Forum: HF, Funk und Felder Bitte Hilfe bei Antennenanpassung 2.4GHz


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von Holger K. (holgerkraehe)


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Hallo zusammen

Habe seit kurzem einen nanoVNA v2 welcher bis 3GHz messen kann.
Da ich bei einigen Projekten welche aktuell in der ersten 
Prototypenphase sind 2.4GHz PCB-Antennen integriert habe, wollte ich nun 
mal die Perfomance dieser messen.

Leider hat sich herausgestellt (nicht sehr überraschend), dass diese 
Resonanzen bei der völlig falschen Frequenz aufweisen.

Mir ist die HF-Thematik absolut bewusst und ich weiss, dass bereits die 
nächste Charge PCBs leicht andere Frequenzen aufweisen können, da ich 
kein homogenes Substrat wie z.B. Rogers verwende. Da die 
Antennenstruktur jedoch relativ Breitbandig ist sollte es genügen, wenn 
ich die Frequenz in die richtige Richtung trimmen kann.

Anbei ein paar Bilder des Messaubaus und der Leiterplatten.

Meine Feststellung ist:

Beide selbst hergestellten Leiterplatten (IMG_8509 wie auch 
antenna2.png) haben ähnlich schlechte Messergebnisse.

Die Messung der Referenzantenne W3513 weist immerhin eine leichte 
Tendenz einer Anpassung im Bereich von 2.4GHz auf.

Marker 1 und 2 definieren die mögliche Frequenzbandbreite von 2.4GHz.

Da bei meiner Anwendung auch ein Relais auf der Leiterplatte sein wird, 
habe ich auch noch diesen Fall gemessen. Wie zu erwarten war, 
verschlechterte sich das Ergebnis.

Nun meine Frage an euch:

Wie würdet ihr hier vorgehen? Meine herangehensweise wäre gewesen zu 
versuchen, die Struktur zu verkürzen.

Ein Anpassnetzwerk wäre hier ja sinnlos, da zuerst mal die Frequenz 
passen müsste...

Die Antenne habe ich übrigens von einem TI-Dokument.

https://www.ti.com/lit/an/swra117d/swra117d.pdf?ts=1592288541645&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F

Danke schonmal

: Bearbeitet durch User
von wer (Gast)


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Zunächst mal solltest du die Messungen mit dem PCB im geplanten Gehäuse 
vornehmen, denn das kann auch einiges Verschieben.

Wär ja blöd da jetzt was hinzubügeln und im Gehäuse passt's dann wieder 
nicht.

von Holger K. (holgerkraehe)


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wer schrieb:
> Zunächst mal solltest du die Messungen mit dem PCB im geplanten
> Gehäuse
> vornehmen, denn das kann auch einiges Verschieben.
>
> Wär ja blöd da jetzt was hinzubügeln und im Gehäuse passt's dann wieder
> nicht.

Danke für deine Antwort.

Ja, da hast du wohl recht. Das Teil kommt am Ende hinter einen 
Lichtschalter. Daher befindet sich hinter dem Gehäuse nochmals unbekannt 
viel Luft oder eben Mauer...

Sind Kermamikantennen evtl. unempfindlicher gegen äussere Verstimmungen?
Oder habe ich auch mit dem PCB-Ansatz reale Chancen etwas brauchbares 
hinzubekommen?

Anbei ein DB einer möglichen Keramikantenne...

: Bearbeitet durch User
von Martin (Gast)


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Hallo,

bin jetzt kein HF-Experte, finde aber die Infos von TI recht gut was 
PCB-Antennen angeht.
Es gibt dort eine App-Note für den gleichen Antennentyp (Inverted F) für 
866 MHz bzw. 915 MHz: DN023(swra228c)
Das Design ist für 915 MHz ausgelegt, die Frequenz einfach durch kürzen 
des freien Endes "justiert".
Denke, dass das auch bei dieser 2,4 GHz Version funktionieren müsste.

Falls du etwas mehr Platz auf der PCB hast, habe ich gute Erfahrungen 
mit diesem Antennentyp für 2,4 GHz gemacht: DN007 (swru120b)

von 123 (Gast)


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Holger K. schrieb:
> Da bei meiner Anwendung auch ein Relais auf der Leiterplatte sein wird,
> habe ich auch noch diesen Fall gemessen. Wie zu erwarten war,
> verschlechterte sich das Ergebnis.

Was für einen Wirkmechanismus hättest du da im Verdacht? Mir fällt dazu 
als erstes ein Messfehler ein ...

Holger K. schrieb:
> Wie würdet ihr hier vorgehen? Meine herangehensweise wäre gewesen zu
> versuchen, die Struktur zu verkürzen.

Aber auf jeden Fall im Gehäuse. Ich würde mir an deiner Stelle einen 
Testaufbau aus 2 Ziegelsteinen oder Betonklotz mit passender Dose 
machen. Schau, dass die Einbausituation definiert und reproduzierbar 
ist. Ansonsten wirst du beim Tuning und Matching nicht glücklich. 
Probier das wirklich aus, einbauen, messen, ausbauen, ohne Veränderung 
wieder einbauen, messen, ... In allen möglichen denkbaren 
Einbausituationen bekommst du weder Matching noch die Antenne selbst 
perfekt hin. Es ist nur wie immer die Frage wieviel non-Optimum du 
akzeptieren kannst. Ich sehe in den Keramikantennen hauptsächlich einen 
Platzvorteil und eine vermeintliche "Design-Einfachheit". Die sind 
trotzdem im Nahfeld (wie jede Antenne) sehr sensitiv. Auch diese muss 
getunt werden und braucht eigentlich eine rel. große Massefläche 
ansonsten erreichst du die im Datenblatt gegebene Effizienz nie und 
nimmer. Ich würde an deiner Stelle deine Inverted F behalten und sie mal 
in der von dir definierten Einbausituation tunen und dann die Anpassung 
machen. Und hol dir ein paar Ferrithülsen die du über das Messkabel 
schieben kannst ... und du brauchst halt HF-Kondensatoren- und 
HF-Spulen-Sortimente für das Anpassnetzwerk sonst macht es das Matching 
auch keinen Spaß.

von Chris K. (Gast)


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Das sieht ansich ganz brauchbar aus und bekommt man sicherlich auch 
abgestimmt.

Kürzen der Antenne per Cutter Messer ist bei den Inverted F eine 
brauchbare Vorgehensweise.
Wie hast du den VNA denn kalibiert? Auf welche Ebene hast du kalibriert 
und hast du auch den Stecker deembeddded und wenn ja wie?
Ich würde den SMA Stecker auch weglassen, besser mit einem kurzen Semi 
Rigide Kabel arbeiten. Den Schnuffi denn per Port Extension vor dem 
Festlöten rauskablbieren.

von wosnet (Gast)


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Die Messung mit der großen gewinkelten SMA-Buchse, die ad-hoc aufgelötet 
ist, ist bei 2.4 GHz meiner Erfahrung nach extrem wenig aussagekräftig.
Zumal bei Dir anscheinend die eigentliche Antennenstruktur schon da ist 
und Du extra noch die Buchse mit Kabel zum VNA dazulötest. Damit 
schließt Du eine zusätzliche 50-Ohm-Last am Messpunkt an, zusätzlich zur 
Last der Antenne (die schon das ist) und zur Last des Treibers (der auch 
schon da ist). Bei den Messungen an der unbestückten Platine gibt es 
sicher auch kleine offene Leitungsstücke, die HF-mäßig wahrscheinlich 
als Stubs die Impedanz in irgendeiner Weise verändern.

Ein Schritt zu aussagekräftigen Messungen wäre, zwei Test-Platinen zu 
machen, eine wo nur die Antenne drauf ist mit einem guten 
HF-Steckverbinder (bei Frequenzen über 2 GHz hat sich für mich 
End-Launch-SMA etabliert, sehr verlustarm und ohne Umstände direkt an 
eine Leitung anlötbar), und eine zweite wo der Treiber für die Antenne 
drauf ist.
Dann kann man an diesen beiden Interfaces definiert mit 50 Ohm messen 
und damit auch zuverlässig die Frequenz tunen oder Anpassnetzwerke 
basteln.

von wosnet (Gast)


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noch vergessen:
Wenn es schon so eine Messung im fertigen Aufbau sein muss, dann kann 
ich U.FL-Buchsen empfehlen. Die sind klein und lassen sich ohne viel 
Abstand direkt an den interessanten Punkt auf dem PCB anlöten (z.B. 
direkt an das Ende einer Transmission Line).

von Holger K. (holgerkraehe)


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123 schrieb:
> dass die Einbausituation definiert und reproduzierbar
> ist.

Ich verstehe deine Überlegungen. Nur wird das Teil später "im Feld" ja 
auch nie in der perfekten Position zu liegen kommen. Daher hoffe ich, 
dass ich die externen Einflüsse irgendwie möglichst minimieren kann.

123 schrieb:
> Was für einen Wirkmechanismus hättest du da im Verdacht? Mir fällt dazu
> als erstes ein Messfehler ein ...

Ich dachte da an eine Verstimmung der Antenne durch die Metallteile 
innerhalb des Relais. Tendenziell gilt ja: grössere Masse => 
niedrigerere Resonanzfrequenz.

123 schrieb:
> Es ist nur wie immer die Frage wieviel non-Optimum du
> akzeptieren kannst.

Ich denke ich bin schon froh wenn ich im bereich 2.4GHz ein VSWR von 3:1 
habe.

123 schrieb:
> Ich würde an deiner Stelle deine Inverted F behalten und sie mal
> in der von dir definierten Einbausituation tunen

Ok dann bleib ich mal vorerst noch dran.

123 schrieb:
> und dann die Anpassung
> machen.

Idealerweise habe ich eine Struktur welche bereits 50 Ohm aufweist bei 
der entsprechenden Frequenz.

123 schrieb:
> und du brauchst halt HF-Kondensatoren- und
> HF-Spulen-Sortimente für das Anpassnetzwerk sonst macht es das Matching
> auch keinen Spaß.

Ein bisschen was davon ist vorhanden.

Chris K. schrieb:
> Kürzen der Antenne per Cutter Messer ist bei den Inverted F eine
> brauchbare Vorgehensweise.

Perfekt.

Chris K. schrieb:
> Wie hast du den VNA denn kalibiert?

Eine SOL Kalibration. Daher im Bereich von 1800-2800MHz bei 1000 steps 
jeweils Short, Open und Load mit SMA Terminierungen (keine selbst 
gebauten).

Chris K. schrieb:
> Auf welche Ebene hast du kalibriert
> und hast du auch den Stecker deembeddded und wenn ja wie?

Diese beiden Fragen sind Neuland für mich. Bitte im genauerer Erklärung.
Ich habe die Kalibration am Ende des blauen SMA Coax durchgeführt.

Chris K. schrieb:
> Ich würde den SMA Stecker auch weglassen, besser mit einem kurzen Semi
> Rigide Kabel arbeiten.

Da frage ich mich dann halt, wie ich das Semi-Rigid Kabel 
rauskalibrieren kann. Ich hätte hier noch RG174 rumliegen. Würde dies 
auch taugen?

Chris K. schrieb:
> Den Schnuffi denn per Port Extension vor dem
> Festlöten rauskablbieren.

Du meinst am Ende des offenen Coax die Terminierungen anbringen?

von Holger K. (holgerkraehe)


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wosnet schrieb:
> Zumal bei Dir anscheinend die eigentliche Antennenstruktur schon da ist
> und Du extra noch die Buchse mit Kabel zum VNA dazulötest.

Das ist korrekt.

wosnet schrieb:
> Damit
> schließt Du eine zusätzliche 50-Ohm-Last am Messpunkt an

Die SMA Buchse stellt doch aber keine 50-Ohm Last dar? Ansonsten müsste 
ich dies ja bei leer angeschlossener SMA-Buchse im Smithdiagramm 
sehen...

wosnet schrieb:
> und zur Last des Treibers (der auch
> schon da ist).

Aktuell ist kein Treiber auf der Leiterplatte. Sondern nur die Antenne.

wosnet schrieb:
> Bei den Messungen an der unbestückten Platine gibt es
> sicher auch kleine offene Leitungsstücke, die HF-mäßig wahrscheinlich
> als Stubs die Impedanz in irgendeiner Weise verändern.

Wie du im Gerber sehen kannst, gibt es keine weitere Verbindungen an die 
HF-Leitung.

wosnet schrieb:
> Ein Schritt zu aussagekräftigen Messungen wäre, zwei Test-Platinen zu
> machen, eine wo nur die Antenne drauf ist mit einem guten
> HF-Steckverbinder (bei Frequenzen über 2 GHz hat sich für mich
> End-Launch-SMA etabliert,

Das ist sicherlich keine schlechte Idee. Nur prüfe ich dann halt die 
Antenne unter Idealbedingungen welche so dann halt im End-Design nicht 
vorhanden sind.

wosnet schrieb:
> Wenn es schon so eine Messung im fertigen Aufbau sein muss, dann kann
> ich U.FL-Buchsen empfehlen. Die sind klein und lassen sich ohne viel
> Abstand direkt an den interessanten Punkt auf dem PCB anlöten (z.B.
> direkt an das Ende einer Transmission Line).

Das ist eine gute Idee. Werde ich somit beim nächsten Re-Design 
einplanen.

von wosnet (Gast)


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Bei den Stubs meinte ich auch eher parasitäre Leitungen, z.B. wenn beim 
anlöten der SMA-Buchse ein kleiner Leitungsteil 'ins Leere' auf dem PCB 
stehen bleibt, weil die Buchse z.B. aus mechanischen Gründen nicht genau 
auf dem Leitungsende aufgesetzt ist.

Die U.FL-Buchse kannst Du auch direkt auf Deinen Aufbau auflöten, ich 
vermute sie hat deutlich weniger parasitäre Effekte, als die große 
SMA-Buchse, die eigentlich für Through-Hole-Montage ausgelegt ist (und 
nur so wahrscheinlich HF-mäßig gut funktioniert).

von Holger K. (holgerkraehe)


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wosnet schrieb:
> Die U.FL-Buchse kannst Du auch direkt auf Deinen Aufbau auflöten, ich
> vermute sie hat deutlich weniger parasitäre Effekte, als die große
> SMA-Buchse, die eigentlich für Through-Hole-Montage ausgelegt ist (und
> nur so wahrscheinlich HF-mäßig gut funktioniert).

Das stimmt. Aber denkst du, dass die SMA Buchse tatsächlich einen 
Unterschied der Resonanz im Bereich von 200MHz verursacht?

Dass evtl. die Dämpfung höher ist, ok. Aber eine Verstimmung der 
Resonanzfrequenz in dieser Grössenordnung?

von wosnet (Gast)


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Ich würde es für nicht unmöglich halten, da die Impedanz der 
nicht-idealen Buchse mit Lötverbindung und VNA vermutlich nicht rein 
reell 50 Ohm ist und die Antenne dann auch nicht mit der Last 
abgeschlossen ist, für die sie entworfen wurde. Wahrscheinlich ist der 
Effekt eine Kombination aus der eigentlichen Antennenabstimmung und dem 
Messaufbau.
Ist aber leider schwer sicher zu sagen ohne Teststruktur für die 
Antenne.

(So eine Teststruktur kann man ja auch einigermaßen realistisch auslegen 
indem man der Test-Antenne z.B. eine ähnlich große Massestruktur wie im 
finalen Aufbau und die gleiche PCB-Geometrie gibt, so dass man sie dann 
auch im Gehäuse testen kann).

von Holger K. (holgerkraehe)


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Was ich noch erwähnen möchte ist, dass es auf dem PCB auch ein BALUN 
hat.
Die Werte dieses Baluns stammen vom TI-Datenblatt des CC2530. Damit wird 
am Unbalancierten Ausgang eine Impedanz von 50 Ohm erreicht.

Liesse sich dieser Balun nun dahingehen anpassen, dass die Antenne 
angepasst ist?

Dabei ergibt sich jedoch eine weitere frage:
Wenn ich die Antenne nun mittels Anpassnetzwerk anpasse, dann wird ja 
nicht automatisch mehr Energie abgestrahlt. Es geht einfach mehr Energie 
in das Anpassnetzwerk. ist es daher ratsamer, die Kupferstruktur zuerst 
möglichst nahe an die Zielfrequenz zu bringen und erst dann eventuelle 
Fehlimpedanzen zu korrigieren?

von Holger K. (holgerkraehe)


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wosnet schrieb:
> (So eine Teststruktur kann man ja auch einigermaßen realistisch auslegen
> indem man der Test-Antenne z.B. eine ähnlich große Massestruktur wie im
> finalen Aufbau und die gleiche PCB-Geometrie gibt, so dass man sie dann
> auch im Gehäuse testen kann).

Dann kann ich ja genausogut das jetzige PCB mit einer U.FL Buchse 
ausstatten wie du bereits vorgeschlagen hast :)

von Holger K. (holgerkraehe)


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Durch entfernen von ca. 1.2mm Leiterbahn am Ende der Antenne habe ich 
nun ein besseres Messergebnis erhalten.

Wichtig: Skalierung wurde angepasst!

Rot: VSWR
Blau: Magnitude S11

von wosnet (Gast)


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Ich vermute stark, dass die Antenne für 50-Ohm-Last entworfen ist.
Wenn die Impedanz am Eingang des Baluns stimmt (also wenn z.B. der 
Treiber die passende symmetrische Ausgangsimpedanz hat, z.B. 100 Ohm, je 
nach Ratio des Baluns), dann sollten da am Ausgang auch hinreichend gut 
unsymmetrisch 50 Ohm zu sehen sein. In so einem Fall bräuchte man 
eigentlich kein Anpassnetzwerk für die Antenne.
Im besten Falle legt man alle Kupferstrukturen (überwiegend ja Leitungen 
und die Antenne) so aus, das die charakteristische Impedanz 50 Ohm 
beträgt.

Eventuell braucht der Treiber aber an seinem Ausgang ein Anpassnetzwerk 
um 50 Ohm bei der Arbeitsfrequenz zu erreichen, das sollte aber im 
Datenblatt beschrieben sein.

von Holger K. (holgerkraehe)


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wosnet schrieb:
> Eventuell braucht der Treiber aber an seinem Ausgang ein Anpassnetzwerk
> um 50 Ohm bei der Arbeitsfrequenz zu erreichen, das sollte aber im
> Datenblatt beschrieben sein.

Ja, der Treiber braucht diesen BALUN.
Und zwar mit genau diesen Werten. Damit stehen am Ausgang dann 50-Ohm 
Impedanz an.

von Volker M. (antennensimulation)


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Holger K. schrieb:
> Ich verstehe deine Überlegungen. Nur wird das Teil später "im Feld" ja
> auch nie in der perfekten Position zu liegen kommen. Daher hoffe ich,
> dass ich die externen Einflüsse irgendwie möglichst minimieren kann.

Disclaimer: Ich optimiere solche Antennen beruflich, mit Hilfe von 
Simulationssoftware.

Um die Antennen gegen solche Einflüsse robust zu machen sollte sie 
möglichst breitbandig sein. Das ist in Grenzen möglich, wenn man den 
Abstand zwischen Strahler und Masse vergrößert. Je enger der Strahler an 
Mssse ist, um so extremer die Fußpunktimpedanz und um so extremer (-> 
schmalbandiger) die Transformation nach 50 Ohm.

Bei deinem runden Layout hat man dort viel Platz (bisher ungenutzt) und 
könnte eine bessere Antennenperformance erreichen, also besseren 
Antennenwirkungsgrad und breitbandiger und dadurch robuster.

Thema "Ist doch aus der Appnote übernommen":

Das Übernehmen von Antennendesigns aus Appnotes geht meistens schief, 
weil man eine andere Massesituation hat und diese wesentlich (!) die 
Resonanz verschiebt. Ich hatte das mal hier dargestellt:
http://antennensimulation.de/optimierung-pcb-antennen

In der Messung ist die SMA-Buchse + Stecker als großes Masseteil dicht 
am "heissen" Ende des Strahlers, verschiebt dir auf jeden Fall die 
Resonanz deutlich (!) nach unten.

>> Kürzen der Antenne per Cutter Messer ist bei den Inverted F eine
>> brauchbare Vorgehensweise.

Jein. Es ist ja nicht nur die Resonanz verschoben, sondern auch die 
Anpassung passt nicht (Korrektur durch Verschieben des Anzapfpunktes am 
Massearm). Mir ist aber die Ankopplung von SMA zum PCB nicht klar, 
vielleicht ist das einfach ungünstig improvisiert. U.FL ist auch meine 
Empfehlung.

Wenn du Unterstützung per Simulation haben möchtest kannst du dich gerne 
melden.

Viel Erfolg!
Volker

: Bearbeitet durch User
von Holger K. (holgerkraehe)


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Hallo Volker

Vielen Dank für deine Nachricht.



Volker M. schrieb:
> Je enger der Strahler an
> Mssse ist, um so extremer die Fußpunktimpedanz und um so extremer (->
> schmalbandiger) die Transformation nach 50 Ohm.

Das ist ein sehr guter Hinweis. Danke!

Volker M. schrieb:
> Das Übernehmen von Antennendesigns aus Appnotes geht meistens schief,
> weil man eine andere Massesituation hat und diese wesentlich (!) die
> Resonanz verschiebt. Ich hatte das mal hier dargestellt:

Das macht schon Sinn. Da hast du recht. Aber da ich vorhin noch kein 
Messwerkzeug hatte, musste ich halt einen Anhaltspunkt haben.

Volker M. schrieb:
> In der Messung ist die SMA-Buchse + Stecker als großes Masseteil dicht
> am "heissen" Ende des Strahlers, verschiebt dir auf jeden Fall die
> Resonanz deutlich (!) nach unten.

Danke für den Hinweis.
Ich habe inzwischen das mir hier vorliegende RG174 zur Hand genommen. 
Dann habe ich an beiden Enden eine SMA-Buchse angelötet, damit ich eine 
Kalibration mit Kabel durchführen konnte. Nach der Kalibration habe ich 
die SMA vom Kalibrirten Ende abgelötet und nun direkt in die bestückte 
Leiterplatte eingelötet. Natürlich zuvor den Koppelkondensator entfernt.

Nun eine Messung im Gehäuse durchgeführt. Diese ist angehängt. Die 
Position des Gehäuses hat nun wesentlich weniger Einfluss auf die 
Resonanzfrequenz.

Volker M. schrieb:
> Jein. Es ist ja nicht nur die Resonanz verschoben, sondern auch die
> Anpassung passt nicht (Korrektur durch Verschieben des Anzapfpunktes am
> Massearm). Mir ist aber die Ankopplung von SMA zum PCB nicht klar,
> vielleicht ist das einfach ungünstig improvisiert.

Ich habe den mittelern HF-Pin der SMA direkt auf das SMD-Pad des 
Koppelkondensators gelötet.

Volker M. schrieb:
> Wenn du Unterstützung per Simulation haben möchtest kannst du dich gerne
> melden.

Ja, sehr gerne. Ich habe hier Sonnet zur verfügung. Was nutzt du?

: Bearbeitet durch User
von Volker M. (antennensimulation)


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Hallo Holger,

> Ja, sehr gerne. Ich habe hier Sonnet zur verfügung. Was nutzt du?

Sonnet ist prima, da habe ich sehr lange den Support für Deutschland 
gemacht. Aber für solche Aufgaben ist es doch sehr eingeschränkt. Ich 
nutze für diese Antennendesigns Empire XPU. https://empire.de/

Ich schreibe dir eine PN.

Viele Grüße
Volker

von Holger K. (holgerkraehe)


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An die anderen:

Ich freue mich nach wie vor über Vorschläge / Inputs etc... :)

von Volker M. (antennensimulation)


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Holger K. schrieb:

> Ich habe inzwischen das mir hier vorliegende RG174 zur Hand genommen.
> Dann habe ich an beiden Enden eine SMA-Buchse angelötet, damit ich eine
> Kalibration mit Kabel durchführen konnte. Nach der Kalibration habe ich
> die SMA vom Kalibrirten Ende abgelötet und nun direkt in die bestückte
> Leiterplatte eingelötet.

Das klingt viel besser als die Lösung mit dem SMA. Den langen Signalpin 
durch Luft zu führen ist bei 2,4GHz schon kritisch, in dem Bereich hat 
man keine 50 Ohm wenn es so freischwebend über dem PCB sitzt.

Die Messung mit dem Kabel klingt von der Vorgehensweise sinnvoll und die 
Ergebnisse sehen plausibel aus. Im Optimalfall führt man das Kabel dann 
noch flach über das PCB weg von der Antenne, das reduziert auch dessen 
potentielle Wirkung als (mit)strahlende Masse.

von Holger K. (holgerkraehe)


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Bezüglich dem Coaxialkabel: da habe ich fälschlicherweise gesagt es 
handle sich um RG174. Ich habe jedoch beim obigen Messaufbau nicht RG174 
verwendet, sondern ein sehr dünnes, flexibles welches noch herumlag.

Natürlich kalibriert, wie beschrieben.

Die jetzige Messung zeigt kaum Empfindlichkeiten der Resonanzfrequenz. 
Lediglich die Dämpfung lässt sich beeinflussen.

Wie ist denn dies nun genau:

Wenn ich die Antenne mit einem Anpassnetzwerk anpasse, dann strahlt 
diese ja nicht automatisch mehr ab oder?

von Holger K. (holgerkraehe)


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Volker M. schrieb:
> Im Optimalfall führt man das Kabel dann
> noch flach über das PCB weg von der Antenne, das reduziert auch dessen
> potentielle Wirkung als (mit)strahlende Masse.

Danke für den Hinweis.

Ich habe hier noch eine solche Box rumliegen:

https://www.rfshieldingbox.com/product/ms353328-manual-rf-shield-enclosure/

Lässt sich mit so einer evtl. die Abstrahlung messen?
Habe darin eine selbst gebaute Logarithmische Antenne drinn...

von Chris K. (Gast)


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Im Grunde ist dein Vorgehen schon richtig.

Ich mache das in der Regel wie folgt.

1. VNA Einstellen und SMA Kabel dran schrauben.
2. An dem Ende des VNA Kabel die Kalibration durchführen.
3. Jetzt ein kleines Stück Semi Rigid Kabel an das SMA Kabel schrauben.
4. Per Port Extension (Funktion vom VNA) das Stück Semi Rigid Kabel als 
"open" deembedden.
5. Das offene Ende vom Semi Rigid Kabel kurschließen und nun noch die 
Port Extension auf "Short" anwenden.
6. Den Kurzschluss wieder auslöten und das Semi Rigid auf die Platine 
löten. Dabei löte ich gerne den Mantel auf das Massepad vom RF IC. Der 
Mittelleiter kommt dann an den Fußpunkt der Antenne. Klar, dass der Rest 
der Schaltung abgetrennt sein muss. Man will ja die Antenne messen und 
nicht noch den ganzen anderne Rest dazu.

In der Schaltung also das letzte Bauteil vom Balun auslöten und dann mit 
dem Mittelleiter an das antennennahe Pad. Den steilen Winkel würde ich 
auch vermeiden. Flach dran gehen, damit der Impedanzsprung nicht so groß 
wird und den Mitteleiter nur ein kleines Stück aus dem Mantel vom Semi 
Rigid gucken lassen.

von Holger K. (holgerkraehe)


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Chris K. schrieb:
> In der Schaltung also das letzte Bauteil vom Balun auslöten und dann mit
> dem Mittelleiter an das antennennahe Pad. Den steilen Winkel würde ich
> auch vermeiden. Flach dran gehen, damit der Impedanzsprung nicht so groß
> wird und den Mitteleiter nur ein kleines Stück aus dem Mantel vom Semi
> Rigid gucken lassen.

Danke für deine Antwort

Habe fast alles so umgesetzt wie du beschrieben hast.
Lediglich der steile Winkle muss ich noch anpassen und das deembedden 
hab ich nicht durchgeführt, da mir noch nicht 100% klar ist, wie dies zu 
bewerkstelligen ist.

von Hp M. (nachtmix)


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123 schrieb:
> und du brauchst halt HF-Kondensatoren- und
> HF-Spulen-Sortimente für das Anpassnetzwerk sonst macht es das Matching
> auch keinen Spaß.

Bei 2,5 GHz?
An was hattest du denn da gedacht?

von Volker M. (antennensimulation)


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Hier einige Zwischenergebnisse der Antennensimulation (PN):

Ich habe das PCB importiert und das Relais in Teilen nachgebildet, weil 
es direkt über der Antennen liegt.

Tatsächlich hat das Relais auch einen Einfluß, die "Basisplatte" des 
Relais habe ich nach STEP-Daten nachgebaut und mit eps_r=3 angesetzt.

Ohne Relais ist die Anpassung besser und die Resonanz liegt höher.

Und mit geschlossenem Relais gibt es auch eine zusätzliche Resonanz bei 
den (etwas willkürlichen) Längen in meinem Modell. Da koppelt also die 
Antenne doch deutlich mit den nahegelegenen Relaiskontakten.

von Volker M. (antennensimulation)


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Update: Detaillierte Simulation mit beiden PCB-Layern und 
Berücksichtigung der Zuleitung auf dem PCB bringt uns schon recht nahe 
an die Messung (Post von 11:09). Das Gehäuse ist hier noch nicht 
enthalten. Relaiskontakte offen.

von Quad-Antennenbieger (Gast)


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Kann die tolle Software auch ein Antennenrichtdiagramm für die Schaltung 
in einer UP Dose erstellen?

von Volker M. (antennensimulation)


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Quad-Antennenbieger schrieb:
> Kann die tolle Software auch ein Antennenrichtdiagramm für die
> Schaltung
> in einer UP Dose erstellen?

Daran hatte ich mich tatsächlich mal versucht. 868MHz-Antenne hinten in 
der Dose und vorne ein Taster, da sieht man den unguten Einfluß des 
metallischen Tragrahmens. Da strahlt mehr nach hinten als nach vorne aus 
der Dose.

Beton hatte ich mit er=5, tand=0.1 angesetzt. Wenn jemand bessere Daten 
hat so kann ich das gerne anpassen.

Viele Grüße
Volker

von Volker M. (antennensimulation)


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868 MHZ Antenne in der Dose war modelliert wie im Anhang, abgestimmt auf 
Freiraum.

von Hp M. (nachtmix)


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Volker M. schrieb:
> Da strahlt mehr nach hinten als nach vorne aus
> der Dose.

Mit diesem Wissen könntest du ja einen Reflektor hinten anbringen und 
durch den Schalter abstrahlen. Dabei evtl. etwas mit der 
Polarisationsebene spielen, oder gleich eine zirkular polarisierende 
Antenne verwenden.

von Volker M. (antennensimulation)


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Hp M. schrieb:

> Mit diesem Wissen könntest du ja einen Reflektor hinten anbringen und
> durch den Schalter abstrahlen. Dabei evtl. etwas mit der
> Polarisationsebene spielen, oder gleich eine zirkular polarisierende
> Antenne verwenden.

Das klingt nach Funkamateurs-Idee (bin selbst einer), geht aber an der 
Realität solcher Smarthome-Komponenten ziemlich vorbei. Platz für 
Reflektoren (mit definiertem Abstand) ist nicht und auch die Antennen 
müssen irgendwo dorthin gequetscht werden, wo mit Glück noch etwas Platz 
ist. Das Thema Antennen hat da leider eine schlechte Lobby bei denen, 
die solche Geräte konstruieren. Die fragen idR erst dann einen 
HF-Experten, wenn das Kind tot im Brunnen liegt.

PS: Holger als Threadersteller ist damit ausdrücklich nicht gemeint. Er 
hat selbst nachgemessen und mit Hilfe der Simulationen habe wir auch 
eine Änderung für seine PCB-Antenne gefunden, die er praktisch umsetzen 
konnte und die gut funktioniert. SWR nun nahezu perfekt und Antenne auf 
Sollfrequenz.

: Bearbeitet durch User
von Gerd E. (robberknight)


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Mal noch ne alternative Idee zu dem Semi-Rigid-Kabel:
Den Speisepunkt der Antenne per Koppelkondensator konfigurierbar machen.

Also ein U.FL, MMCX oder ähnlichen Ministecker im Layout vorsehen. Dann 
einen 3-Wege-Footprint für einen Koppelkondensator (0402 oder kleiner) 
vorsehen:

      U.FL-Buchse
           |
RF-IC  ---   ---- PCB-Antenne

Jetzt kannst Du darüber, wierum Du den Kondensator einlötest, 
entscheiden was für eine Verbindung hergestellt wird.

- RF-IC <-> PCB-Antenne für normalen Einsatz der PCB-Antenne
- RF-IC <-> U.FL für normalen Einsatz einer externen Antenne
- U.FL-Buchse <-> PCB-Antenne für das Vermessen der PCB-Antenne mit dem 
VNA.

Der über die fehlende Kondensatoranbindung jeweils stillgelegte Teil des 
Antennenpfades pfuscht Dir jetzt nicht mehr wesentlich in die Anpassung 
rein. Dieser Footprint kann daher dann auch so in dem finalen Design so 
stehenbleiben.

von Holger K. (Gast)


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Vielen Dank für eure Antworten und vorallem vielen Dank an Volker, für 
seine Unterstützung.

Ich werde demnächst hier weitere Ergebnisse der Antenne posten.


Vorerst aber noch eine wichtige Frage:

Wenn ich nun Messungen mittels Koaxiakleitung durchführe, so sollte ich 
diese ja auch kalibrieren. Dazu habe ich bisher am Ende eine SMA-Buchse 
angelötet und dann kalibriert. Scheint ja nicht unbedingt die 
optimal-Lösung zu sein. Doch wie kalibriere ich ein Koaxialkabel am 
besten heraus? Jemand schrieb etwas von de-embedden. Wie gehts das?

Geht es dabei einfach darum die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle 
innerhalb der Kabels zu kennen und dann daraus das Delay in ps zu 
berechnen?


Danke

von Chris K. (Gast)


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Deembedden ist einer Funktion vom vna. Genau wie portextension. Keine 
Ahnung, ob dein einfacher vna das beherrscht.

von Holger K. (Gast)


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Chris K. schrieb:
> Deembedden ist einer Funktion vom vna. Genau wie portextension.
> Keine
> Ahnung, ob dein einfacher vna das beherrscht.

Der einfache unterstützt Portextension.

von Volker M. (antennensimulation)


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Holger K. schrieb:

> Wenn ich nun Messungen mittels Koaxialleitung durchführe, so sollte ich
> diese ja auch kalibrieren.

Es kommt auf die Zielsetzung an.

Wenn du das Kabel nicht herauskalibrierst, dann hast du die 
Kabeldämpfung als vermeintliche Verbesserung des S11 ( n dB 
Kabeldämpfung verbessert das S11 um 2*n dB) und das Kabel dreht die 
Phase.

Die Phasendrehung ist für die Plots von dB(S11) oder VSWR natürlich 
egal. Und die Kabeldämpfung kann man mit Leerlauf oder Kurzschluß am 
Ende testen - bei meinen U.FL Pigtails (superdünn und damit ungünstig) 
ist das ca. 0.7dB Kabeldämpfung = 1.4dB Fehler in S11 bei 2.45GHz.

Wenn man genauer messen möchte, dann müsste man zwecks Kalibrierung den 
Open, Short und 50Ohm am Kabelende schon recht genau realisieren können. 
Gerade beim 50 Ohm muß man schon sehr aufpassen, da keine ungewollten 
Länge (sprich Serien-L) einzubauen. Eventuell ist es sogar besser, die 
Coax-Kalibrierung auf SMA-Ebene zu nutzen und mit einer verlustarmen 
Leitung (nicht so extrem dünn wie meine oben genannten) nur die Phase 
zurückzudrehen (Port Extension).

>Geht es dabei einfach darum die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle
>innerhalb der Kabels zu kennen und dann daraus das Delay in ps zu
>berechnen?

Genau, das wäre dann Port Extension zum Zurückdrehen der Phase. Man kann 
sich an den richtigen Wert herantasten, wenn man die Leitung mit Open 
oder Short testet.

~~

Die im Layout per 0 Ohm-Bestückung umschaltbare Brücke von Antenne zum 
Transceiver bzw. zur U.FL-Buchse ist eine sinnvolle Idee, wenn der Platz 
vorhanden ist. Das wird oft so gemacht.

: Bearbeitet durch User
von Holger K. (holgerkraehe)


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Volker M. schrieb:
> Genau, das wäre dann Port Extension zum Zurückdrehen der Phase. Man kann
> sich an den richtigen Wert herantasten, wenn man die Leitung mit Open
> oder Short testet.

Gute Idee!
Das könnte ich versuchen.

Danke.

------------

Aktuell versuche ich, die Simulations und Messergebnisse in CST Studio 
nachzubilden. Leider scheitere ich momentan ziemlich stark.

Ich habe inzwischen das Layout importiert und eine Simulation 
aufgesetzt. Dazu habe ich alle nicht angeschlossenen Metallelemente 
(Leiterbahnen) entfernt, um die Simulation zu beschleunigen.

Anebi findet ihr einen Haufen von Bildern zur Simulation.

Was habe ich gemacht:

1) Alle Leitebahnen und Vias sind als PEC defininiert (Perfect 
Conductor)
2) Vias sind mit den Leiterbahnen verschmolzen (boolean add)
3) Port wurde definiert (manuell)
4) Solver wurde konfiguriert für einen Frequenzbereich von 1.8-3GHz
5) Simulation wurde ausgeführt. Dauert ca 3-4 Minuten

Leider haben die Ergebnisse nicht annähernd etwas mit der Realität zu 
tun.
Kennt sich eventuell jemand mit diesem Tool aus und kann mir hierbei 
etwas Hilfe leisten?

Vielen Dank!

von Holger K. (holgerkraehe)


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Hier noch ein Bild der Stromverteilung.
Der rote Rahmen ist der Port.

Sieht für mich so aus, als wäre der Port falsch definiert.
Was meint ihr?

von Volker M. (antennensimulation)


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Holger K. schrieb:
> Sieht für mich so aus, als wäre der Port falsch definiert.
> Was meint ihr?

Ja, der Porttyp ist hierfür ist falsch und der Portbereich auch viel zu 
groß definiert.

Schau mal nach so etwas wie "discrete port" oder "lumped port", der 
zwischen zwei Leitern angebracht wird.

: Bearbeitet durch User
von Holger K. (holgerkraehe)


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Vielen Dank für deine Antwort.

Ich habe inzwischen einen entsprechend Port hinzugefügt.
Leider erhalte ich die Meldung, dass mein Netz eine andere Grösse als 
der Port selbst hat.

Kennt jemand eine solche Meldung?

Danke

von Volker M. (antennensimulation)


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Grundsätzlich ist so ein Port richtig.

Ich kenne mich mit CST nur wenig aus, würde aber bei dieser Meldung 
vermuten daß die Endpunkte des Ports falsch liegen (Port teilweise im 
Metall?)
Mit Empire würde man den Port von Unterkante Toplayer zu Oberkante 
Bottom Layer definieren.

von Holger K. (holgerkraehe)


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Volker M. schrieb:
> Ich kenne mich mit CST nur wenig aus, würde aber bei dieser Meldung
> vermuten daß die Endpunkte des Ports falsch liegen (Port teilweise im
> Metall?)

Du hast absolut recht gehabt!
Hab den Port nun korrekt definiert. Die Simulation hat nun funktioniert.


Das ganze sieht nun aus wie im Anhang.

Unglücklicherweise sieht das S11 noch nicht ganz aus wie die Simulation 
von Volker. Eventuell liegt es noch am fehlenden Schliesser des Relais.

von Holger K. (holgerkraehe)


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Haha

Nun habe ich ein weiteres häckchen gesetzt beim Solver.

Nun ist die Resonanz bei 2.6GHz.
Scheint ne Art Glücksspiel zu sein ^^

von Volker M. (antennensimulation)


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Das ist etwas unübersichtlich. Ich würde die Mesh-Adaption auf 2.4GHz 
stellen. Keine Ahnung, was du momentan ausgewählt hast, da ist die 
Hälfte der Einträge leer?

: Bearbeitet durch User

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