der FCC in USA. Da sind alle 
Geräte mit Bildern zu sehen. :-)

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Harald Naumann schrieb:
> Das Optimum ist eine kundenspezifische wie
> in jedem Handy.

Naja, vielleicht nicht ganz in jedem.  iPhone, da war doch was? :-)

von Harald N. (harald_)


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> Naja, vielleicht nicht ganz in jedem.  iPhone, da war doch was? :-)

Auch dass Innenleben vom IPhone kann man bei der FCC einsehen. Die 
Hersteller geben mal schnell Euro 250.000 nur für die GSM/UMTS Antenne 
aus.

Schau mal hier rein:
http://m2m.com/thread/1751

Zitat Luciano
"There is only 1 Steve Jobs in the world who can transform a real 
antenna issue in a impressive turnaround of sales decline. (even Apple 
still had to provide how treat antenna serious: 
http://www.apple.com/antenna/ )  "

Meine Antwort:
" Steve Jobs and me were not at same University. Maybe Steve just forget 
to contact me ;-)"

Da ist auch ein 868 MHz Design von mir genannt. Siehe Grafik im Upload.
Leider stimmt der Link im alten Blogpost nicht mehr.

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Harald Naumann schrieb:
>> Naja, vielleicht nicht ganz in jedem.  iPhone, da war doch was? :-)
>
> Auch dass Innenleben vom IPhone kann man bei der FCC einsehen.

Die Aussage war aber: "Das Optimum ist …".  Die in irgendeinem Eifon
war ja wohl alles andere als ein Optimum. ;-)

von Wolfgang Horn (Gast)


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Hi, Harald,

> Faktrale Antennen sind die Königsklasse.
Königsklasse der Abzocke!

Schau mal unter "elektrisch verkürzte Antennen". Da findest Du 
Kurzwellen-Antennen, die schon zu Goebbels Zeiten mit Dachkapazitäten, 
Spulen und Schwingkreisen verkürzt wurden. Was alles die Eigenschaften 
verschlechtert gegenüber einer frei aufgespannten Antenne.

Schau mal in das Antennenbuch von Karl Rothammel, mein früherer Kollege 
Alois Krischke hat es sehr gut weiter geführt.
Vielleicht glaubst Du den beiden ja eher.

Die Physik lässt sich micht betrügen. Wohl aber wir Menschen.

Ciao
Wolfgang Horn

von herbert (Gast)


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Jörg Wunsch schrieb:
> Naja, generell kann man feststellen, dass es bei Antennen bislang
> noch niemandem gelungen ist, die Physik zu überlisten.

Das ist richtig ,aber wenn man die Leistungsfähigkeit Anhand der Größe 
sieht dann ist das doch ein kleines Wunder was so eine "Briefmarke" im 
Stande ist zu leisten....gerade  der Physik zum Trotz.

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