Forum: HF, Funk und Felder Auswirkung einer "gebogenen" Draht Antenne


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von Frager (Gast)


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Hallo,
ich Frage mich gerade, was es für Auswirkungen hat, wenn ich eine 
einfache Drahtantenne (Marconi/Groundplane) im 2,4 GHz Band habe und 
diese nun so verbiege, dass Sie quasi waagerecht über der Platine, auf 
welcher sie sich befindet, "hängt".
Welche physikalischen Auswirkungen hat so ein "Knick" der Antenne 
eigentlich genau?
Ich kann mir vorstellen, dass die Performance wesentlich schlechter sein 
wird, als bei einer vertikalen Ausrichtung der Antenne, aber es sollte 
doch immernoch besser sein als mit einer PCB- oder Chipantenne oder?
Wie sollte man den Draht über der Platine anordnen, um eine möglichst 
kugelförmige Abstrahlung zu erreichen?
Das Ganze soll am Ende in einem Gehäuse verbaut sein, deshalb versuche 
ich eine möglichst kompakte Lösung zu finden.
Ich hoffe ihr könnt mir weiterhelfen.

MfG Gert

von ECL (Gast)


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Frager schrieb:
> aber es sollte doch immernoch besser sein als mit einer PCB- oder
> Chipantenne oder?

Warum sollte das so sein?

von Stefan M. (derwisch)


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Die Anpassung der Antenne geht flöten und die Resonanz auch. Sollte man 
sein lassen.

von Bernhard S. (gmb)


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Auch ich bin für "sein lassen". Wenn du einen 3D-Feldsimulator zur 
Verfügung hast, kannst du schauen welche Auswirkungen deine 
Modifikationen haben. Wenn nicht, dann bleib bei bewährten Konzepten 
oder fertigen Antennen.

von Frager (Gast)


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Stefan M. schrieb:
> Die Anpassung der Antenne geht flöten und die Resonanz auch.
> Sollte man
> sein lassen.

Zitat aus "AN058 - Antenna Selection Guide" von Texas Instruments 
(http://www.ti.com/lit/an/swra161b/swra161b.pdf):
"A standard cable can be used as an antenna if cut to the right length, 
refer to Table 1. The
performance and radiation pattern will change depending on the position 
of the cable. If this
type of antenna is used then it is good practice to keep the first part 
of the cable which is
closest to the feed point into a more controlled position so the 
matching will not be affected
too much when the remaining cable antenna changes positions when touched 
or moved."

So wie ich das verstehe sollte sich die Impedanz, also auch die 
Anpassung, nicht ändern wenn ich das erste Stück vertikal lasse und erst 
später "abknicke".
Und die Resonanz hängt doch nur von der Länge des Drahtes ab oder nicht?

ECL schrieb:
> Warum sollte das so sein?

Naja, ich habe mir gedacht dass die Effizienz von Chip Antennen und PCB 
Antennen ja im Allgemeinen schlechter ist als bei der Draht Antenne. Und 
da ich den Draht ja "nur" in seiner Form ändere, sollte sich doch die 
"Menge" der Abstrahlung nicht sonderlich ändern.

Bernhard S. schrieb:
> Wenn du einen 3D-Feldsimulator zur
> Verfügung hast, kannst du schauen welche Auswirkungen deine
> Modifikationen haben. Wenn nicht, dann bleib bei bewährten Konzepten
> oder fertigen Antennen.

Habe ich leider nicht, gibt es so etwas auch als freie Software?

von Bernhard S. (gmb)


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Frager schrieb:
> So wie ich das verstehe sollte sich die Impedanz, also auch die
> Anpassung, nicht ändern wenn ich das erste Stück vertikal lasse und erst
> später "abknicke".

Die Impedanz wird sich bestimmt ändern - wie viel und ob es eine 
entscheidende Rolle spielt hängt von der Position des "Knicks" ab. Das 
wird dir hier keiner vorhersagen können.

> Und die Resonanz hängt doch nur von der Länge des Drahtes ab oder nicht?

Auch die Resonanzfrequenz wird sich ändern, zumindest etwas.

> Und da ich den Draht ja "nur" in seiner Form ändere, sollte sich doch die
> "Menge" der Abstrahlung nicht sonderlich ändern.

Wenn das Matching halbwegs brauchbar bleibt, dann bleibt auch die 
"Menge" der Abstrahlung gleich, aber das Strahlungsdiagramm ändert sich. 
Ich glaube, in Richtung der Abknickung.

> Habe ich leider nicht, gibt es so etwas auch als freie Software?

Kenne ich keine. Ich bleibe dabei, bei dem Kenntnisstand und Fehlen von 
Software rate ich, Basteleien sein zu lassen.

von Possetitjel (Gast)


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Frager schrieb:

> So wie ich das verstehe sollte sich die Impedanz, also
> auch die Anpassung, nicht ändern wenn ich das erste
> Stück vertikal lasse und erst später "abknicke".

Nein, "nicht ändern" stimmt nicht.


> Und die Resonanz hängt doch nur von der Länge des
> Drahtes ab oder nicht?

Nein, keineswegs.

Schließlich gibt es ja verkürzte Antennen, z.b. mit
Dachkapazität oder mit Verlängerungsspule in der
Nähe des Strombauches.
Letztlich haben alle Veränderungen der Induktivität
und der Kapazität der Antenne Auswirkungen auf die
Resonanz -- nur nicht alle gleich stark.

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Frager schrieb:
>> Wenn du einen 3D-Feldsimulator zur Verfügung hast, kannst du schauen
>> welche Auswirkungen deine
>> Modifikationen haben. Wenn nicht, dann bleib bei bewährten Konzepten
>> oder fertigen Antennen.
>
> Habe ich leider nicht, gibt es so etwas auch als freie Software?

Ja, klar.  NEC2 und seine Derivate.

https://de.wikipedia.org/wiki/Numerical_Electromagnetics_Code

Braucht aber schon ein gutes Stück Einarbeitung, bevor man damit zu
Ergebnissen kommt, die der Wirklichkeit zumindest einigermaßen nahe
kommen.

(Der deutsche Wikipedia-Artikel ist recht kurz, der englische ist sehr
viel ausführlicher.)

: Bearbeitet durch Moderator
von Test (Gast)


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Frager schrieb:
> Und die Resonanz hängt doch nur von der Länge des Drahtes ab oder nicht?

Nein. Durch Kapazitäten und Induktivitäten (auch parasitäre durch Hand, 
Gehäuse o.Ä.) wird die Antenne elektronisch verkürzt oder verlängert. 
Darum Messungen in jedem Fall im Gehäuse machen. Zusätzlich beeinflusst 
alles was im Nahfeld der Antenne ist und zieht die Resonanzfrequenz nach 
unten. Anbei mal ein Link https://youtu.be/6cd5JcPKi14?t=38m32s 
(zugegeben von einer Patchantenne) wo man eindrucksvoll sehen kann wie 
eine Hand (könnte auch ein Gehäuse sein) eine (sehr) gute Anpassung von 
ca. -15dB (VSWR ca 1:1,5) zu einer unbrauchbaren Katastrophe von -4dB 
(VSWR 1:4,5) degradiert.

Frager schrieb:
> ECL schrieb:
>> Warum sollte das so sein?
>
> Naja, ich habe mir gedacht dass die Effizienz von Chip Antennen und PCB
> Antennen ja im Allgemeinen schlechter ist als bei der Draht Antenne.

Hier muss man ein bisschen vorsichtig sein. Die Antennen-Effizienz wird 
bei perfekter Anpassung gemessen. Mit einer perfekten Anpassung (tolles 
S11, VSWR 1:1,0x) erreichst du nur, dass aus dem Senderausgang die 
maximale Leistung zur Antenne transferiert wird (und nicht wieder zurück 
in den Sender refelektiert wird). Was die Antenne mit der ihr zur 
Verfügung gestellten Leistung macht, das besagt die Antenneneffizienz. 
Theoretisch könnte eine Antenne perfekt angepasst sein (man kann fast 
alles an alles anpassen) und trotzdem strahlt die Antenne nichts 
brauchbares im gewünschten Frequenzband ab. Wichtig ist also eine gute 
Effizienz UND eine gute Anpassung. Es kann also sein, dass du lieber 
eine Antenne mit geringerer Effizienz wählst weil du mit dem 
(ineffizienteren) Antennenaufbau einen zuverlässigeren Aufbau und damit 
zuverlässige Anpassung erreichen kannst.

Frager schrieb:
> Und
> da ich den Draht ja "nur" in seiner Form ändere, sollte sich doch die
> "Menge" der Abstrahlung nicht sonderlich ändern.

Du meinst die abgestrahlte Leistung? Das Nutzbare kann sich natürlich 
gewaltig ändern. Eine Yagi-Antenne ist im Endeffekt auch nur eine andere 
Form von Draht (ein bisschen stabiler), hat aber völlig andere 
Abstrahlmechanismen und dementsprechend völlig andere Eigenschaften. 
Konkret wirst du das nur mit einer Simulation herausfinden.

Frager schrieb:
> Bernhard S. schrieb:
>> Wenn du einen 3D-Feldsimulator zur
>> Verfügung hast, kannst du schauen welche Auswirkungen deine
>> Modifikationen haben. Wenn nicht, dann bleib bei bewährten Konzepten
>> oder fertigen Antennen.
>
> Habe ich leider nicht, gibt es so etwas auch als freie Software?

OpenEMS wäre ein Beispiel. Aber sei gewarnt. Bei HF-Simulation muss man 
wissen was man tut. Bunte Bildchen erzeugen ist das eine, daraus 
brauchbare Resultate erzugen das andere. Lass das eine Firma machen die 
sich mit Antennen auskennt oder kauf fertige Antennen (Chip-Antennen, 
Stabantennen) oder bau 1:1 das Zeug aus den AppNotes nach. Nicht umsonst 
machen das die allermeisten Anwender so. Chip-Antennen sind nicht teuer 
und um die Anpassung muss man sich nicht mehr so viele Gedanken machen. 
Sonst riskierst du halt, dass du mehrere Revisionen machen musst.

Frager schrieb:
> So wie ich das verstehe sollte sich die Impedanz, also auch die
> Anpassung, nicht ändern wenn ich das erste Stück vertikal lasse und erst
> später "abknicke".

Die Einfluss am Antennenfußpunkt ist größer als weiter draußen. Übel ist 
es trotzdem.

von Frager (Gast)


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Vielen Dank für die umfangreichen Antworten. So langsam sehe ich ein, 
dass es wahrscheinlich mehr Sinn macht, eine Chip Antenne zu verwenden, 
die ich dann vernünftig anpassen kann und mir keine Sorgen machen muss, 
dass diese sich ändert. Auch wenn diese eine geringere Effizienz hat.
Mir war nicht so wirklich klar, dass sich die Anpassung so stark ändert, 
wenn der Draht verformt wird.

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Frager schrieb:
> eine Chip Antenne zu verwenden, die ich dann vernünftig anpassen kann
> und mir keine Sorgen machen muss, dass diese sich ändert.

Das ist genau der Sinn, den diese Dinger haben.

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