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Forum: HF, Funk und Felder GNSS & Alugehäuse


Autor: Johnny S. (sgt_johnny)
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Hallo Zusammen,


Ich möchte ein GNSS Empfänger (Ublox M8) in einem Alugehäuse 
("Stangenmaterial) verbauen. Die kleinste Wandstärke ist 2mm. Da das 
Aluminium sicherlich den Empfang dämpfen wird frage ich mich welcher 
Antennen-Typ der richtige ist.

Es gibt ja diese kleinen Chip Antennen oder diese grösseren 
Keramikwürfeln.

Das Ziel des Moduls ist es eine Position zu loggen, diese sollte auf ca. 
5m Radius genau sein.


Was für eine Antenne empfehlt Ihr?

: Verschoben durch Moderator
Autor: Michael B. (laberkopp)
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Johnny S. schrieb:
> Was für eine Antenne empfehlt Ihr?

Eine aussen angebrachte.

Autor: Johnny S. (sgt_johnny)
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Michael B. schrieb:
> Johnny S. schrieb:
>> Was für eine Antenne empfehlt Ihr?
>
> Eine aussen angebrachte.

Das möchte ich nur ungern machen. Eine Notlösung wäre unter der 
Frontfolie ein Stück Alu abzufräsen und ein Stück Kunsstoff einzukleben, 
so dass die Antenne direkt am Kunststoff hinter der Frontfolie sitzt. 
Hälst du das für eine sinnvolle Idee?

Autor: Jim M. (turboj)
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Johnny S. schrieb:
> Hälst du das für eine sinnvolle Idee?

Nein. Bei GPS bräuchte man einen großen Einfallswinkel um möglichst 
viele SV gleichzeitig sehen zu können.

Ausfräsungen hätten je nach Größe darüber hinaus "interessante" 
Auswirkungen auf HF.

Autor: Forist (Gast)
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Johnny S. schrieb:
> Was für eine Antenne empfehlt Ihr?

Was fragst du da im Mikrocontroller Forum.
Versuchs doch mal bei HF.

Autor: Marc Horby (Gast)
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Johnny S. schrieb:
> Eine Notlösung wäre unter der
> Frontfolie ein Stück Alu abzufräsen und ein Stück Kunsstoff einzukleben,

Das wäre keine Notlösung sondern erforderlich!

Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
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Aktivantenne aussen ans Gehäuse kleben.
https://www.pollin.de/p/aktive-gps-antenne-dam-1575a4-723234

Autor: c-hater (Gast)
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Johnny S. schrieb:
> Michael B. schrieb:
>> Johnny S. schrieb:
>>> Was für eine Antenne empfehlt Ihr?
>>
>> Eine aussen angebrachte.
>
> Das möchte ich nur ungern machen.

Ja, Scheisse, wenn die Physik sich so den eigenen Wünschen widersetzt. 
Gott hätte das Universum wirklich passender für dich konstruieren 
müssen, nicht wahr? Das ist ja das mindeste, was solche Typen wie du von 
der Schöpfung verlangen, ohne die Tragweite des Wunsches auch nur 
ansatzweise zu überblicken.

Er würde nämlich u.a. unmittelbar dazu führen, dass dein Empfänger nicht 
mehr funktionieren kann. Denn der funktioniert nur mit derselben Physik 
wie die Antenne, ändert Gott die extra geeignet für DEINE bevorzugte 
Antennenkonstruktion, wird der Empfänger ganz unmittelbar vollkommen 
nutzlos...

Idioten gibt's, das glaubt man garnicht. Vielleicht sogar ein wichtiges 
Mitglied im Designteam von z.B. Apple. Die hatten ja auch schonmal so 
ein lästiges Physikproblem, weil ihnen das Design wichtiger schien als 
die Funktion...

Wenn du nicht zu diesem Team gehörst: lerne daraus!

Autor: Name H. (hacky)
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Alternativ gibt es auch GPS chips fuer externe Antennen, die haben dann 
eine SMA, oder UFL Buchse fuer ein kurzes Koax, Damit kann man dann 
durch das Gehaeuse. Ich wuerde ein GPS Modul nur in einem 
Plastikgehaeuse laufen lassen. Wobei Plastikgehauese nicht gleich 
Plastikgehaeuse ist. Es sollte eins sein mit minimaler 
Mikrowellenabsorption, also kein PVC.

Ja, die Mobilfunkhersteller, Samsung und dergleichen haben 
Mikrowellenantennen, fuer Bluetooth, GSM, WiFi, GPS, alle im selben 
Metallgehaeuse. Verbraten aber auch extensive Siumulationen darauf, dass 
es geht, und die Antennnen sich nicht sehen.

Autor: Johnny S. (sgt_johnny)
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Ich melde mich hier nochmal mit genaueren technischen Daten:

Das gehäuse ist ein "Alustrang" wie man es von diversen Herstellern 
kennt, also eine Art 4-kant Rohr mit Schlitzen für eine 
Platinenhalterung.

Die Materialstärke beträgt auf den beiden Oberflächen 1.8mm an den 
Seitenteilen natürlich mehr.

Wenn ich die IP65 Version wähle sind die Abschlusskappen  aus "PC+ABS 
UL94V-0" und  haben eine Stärke von 2mm. Masse anbei.


Ist es nun möglich eine keramische Antenne (10x10x4mm) hinter der 
Abschlusskappe zu setzen und damit brauchbaren Positionsempfang (+-10M) 
zu erhalten?

Als antenne hätte ich mir diese vorgestellt:

http://www.taoglas.com/wp-content/uploads/2015/04/AP.10H.01.pdf

In kombination mit dem NEO-8 Modul von U-blox

Autor: Name H. (hacky)
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Unter anderem auch eine Frage der Ausrichtung. Die Antenne sollte nach 
oben orientiert sein.

Autor: Marc Horby (Gast)
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Johnny S. schrieb:
> Ich melde mich hier nochmal mit genaueren technischen Daten:

Wieso Screenshot und nicht der CAD-File?

Autor: Jens G. (jensig)
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@Marc Horby (Gast)

>Wieso Screenshot und nicht der CAD-File?

Weil sich kaum jemand nur zum Angucken der CAD-Files das entsprechende 
Programm installieren will.

@TO

>Ich möchte ein GNSS Empfänger (Ublox M8) in einem Alugehäuse
>("Stangenmaterial) verbauen. Die kleinste Wandstärke ist 2mm. Da das
>Aluminium sicherlich den Empfang dämpfen wird frage ich mich welcher
>Antennen-Typ der richtige ist.

Wie kommst Du darauf, daß man hinter irgendwelchem leitfähigen Material 
noch irgendwas sinnvolles empfangen kann? Oder bist Du von einem anderen 
Stern mit anderen physikalischen Gesetzen?

Autor: Marc Horby (Gast)
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Jens G. schrieb:
> Weil sich kaum jemand nur zum Angucken der CAD-Files das entsprechende
> Programm installieren will.

Ich habe es aber. Er kann doch beides machen!

Autor: Rest (Gast)
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Jens G. schrieb:
> Wie kommst Du darauf, daß man hinter irgendwelchem leitfähigen Material
> noch irgendwas sinnvolles empfangen kann? Oder bist Du von einem anderen
> Stern mit anderen physikalischen Gesetzen?

Johnny S. schrieb:
> Wenn ich die IP65 Version wähle sind die Abschlusskappen  aus "PC+ABS
> UL94V-0" und  haben eine Stärke von 2mm. Masse anbei.

ABS ist denke ich ein gangbarer Weg. Der tan-delta liegt irgendwo 
zwischen 0.005 und 0.01 also vergleichbar mit FR-4. Da kommt man schon 
durch. Eine keramische Patchantenne (wie du sie herausgesucht hast) hat 
keine sonderlich starke Richtwirkung. Außerdem schielt sie ein wenig 
nach oben (wenn man die Antenne richtig rum setzt). Auf jeden Fall 
wichtig ist, dass die Antenne eine solide Massefläche sieht. Die Angaben 
im Datenblatt sind meistens mit sehr sehr großen Masseflächen gemessen. 
Unter Umständen ist es sinnvoll unterhalb der Antenne gleich nochmal 
eine Metallfläche zu Platzieren:
###################################################
-    |
-    |
- ***|+++++++++++++++++++++++++++++++++++
- ***|     PCB
- ***|++++++++++++++++++++++++++++++++++
-    |
-    |
####################################################
A  A M
B  n e 
S  t t
   e a
K  n l
a  n l
p  e p
p    l 
e    atte

Autor: Rest (Gast)
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Marc Horby schrieb:
> Jens G. schrieb:
>> Weil sich kaum jemand nur zum Angucken der CAD-Files das entsprechende
>> Programm installieren will.
>
> Ich habe es aber. Er kann doch beides machen!

Kannst du dir beim Hersteller runterladen. Tut hier nichts zur Sache und 
bringt das Thema nichts weiter. Lass es sein.

Autor: Johnny S. (sgt_johnny)
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Rest schrieb:
> Die Angaben
> im Datenblatt sind meistens mit sehr sehr großen Masseflächen gemessen.
> Unter Umständen ist es sinnvoll unterhalb der Antenne gleich nochmal
> eine Metallfläche zu Platzieren:

Ist mit Massefläche der GND der Platine gemeint? Wenn ja dann ist die 
Massefläche bei mir ca 96x55m (innenlage einer 4layer)

Ist denn die Antenne die Richtige?

Diese: http://cdn.taoglas.com/datasheets/ALA.01.07.0095A.pdf
und
https://www.digikey.com/product-detail/en/pulselarsen-antennas/W3908B0100/1837-1004-ND/7667475

Könnte man mechanisch auch verbauen

Autor: BlaBla (Gast)
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Johnny S. schrieb:
> Ist mit Massefläche der GND der Platine gemeint? Wenn ja dann ist die
> Massefläche bei mir ca 96x55m (innenlage einer 4layer)

Normalerweise ist nicht irgend eine Innenlage gemeint.
Meisten sind es metallische Flächen oder eine durchgehende Außenlage, 
die möglichst kurz an die Masse der Antenne angeschlossen ist.

Probiere es doch einfach mal aus. Nimm dein Telefon, pack es in ein 
Metall gehäuse, GND z.B. von der Kopfhörerbuchse und dann logge deine 
Position während du durch die Straße läust.

Autor: Johnny S. (sgt_johnny)
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BlaBla schrieb:
> Johnny S. schrieb:
>> Ist mit Massefläche der GND der Platine gemeint? Wenn ja dann ist die
>> Massefläche bei mir ca 96x55m (innenlage einer 4layer)
>
> Normalerweise ist nicht irgend eine Innenlage gemeint.
> Meisten sind es metallische Flächen oder eine durchgehende Außenlage,
> die möglichst kurz an die Masse der Antenne angeschlossen ist.

Nunja, bei 4layer ist ja meist L2 und L3 entweder GND oder VCC da ja auf 
Top und Bottom die Bauteile sitzen, also die Innenlage GND ist ja 
komplett ausgefüllt, bis auf die VIA Borhungen

Autor: Rest (Gast)
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Johnny S. schrieb:
> Rest schrieb:
>> Die Angaben
>> im Datenblatt sind meistens mit sehr sehr großen Masseflächen gemessen.
>> Unter Umständen ist es sinnvoll unterhalb der Antenne gleich nochmal
>> eine Metallfläche zu Platzieren:
>
> Ist mit Massefläche der GND der Platine gemeint? Wenn ja dann ist die
> Massefläche bei mir ca 96x55m (innenlage einer 4layer)

Meine Aussage bezog sich auf die Antenne die du weiter oben genannt 
hast. Bei der handelt es sich um eine keramische Patchantenne die im 
90°-Winkel auf die Platine montiert wird. Wenn sie aufgelötet ist, dann 
schaut sie seitlich aus der Platine heraus. Dementsprechend brauchst du 
auch eine Metallfläche unter der Antenne die 90° hat. Siehe Anhang, die 
mit rotem Kreuzchen versehen Fläche sollte noch viel viel größer werden. 
Die solltest du so groß wie möglich machen. Idealer Weise >2*lambda oder 
so. Realistisch: So groß wie die Endkappen des Gehäuses bzw. so dass es 
gerade noch rein geht geht. Die Kupferlagen der Platine sind für diese 
Antenne mMn. nicht sonderlich wirksam da nicht 90° zur Hauptachse.

Johnny S. schrieb:
> Nunja, bei 4layer ist ja meist L2 und L3 entweder GND oder VCC da ja auf
> Top und Bottom die Bauteile sitzen, also die Innenlage GND ist ja
> komplett ausgefüllt, bis auf die VIA Borhungen

In nahezu jeder HF-Schaltung wird Top & Bottom mit GND-Kupfer augefüllt 
und dann kommen Stitching-Vias für möglichst niederohmige zwischen den 
Lagen dazu. Das GND auf Layer 2 (wenn man davon ausgeht dass die 
Microstrips auf Top laufen) ist natürlich wegen dem FR-4 von den 
Cores/Prepregs nicht so toll, da auch deine Antenne diese dielektrischen 
Verluste "sieht" und entsprechend dem Widersterstand (tan_delta <-> ESR) 
degradiert sich die Masse die die Antenne sieht. Darum so viel wie 
möglich Masse auf Top. Aber auch das gilt nur für Antennen die nach oben 
schauen. Die Antenne die du hast schaut zur Seite und benötigt lotrecht 
zur Achse eine Massefläche, also eine parallel zu den Endkappen.

Vergiss nicht den Bias-Tee, das ist eine aktive Antenne!

Autor: Johnny S. (sgt_johnny)
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Rest schrieb:
> Meine Aussage bezog sich auf die Antenne die du weiter oben genannt
> hast. Bei der handelt es sich um eine keramische Patchantenne die im
> 90°-Winkel auf die Platine montiert wird. Wenn sie aufgelötet ist, dann
> schaut sie seitlich aus der Platine heraus. Dementsprechend brauchst du
> auch eine Metallfläche unter der Antenne die 90° hat. Siehe Anhang, die
> mit rotem Kreuzchen versehen Fläche sollte noch viel viel größer werden.
> Die solltest du so groß wie möglich machen. Idealer Weise >2*lambda oder
> so. Realistisch: So groß wie die Endkappen des Gehäuses bzw. so dass es
> gerade noch rein geht geht. Die Kupferlagen der Platine sind für diese
> Antenne mMn. nicht sonderlich wirksam da nicht 90° zur Hauptachse.

Wäre es denn sinnvoller gleich eine kleine eigene "Winkelplatine" zu 
machen und dann auf die Winkelplatine eine normale keramische Antenne zu 
verlöten?

Dann könnte man das Modul gleich noch mit raufpacken und über einen 8-er 
2.54mm Stecker einstecken?

Autor: Uhu U. (uhu)
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c-hater schrieb:
> Idioten gibt's, das glaubt man garnicht.

Wie wahr…

Autor: Bänz (Gast)
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Schlitzantenne und dann mit Epoxid auffüllen.

Autor: Johnny S. (sgt_johnny)
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Was haltet Ihr von der Idee einen ein fertiges Modul auf einem 
rechtwinklig montierten PCB zu verwenden?

https://www.u-blox.com/en/product/cam-m8-series

Autor: Bänz (Gast)
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Autor: Johnny S. (sgt_johnny)
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Ich habe noch ein wenig nach Antennen umgeschaut und habe eine gefunden 
welche zum "Aufkleben" ist. Leider ist der Klebstoff auf der falschen 
Seite, also der Connector wäre auf der Oberseite.

Würde man die Antenne um 180 drehen und 0.3mm vom Gehäuse abtragen sowie 
einen Ausschnitt fürs Kabel machen, könnte man die Antenne mit etwas 
Klebstoff "verkehrtrum" auf das Gehäuse kleben, und dann die 
Folientastatur darüber kleben. Im Datenblatt ist eine Grafik welche die 
Signalstärke anzeigt. Rot ist vermutlich die beste. Wenn ich es im PDF 
so hindreh wie ich es möchte gibt es immernoch einen Bereich nach oben

Würde die funktionieren?

Autor: Gerd E. (robberknight)
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Johnny S. schrieb:
> könnte man die Antenne mit etwas
> Klebstoff "verkehrtrum" auf das Gehäuse kleben, und dann die
> Folientastatur darüber kleben.

Eine Folientastatur enthält normalerweise jede Menge Metall: 
Leiterbahnen, leitfähige Schichten um den Kontakt herzustellen, 
eindrückbare Metalldome.

Das stört alles den Funkempfang.

Autor: HyperMario (Gast)
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Johnny S. schrieb:
> Ist es nun möglich eine keramische Antenne (10x10x4mm) hinter der
> Abschlusskappe zu setzen und damit brauchbaren Positionsempfang (+-10M)
> zu erhalten?

Klar kannst du das machen, aber es macht wenig Sinn. Du schirmst über 
dein Gehäuse einen Großteil der Satelliten ab.

Wenn es dann noch ungünstig steht kommt gar nichts mehr an.
Du brauchst min. 2 Antennen (an jeder Kappe eine) und den entsprechenden 
Empfänger um überhaupt etwas zu empfangen.

Wenn es möglich ist das Prinzip Alugehäuse zu ändern würde ich das 
machen. Sonst evtl. das Projekt so lange vertagen bis die technische 
Entwicklung so weit ist das die Signale durch Metall gehen. Aber es wird 
wohl noch etwas dauern bis GPS - Hyperraum tunneling im Konsumerbereich 
erschwinglich wird ;-).

Autor: HyperMario (Gast)
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Johnny S. schrieb:
> und dann die Folientastatur darüber kleben.

Das verstimmt dann die Antenne. In der Tastatur ist dann noch Kupfer von 
dem du auch nicht wissen kannst was es durchlässt und in welchem 
Bereichen und ob du dir neue Schwingkreise baust.

Satellitensignale haben nun mal die Eigenschaft sehr schwach zu sein. 
Selbst Apple mit all seinen Möglichkeiten ist von Alu weg und mach Glas 
oder Kunststoff.

Aber Versuch macht kluch, einfach mal aufbauen und die Signalstärke im 
uBlox tool anschauen.

Autor: Johnny S. (sgt_johnny)
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Ich habe da ich gerade Zeit habe zwei Versuche gemacht, mit einem NEO-M8 
Fertigmodul von Ublox.

Mit dem Dremel habe ich ein 2mm Alugehäuse bearbeitet um ein "Fenster" 
für das Modul zu machen.
-> Kein Erfolg


Beim zweiten Versuch habe ich vorne aufs Ende ein 2mm ABS Stück geklebt 
und das modul mit Heissleim aufkeklebt (ca. 1-2mm Heissleib zusäztlich) 
somit etwa 4mm Kunsstoff

Damit war es mir direkt möglich innert 60s einen Fix zu erhalten, 
welcher für mich OK war.

Das ganze wurde auf einem Fensterbrett bei bedecktem Wetter 
durchgeführt, somit wurde der Empfänger auch noch vom Haus einseitig 
beschattet.

Somit denke ich für das besagte Projekt werde ich hinter der 
Kunsstoffabdeckung eine keramikantenne platzieren, das sollte so auf 
jedenfall funktionieren, da es ja so mit der "megabastelei" funktioniert

Autor: HyperMario (Gast)
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Johnny S. schrieb:
> Beim zweiten Versuch habe ich vorne aufs Ende ein 2mm ABS Stück geklebt
> und das modul mit Heissleim aufkeklebt (ca. 1-2mm Heissleib zusäztlich)
> somit etwa 4mm Kunsstoff

ABS ist im Bereich der GPS Frequenzen transparent. Das war auch vorher 
bekannt. Eine sinnvolle Herangehensweise wäre imo den RSSI mit und ohne 
Abdeckung zu messen.

Einen Fix bekommst du auch mit nur einem Satelliten das sagt nicht aus.

Besser sind GDOP und HDOP zu nutzen. Es bringt dir auch nichts die Kiste 
optimal hinzustellen. Entscheidend ist auf'm Platz, also in einem realen 
Anwendungsszenario.

Eine anständige Platte anschrauben, die Kiste hinlegen und dann auch 
umdrehen wären meine ersten Messungen. Um mich nicht selbst zu veralbern 
würde ich das so weit treiben bis ich gar nichts mehr empfange. 
Zwischendrin den uBlox mal ganz zu resetten gibt auch ein feeling was 
alles abgehen kann.

Dann noch mal ordentlich Wasser drauf um das Verhalten bei 
Schlechtwetter kennen zu lernen. Wissen spart lange strecken auf 
Holzwegen, nicht immer aber ... .

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