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Forum: HF, Funk und Felder RFID Rechteckantennen-Kalkulator


Autor: Max G. (l0wside) Benutzerseite
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Bei der Umsetzung einer PCB-Rechteckantenne für den RC522 RFID-Baustein 
habe ich in Ermangelung eines VNA versucht, das Thema analytisch zu 
lösen. Leider sind für einen Nicht-HFler wie mich die verständlichen 
Quellen ziemlich dünn gesät.
Zur Bestimmung der Antennenparameter (R,L,C) gibt es das hier: 
http://rfid-systems.at/03_Loop_Antennas.pdf. Ganz konsistent sind die 
Gleichungen leider nicht, vor allem passen die Beispielergebnisse nicht 
immer zu den Gleichungen. Beispiel: bei der Güte der Beispiele auf Folie 
15 und 16 komme ich auf ganz andere Werte.
Um dann aus den Antennenparametern das Anpassnetzwerk zu stricken, gibt 
es das Kochrezept von Philips bzw. NXP: 
https://www.nxp.com/docs/en/application-note/AN077925.pdf. Ist auch 
nicht fehlerfrei, der letzte Term im Nenner der Gleichung für C2 hat ein 
Quadrat zu viel.

Ich habe beides zusammen (und auch noch zur Plausibilisierung den 
Rechner von 
https://www.medo64.com/2014/11/rectangular-nfc-ant..., der 
leider wie die meisten nur L ausspuckt) in ein Excel-Sheet gepackt, 
siehe Anhang. Die sich ergebenden Werte sind gefühlt einigermaßen 
plausibel - allerdings, wie gesagt, nur gefühlt: die Test-LP ist noch in 
der Fertigung, und ich bin kein HFler.

Für die meisten von mir ausgetesteten Wertekombinationen wird der 
Längswiderstand (zur Korrektur der Güte) übrigens negativ. In der 
weiteren Berechnung wird das dann zu Null gesetzt, in der praktischen 
Umsetzung hätte ich einfach 0R reingelötet. Nur bei ziemlich kleinen 
Güten wird er verhalten positiv. YMMV.

Kritik und Verbesserungsvorschläge ausdrücklich willkommen.

Autor: Robert M. (r0bm)
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Max G. schrieb:
> Zur Bestimmung der Antennenparameter (R,L,C) gibt es das hier:
> http://rfid-systems.at/03_Loop_Antennas.pdf. Ganz konsistent sind die
> Gleichungen leider nicht, vor allem passen die Beispielergebnisse nicht
> immer zu den Gleichungen. Beispiel: bei der Güte der Beispiele auf Folie
> 15 und 16 komme ich auf ganz andere Werte.

Ich habe mal nur den DC Widerstand der 2 Beispiele berechnet und komme 
auf 2,16 Ohm für die große Spule mit 6Wdg. bzw. 0,515 Ohm für die 
kleinere Spule mit 4Wdg. Das ist doch recht nahe an den angegebenen (und 
wohl gemessenen) Werten. Um es etwas zu vereinfachen habe ich 
ausschließlich den Gleichstromwiderstand berücksichtigt und komme auf 
plausible Werte für den Parallelwiderstand Ra und dem Gütefaktor Q des 
RLC-Netzwerkes.

In der Excel-Datei steht bei der Antenne eine Güte von fast 3000, was 
natürlich nicht sein kann. Ergänze vielleicht dazu auch noch den 
gesamten Verlustwiderstand Rserial der Spule und den Parallelwiderstand 
Ra des RLC-Parallelschwingkreises. Für die Güte ist zuerst die 
Induktivität mit einem passenden C auf Resonanz bei 13,56MHz zu bringen, 
erst danach läßt sich die Güte Q der gesamten Anordnung bestimmen.

> Ich habe beides zusammen (und auch noch zur Plausibilisierung den
> Rechner von
> https://www.medo64.com/2014/11/rectangular-nfc-ant..., der
> leider wie die meisten nur L ausspuckt) in ein Excel-Sheet gepackt,
> siehe Anhang. Die sich ergebenden Werte sind gefühlt einigermaßen
> plausibel

Der Rechner spuckt bei mir 4,86µH respektive 1,61µH aus. Verglichen mit 
den gemessenen Werten aus den zwei Bsp. ist das durchaus akzeptabel.

Autor: Nils (Gast)
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Mit diesem Match-Networks und Antennenpassung habe ich den Großteil des 
letzten Jahres verbracht.

Wo soll es denn hingehen? Soll es einfach nur brauchbar funktionieren 
oder musst Du in Sachen Feldstärke und Empfang an die Grenzen gehen?

Mit den Spreadsheets habe ich anfangs auch gearbeitet. Die sind nur 
hilfreich um eine grobe Einschätzung der Kapazitäten zu bekommen. Danach 
wirst Du an einem VNA leider nicht vorbeikommen.

Der günstige MiniVNA von mini Radio Solutions ist für diesen Job völlig 
ausreichend.

Achja: Die Lage der Antenne im Gerät sollte feststehen bevor Du mit dem 
Matchen überhaupt anfängst. Vermutlich befindet sich ein PCB oder 
anderes Metall in der Nähe der Antenne. Das alleine schon hat starken 
Einfluss auf die Induktivität.

Autor: Max G. (l0wside) Benutzerseite
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Dass die Güte mit 3000 Unfug ist, habe ich mir schon gedacht. Allerdings 
hat (jedenfalls bei meiner Antenne) jede Güte von oberhalb ca. 200 
sowieso keinen wirklichen Einfluss auf die Ergebnisse, insofern ist es 
mir erst mal egal.

Das Ganze ist eine PCB-Antenne, die in ein Holzgehäuse kommt und 
eigentlich nur Karten, die direkt drauf liegen, erkennen soll. 
Vermutlich habe ich es völlig übertrieben und hätte einfach die Werte 
des altbekannten RC522-Demoboards nehmen sollen.

Einen VNA anzuschaffen, wäre denkbar, aber ich wollte da eigentlich 
nicht tiefer einsteigen. Hier langweilt sich schon ein Spectrum Analyzer 
zu Tode. Vielleicht mache ich mal ein kommerzielles Produkt mit RFID, 
dann kommt so was her. Bis dahin haltet mir mal die Daumen gedrückt, 
dass das jetzige RFID-Projekt nachher läuft - wird hoffentlich auf 
Weihnachten fertig.

Autor: Robert M. (r0bm)
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Max G. schrieb:

> Dass die Güte mit 3000 Unfug ist, habe ich mir schon gedacht. Allerdings
> hat (jedenfalls bei meiner Antenne) jede Güte von oberhalb ca. 200
> sowieso keinen wirklichen Einfluss auf die Ergebnisse, insofern ist es
> mir erst mal egal.

Die angewendete Formel für die Güte Q ist nicht in Ordnung. Da die Spule 
die Güte des ganzen Schwingkreises bestimmt, reicht es nur die Güte der 
Spule (R + L Serienschaltung) alleine zu berechnen.

Mit Sigma ist die Leitfähigkeit (56*10^6 S/m) von Kupfer gemeint, nicht 
der spezifische Widerstand Rho.


> Einen VNA anzuschaffen, wäre denkbar, aber ich wollte da eigentlich
> nicht tiefer einsteigen. Hier langweilt sich schon ein Spectrum Analyzer
> zu Tode.

Sich dafür extra einen VNA anzuschaffen wäre imo etwas übertrieben. Rdc 
der Spule lässt sich messen und Rac daraus ableiten. Die Induktivität 
ließe sich ausreichend genau mit einem billigen LC-Messgerät bestimmen. 
Der Rest wird berechnen.

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