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Forum: HF, Funk und Felder Antenne im Nahfeld + Wasser (Antennenanpassung) optimieren


Autor: Ben (Gast)
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Hi,

meine Bachelorarbeit behandelt ein Sensorsystem in einer Art 
Wasserbecken, das mit einer Funkverbindung (433 MHz) ausgelesen wird. 
Die Versorgung des Sensorsystems erfolgt mit einer kleinen Batterie. 
Damit die Batterie möglichst lange hält, soll die Sendeleistung 
möglichst niedrig und optimal eingestellt sein. Nun bin ich kein HF- 
bzw. Antennen-Spezialist und benötige für diese Optimierung ein bisschen 
Hilfe. Das Sensorsystem (gekapselt) befindet sich in Wasser und kann 
sich in der Orientierung ändern und ändert damit auch die Orientierung 
der Antenne. In einer Entfernung von etwa 40 cm befindet sich die 
Ausleseantenne (Luft und Netzspannung), mit der die Kommunikation zum 
Sensorsystem aufgebaut werden soll. Wie gehe ich da am besten vor? 
Momentan werden 433 MHz Funk-ICs an 50 Ohm Standardantennen verwendet. 
Das System funktioniert, allerdings bricht die Kommunikation bei einer 
„schlechten“ Orientierung der Antennen zueinander ab. Zusätzlich wäre 
eine längere Laufzeit und dementsprechend eine niedrigere Sendeleistung 
wünschenswert. Was kann ich tun? Meiner Meinung findet die Kommunikation 
lediglich im Nahfeld der Antennencharakteristik statt. Ist es dann 
überhaupt gut, wenn zwei Standard-Dipolantennen verwendet werden? Wie 
beeinflusst das die Antennenanpassung? Wie wäre eine 
Nahfeldkommunikation (40cm) mit sich ändernder Antennenorientierung 
besser zu realisieren?

Ach, mehrere Antennen ist nur im Notfall eine Option.

Vielen Dank

Autor: Horst (Gast)
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Ben schrieb:
> Zusätzlich wäre
> eine längere Laufzeit und dementsprechend eine niedrigere Sendeleistung
> wünschenswert. Was kann ich tun?

Nimm statt des Wassers ein Medium das nicht so stark dämpft.

Autor: Kilo S. (kilo_s)
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Ben schrieb:
> meine Bachelorarbeit behandelt ein Sensorsystem in einer Art
> Wasserbecken, das mit einer Funkverbindung (433 MHz) ausgelesen wird.

Pack die Antennen falls möglich an kleine Bojen, die sensoren können 
problemlos in mittlerem bis tiefem Wasser sein. Die Antenne über Wasser 
(Vertikalantenne/Rundstrahler) hat keine richtcharakteristik.

Damit schaffst du dann Meter und nicht cm.

: Bearbeitet durch User
Autor: Zitronen F. (jetztnicht)
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NFC zB bei 13.56MHz mit einer magnetischen Antenne waere passender.

Autor: Horst (Gast)
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Durch mehr als 40cm Wasser?
Zeig mal.

Autor: Stromverdichter (Gast)
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Wenn du keine Probleme mit der Antennenausrichtung bekommen willst, 
musst du beim Sender und Empfänger auf einen Rundstrahler setzen. Das 
wäre in deinem Fall eine einfache magnetische Loop-Antenne. Sowas kannst 
du auch gut als PCB-Antenne ausführen. Leider finde ich das Anpassen 
solcher Antennen etwas frikelig. Mit einer Dipol-Antenne hast du immer 
das Problem, das du Ausrichtungen zueinander hast, bei denen du nichts 
empfängst.

Autor: Ben (Gast)
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Danke an alle

Horst schrieb:
> Ben schrieb:
>> Zusätzlich wäre
>> eine längere Laufzeit und dementsprechend eine niedrigere Sendeleistung
>> wünschenswert. Was kann ich tun?
>
> Nimm statt des Wassers ein Medium das nicht so stark dämpft.

Horst schrieb:
> Durch mehr als 40cm Wasser?
> Zeig mal.

Naja, ehrlich gesagt wurden bisher nur Trockenübungen an Luft gemacht. 
Mit dem System soll nur ein kleiner Bereich bzw. ein Becken von max. 40 
cm und etwa 30 cm überwunden werden. Dieses Becken soll später auch mit 
einer Art Flüssigkeit mit Hauptbestandteil Wasser gefüllt sein.

Zitronen F. schrieb:
> NFC zB bei 13.56MHz mit einer magnetischen Antenne wäre passender.

Fürs erste würde ich gerne bei den RF-ICs und den 433 MHz bleiben und am 
Anfang nicht alles komplett umwerfen.

Stromverdichter schrieb:
> Das
> wäre in deinem Fall eine einfache magnetische Loop-Antenne.

Bei Loop-Antennen habt man doch ähnliche Probleme mit der Ausrichtung 
und ich würde bei einer stark magnetischen Komponente (Strom) sogar eine 
höhere Sendeleistung erwarten. Ist das nicht so?

Insgesamt würde ich gerne die Antennen optimieren (Antennen besser 
anpassen, Nahfeld), falls es möglich ist.

Autor: Kilo S. (kilo_s)
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Ben schrieb:
> Insgesamt würde ich gerne die Antennen optimieren (Antennen besser
> anpassen, Nahfeld), falls es möglich ist.

Und da bringt dir trotzdem nicht viel. Im Wasser ist deine anpassung 
gleich wieder für die Katz. Weil sie nicht mehr stimmt.
Abgesehen davon ist die dämpfung nicht zu verachten. Selbst mit 
anpassung könnte es passieren das du die 30-40cm nicht mehr schaffst.

Stromverdichter schrieb:
> Wenn du keine Probleme mit der Antennenausrichtung bekommen willst,
> musst du beim Sender und Empfänger auf einen Rundstrahler setzen. Das
> wäre in deinem Fall eine einfache magnetische Loop-Antenne.

Loop Antennen Haben(weiß ja keiner welche Bewegungen der Sensor so 
macht) auch eine richtcharakteristik. Es sei denn sie "Liegen" auf der 
seite. Da sich aber die Ausrichtung ändert passt das nicht.

Was spricht bei der entfernung dagegen ein Stück RG174 (ja ich weiß, 
nicht UHF geeignet wenn man so will) zu nutzen und die Antenne auf einer 
Styropprkugel zu kleben die auf dem Medium schwimmt?

O.T
Komisch, hier würde das schon so oft beschprochen das funk und Wasser 
nur bedingt kompatibel sind.
Oder warum fahren modellbauer !nicht! mit U-Booten die per Funk 
gesteuert werden auf tauchfahrt durch den Gartenteich? Richtsch! Weil's 
nicht so einfach ist.

Autor: Horst (Gast)
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Ben schrieb:
> Naja, ehrlich gesagt wurden bisher nur Trockenübungen an Luft gemacht.

Dann mach doch erstmal einen Versuch in Deiner Flüssigkeit, bevor Du 
versuchst irgendwas für Luft zu optimieren, die Arbeit kannst Du dann 
sparen.

Autor: Gustl B. (-gb-)
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Hängt das nicht auch von der Datenrate ab ob man das schafft oder nicht? 
GPS liegt deutlich unter dem Rauschen und kann empfangen werden. Wähle 
eine niedrig genuge Datenrate.

Autor: Theor (Gast)
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@ Ben

Ich würde Dir sehr raten, erst einmal die Dämpfung durch das Wasser 
und den Behälter zu überschlagen, und was das bei Deinen Vorgaben für 
den Aufwand bedeutet, bevor Du weiter überlegst. Und berücksichtige auch 
die Wirkung durch den in dem Wasser gelösten bzw. damit vermischten 
unbekannten Bestandteil.

Es sind Dir hier mehrere Einwände in dieser Hinsicht nahegelegt worden. 
Ich kann nur noch mal dringend darauf hinweisen, diese Hinweise sehr 
ernst zu nehmen.

Autor: Elektrofan (Gast)
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Wasser hat je nach Frequenz eine relative Dieelektrizitätszahl
um 80.
https://de.wikipedia.org/wiki/Permittivit%C3%A4t#/media/File:Permittivit%C3%A4t_Wasser.png
Das bedingt Fehlanpassung/Reflexion an der Grenze zur Luft.

Autor: Elektrofan (Gast)
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> Dieelektrizitätszahl   => ein "e" zuviel.

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