Forum: HF, Funk und Felder Warum Keramikantennen


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von F.P. (Gast)


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Kann mir einer kurz und bündig erklären was die Keramik in der 
Keramikantenne macht und warum man nicht etwas anderes (z.B. Plastik) 
verwendet?

von Tobias P. (hubertus)


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Die Keramik verkürzt aufgrund ihrer Dielektrizitätszahl (Permittivität) 
die elektromagnetischen Wellen und damit wird die Antenne kleiner.
Plastik verwendet man deshalb nicht, weil es zu hohe Verluste hat bei 
dieser Frequenz (z.B. PVC, ABS), oder weil es zu teuer ist (Teflon). 
Ausserdem ist es mit Keramik möglich, wesentlich höhere 
Dielektrizitätszahlen zu erzielen, als mit Plastik (Keramik z.B. 10.8, 
Epoxy nur ca. 5). Damit würde eine Plastikantenne entsprechend grösser.

von kurzundbuendig (Gast)


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Gewisse Keramiken haben eine hohe Dielektrizitätskonstante und 
gleichzeitig niedrige Verluste.
->Verkürzt die Antenne und hält annehmbare Effizienz bei.

von F.P. (Gast)


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Danke!

von Ham (Gast)


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Hallo

also mit Ähnlichkeiten zu den Wirkprinzipien bei Keramikkondensatoren.

Würde mich jetzt noch für Details, Vor- und Nachteile, Berechnungen, 
Anwendungen und nicht Anwendungen (wieso weshalb warum ;-) ), 
Leistungsbeschränkungen und was es sonst noch alles gibt in der Theorie 
(aber auf echte Keramikantennen bezogen) und bei real vorliegenden bzw. 
entwickelten und eingesetzten Keramikantennen interessieren.
Wahrscheinlich ist es ähnlich wie bei so vielen von der Grundidee 
simplen Ideen und scheinbar einfachen physikalischen Gegebenheiten - in 
der Praxis gibt es 1001 Fallstricke, Feinheiten, Probleme und 
Überraschungen.

Würde mich über jedes Hirnfutter freuen was man als "echter" Funkamateur 
aber nicht HF Ingenieur hierzu sich zu Gemüte ziehen und wenigsten 
teilweise auch verstehen kann.

73 de Ham

von Tobias P. (hubertus)


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Berechnung erfolgt wie bei normalen PCB Patchantennen. Auch kann man die 
Ecken abschrägen, wie bei der normalen PCB-Antenne auch, um zirkuläre 
Polarisation zu erzielen.

Die Antenne kann nach der Fertigung vollautomatisch abgeglichen werden, 
indem sie mit dem NWA verbunden wird. Ein Lasertrimmer 'sägt' dann 
seitlich kleine Schlitze in die Antenne, um die Mittenfrequenz zu tunen. 
Dazu wird die Antenne auf eine etwas zu tiefe Frequenz dimensioniert, 
sodass man durch wegbrennen von Material mit dem Laser die 
Mittenfrequenz dann anheben kann, um die genaue Freq. zu treffen.

Das Keramiksubstrat muss aufgrund der Streufelder an den Kanten der 
Metallbeschichtung etwas grösser sein als der Patch selbst.

Selber Fertigen solcher Antennen dürfte schwierig sein, da die üblichen 
PCB Hersteller nur 'dünnes' Basismaterial anbieten. Die Güte der 
Patchantenne steigt aber, wenn das Substrat dicker ist. Das dürfte vmtl. 
daran liegen, dass bei grösserer Substratdicke die el. Feldstärke 
kleiner ist, wodurch auch die Verluste sinken dann.

Die el. Feldstärke und die Stromdichte im Leiter geben dann auch gleich 
die physikalischen Obergrenzen für die Leistung vor.

Mehr 'Hirnfutter' gibt es da aber wohl kaum, da das alles im 
Wesentlichen Patchantennen sind, das einzig besondere daran ist das 
Substrat ;-)

Hier

https://hb9fsx.ch/wordpress/index.php/2017/11/26/a-homebrew-gps-antenna/

habe ich die (aktive) Keramikantenne zu einem GPS-Modul zerlegt. Auf dem 
1. Bild kann man rechts und unten am Rand des Patchs die Schlitze sehen, 
welche zum Abgleich herausge'brannt' wurden.

Ansonsten gibts noch ein paar Bücher

Microstrip Patch Antennas, R.B. Waterhouse
Microstrip Antenna Design Handbook, Garg/Bhartia/Bahl/Ittipiboon
Broadband Microstrip Antennas, Kumar/Ray

wo diese Antennen bis ins kleinste Detail analysiert werden.

Die Berechnung ist mässig einfach. Als ersten Wurf nimmt man für die 
Antenne ein Rechteck, dessen Länge ca. Lambda/2 ist. Aufgrund des 
Streufeldes am Rand muss die Fläche 'etwas' kürzer sein. Die Breite 
bestimmt im Wesentlichen dann die Bandbreite.
Für Zirkuläre Polarisation sind die Flächen dann quadratisch, da sich 
bei einer rechteckigen Fläche in die eine Richtung ein etwas stärkeres 
elektrisches Feld ergeben würde, womit die Polarisation dann elliptisch 
wäre.

von Test (Gast)


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Neben dem besseren Verlustfaktor ist die Dielektrizitätskonstante bei 
Keramik auch besser reproduzierbarer und deutlich konstanter über 
Umwelteinflüsse (wie z.B. insb. bei Kunststoffen) über Feuchtigkeit.

von hinz (Gast)


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Ham schrieb:
> Würde mich über jedes Hirnfutter freuen was man als "echter" Funkamateur
> aber nicht HF Ingenieur hierzu sich zu Gemüte ziehen und wenigsten
> teilweise auch verstehen kann.

Besorg dir einfach ein paar für 433MHz, dann kannst du damit spielen.

https://de.aliexpress.com/store/product/Freies-verschiffen-Keramik-antenne-RAINSUN-AN1603-433MHZ-433-Mt-868-916-MHZ-funkmodul-AN1603-433M-AN1603/3106035_32831357808.html

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Ham schrieb:
> Würde mich über jedes Hirnfutter freuen was man als "echter" Funkamateur
> aber nicht HF Ingenieur hierzu sich zu Gemüte ziehen und wenigsten
> teilweise auch verstehen kann.

Willst du sie selbst entwerfen und fertigen?

Das dürfte nicht ganz so einfach werden.

Wenn du sie nur anwenden willst, ist es am sinnvollsten, sich einfach
an die Richtlinien der Hersteller zu halten.  Üblicherweise gibt's da
in den Datenblättern oder Appnotes Muster-Layouts, von denen man nicht
ohne Grund abweichen sollte.

Generell sollte man natürlich bei solchen Antennen stets im Hinterkopf
behalten, dass sie in der Regel (wie andere verkürzte Antennen auch)
lediglich Kompromisse sind aus geringen Abmessungen und gerade noch
tolerierten Abstrichen in der Performance (Gewinn [den man besser
„Verlust“ nennen sollte :)], Abstrahlcharakteristik).

: Bearbeitet durch Moderator
von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Zur Berechnung von Patchantennen hat Gunthard Kraus zwei PDFs:
http://www.gunthard-kraus.de/Tutorial_Sonnet/pdf_Deutsch/Tutorial_Sonnet_d.pdf
http://www.gunthard-kraus.de/FEKO_pdf/FEKO_Tutorial_fertig.pdf
Zwar nicht auf Keramik aber auf Teflon-Platine mit Epsilon-r von 3,38.

: Bearbeitet durch User

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