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Forum: HF, Funk und Felder Wie kritisch ist das Antennendesign?


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Autor: Carlo (Gast)
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Guten Abend zusammen,

ich mache gerade ein PCB Design, wo ich an einen Pycom L04 Modul eine 
BLE/WLAN Antenne für 2,4GHz anbringen möchte. Bei der Antenne handelt es 
sich um folgende:

https://www.mouser.de/ProductDetail/Johanson-Technology/2450AT43B100E?qs=%2Fha2pyFadug4yK1HCdUun%2FMVr8nYMhFpWVuxozA521J0OlVmYwnR%2Fg%3D%3D

Ich mache das zum ersten mal und weiß nicht, ob kleine Abweichungen vom 
Datenblatt der Antenne Auswirkungen auf die Funktion und Reichweite 
haben. Ich habe euch ein Teil meines Layouts angehängt. Den Signalpfad 
habe ich weiß markiert. Dieser Würde unterhalb des Pycom Moduls 
verlaufen. Die Antenne habe ich an den Rand der Platine gebracht und 
werden diesen später Kupferfrei halten.

MfG

: Verschoben durch Moderator
Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
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Du bist vermutlich in 'HF, Funk & Felder' besser aufgehoben. Aber soviel 
kann ich sagen, die Leitung ist viel zu lang.
Die Antenne muss in unmittelbarer Nähe des HF Moduls sein. Angepasste 
kurze Leitung ist sicher möglich, aber nicht quer durchs Gerät.
Als Designbeispiel sind beliebige WLAN Router und andere GHz Geräte 
brauchbar.

Autor: Arno K. (Firma: advanced microsystems) (radiosonde)
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Die HF führende Leitung ist sehr lang, einen Lagenwechsel sollte man 
auch vermeiden.

Wie viele Lagen hat die Leiterplatte?
Für eine 2 lagige ist die HF Leitung viel zu dünn, da hätte eine 50R 
Leitung irgendwas um die 2.8mm Breite.

LG

Autor: Carlo (Gast)
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Hi,

ich dachte mir schon, dass die Leitung zu lang ist. Meine Platine soll 
4-Lagig werden. Könntet ihr mir Literatur empfehlen, dass sich mit 
diesem Thema beschäftigt?

MfG

Autor: Arno K. (Firma: advanced microsystems) (radiosonde)
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Autor: Carlo (Gast)
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Arno K. schrieb:
> 
https://www.embedded-computing.com/embedded-computing-design/best-practices-for-rf-layout-in-wireless-soc-designs
>
> so circa.
>
> LG

Vielen Dank für den Link. Ich arbeite gerade an einem neuen PCB Design 
und habe da noch eine Frage. Sind Stiftleisten in der Nähe von Antennen 
schlecht? Die Dinger müssten ja wie ein Stück Draht wirken und somit wie 
eine Antenne wirken.

MfG

Autor: Test (Gast)
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Carlo schrieb:
> Sind Stiftleisten in der Nähe von Antennen
> schlecht? Die Dinger müssten ja wie ein Stück Draht wirken und somit wie
> eine Antenne wirken.

Alles in der Nähe einer Antenne ist alles schlecht. Die Frage ist wie 
schlecht und ob du das Derating akzeptieren kannst. Dir sollten ein paar 
Dinge klar sein:

1. Chip-Antennen sind eine absolute Notlösung mit schlechtem 
Wirkungsgrad (verglichen mit anderen PCB-Antennen). Man nutzt sie nur 
weil damit das Antennendesign einfacher und bestimmbarer wird. Sie 
brauchen eine möglichst große Massefläche um sich herum, der Hersteller 
nimmt da für seine Performance-Messungen riesen Kupferflächen siehe 
Eval-Board. Direkt unter der Antenne muss die Masse weg (siehe 
Datenblatt) aber Vorsicht es gibt von Johanson auch welche (mit ganz 
ähnlicher Teilenummer glaube ich) die Masse unten drunter brauchen.

2. Egal ob Microstrip oder Coplanarwaveguide - das was du gezeichnet 
hast bringt dir bei 2,4 GHz auf FR4 garantiert 6dB Verlust (nur noch 1/4 
der Leistung kommt an der Antenne an) auf der Zuleitung. Vias im HF-Pfad 
nur im absoluten Notfall und wenn überhaupt mehrere parallel. Die 
Antenneleitung ist die erste Leiterbahn die du auf der ganzen Platine 
routest, dann alles Andere darum herum. Wenn du wirklich dabei bleiben 
willst, wirst du dringend irgend ein HF-Platinenmaterial benötigen 
(Rogers 4000er Serie) aber das bekommst du bezahlbar nur mit 2 Lagen. 
Das wird ohnehin teuer ... sehr teuer. Alles andere FR4 bekommst du 
nicht als 50R Zuleitung hin, außer du bestellst die Platine mit 
Impedanzkontrolle. Kostetn dann genau so viel wie mit Rogers 
(>500€/PCB). Über einer Antennenzuleitung auf dem TOP-Layer möchtest du 
sicher keine Bauteile oder Deresgleichen haben. Ich würde dir raten zwei 
U.FL-Steckverbinder zu platzieren, einen direkt neben dem Modul, einen 
direkt an der Antenne. Kein mm Leiterbahn zu viel und keine einzige Via. 
Dann nimmst du ein fertig konfektioniertes U.FL-Kabel als Brücke. 
Vorsicht U.FL haben normalerweise nur 10 Steckzyklen und es gibt 
verschiedene Größen an Steckverbindern unter diesem Namen. Oder du 
lötest Semirigid-Coax wie RG-402 auf die Platine auf. Letzteres dürfte 
die mit Abstand verlustärmste und besdefinierte 50R-Option sein die es 
gibt. Dann sind auch Bauteile in der Nähe kein großes Problem.

3. Dir ist klar, dass du die Anpassungschaltung (Matching-Network) für 
deine Applikation (Massefläche, Gehäuse, Einbausituation, ...) bestimmen 
musst? Dazu brauchst du mindestens eine Rauschquelle+Spektrumanalysator 
oder besser einen Vektor Netzwerk Analysator (z.B. Pocket VNA um ein 
bezahlbares Tool zu nennen das 2,4 GHz abdeckt). Besser wäre jemand der 
sich damit auskennt. In den verschiedenen App-Notes diverser Hersteller 
finden sich ja genügend Anleitungenzum zu Impedance-Matching. HF 
taugliche  Bauteile mit einer Selbstresonanzfrequenz (SRF) deutlich 
höher als die Betriebsfrequenz sind für das Anpassnetzwerk Pflicht, 
sonst wird das nichts vorhersagbares.

Autor: GEKU (Gast)
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Matthias S. schrieb:
> Als Designbeispiel sind beliebige WLAN Router und andere GHz Geräte
> brauchbar.

Auch Smartphones sind ein gutes Beispiel.

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