ESP32-WROOM-DA – ESP32-Modul mit direktiven Antennen

[Tam H. (Firma: Tamoggemon Holding k.s.) (tamhanna)]

Mit dem WROOM-DA steht ein neues ESP32-Modul ante portas, das auf seiner Platine zwei um 90 Grad verdrehte PCB-Antennen mitbringt. Sinn dieser Vorgehensweise ist die Verbesserung der Reichweite.

von Tam Hanna

Worum geht es hier

Der ESP32 ist ein Mikrocontroller, der vergleichsweise leistungsfähige Rechenkerne mit einem WLAN- und einem Bluetooth-Transmitter kombiniert und so bei der Realisierung von Systemen des Internet der Dinge hilft. Mit dem WROOM-DA steht nun eine neue Version ante portas. Sie bringt zwei in einem Winkel von 90 Grad zueinander verdrehte Antennen mit und sorgt so für bessere Funkleistungen.

Mit dem ESP32-WROOM-32E pinkompatibel

Espressif experimentierte in der Vergangenheit mit RISC-V-Kernen. Beim WROOM-DA bleibt man dem ursprünglichen Konzept treu, das Modul basiert auf dem ESP32-D0WD-V3 mit seinen zwei Xtensa LX6-Prozessoren. Das SRAM ist 520KB groß, 448KB ROM nehmen die Benutzerapplikation auf. Über die Frage, wie zwischen den beiden Antennen geschaltet wird, schweigt sich Espressif derzeit aus. In der offiziellen Ankündigung findet sich nur die folgende, vergleichsweise vage Aussage:

While being used, the module works according to signal strength, selecting the strongest signal to ensure continuous communication. When a weak signal is detected, the module continues to work with an API call that helps it switch to the other antenna with a stronger signal.

Wie dies genau funktioniert, ist derzeit nicht bekannt. Eine schnelle Durchsuchung der letzten Commits im ESP-IDF-Repository (siehe https://github.com/espressif/esp-idf/commits/master) ergab keine Änderungen, die auf eine diesbezügliche, neue API hinweisen. Wirklich neu ist die Idee indes nicht. Toshiro Kodera veröffenbtlichte schoin 2017 seine Überlegungen zum Thema “Adaptive antenna system by ESP32-PICO-D4 and its application to web radio system” - das Paper findet sich unter https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2468067217300871.

Was tun?

Zum Zeitpunkt der Abfassung dieses Artikels ist der WROOM-DA “Bückware” und bei Distributoren und Suchengines wie OEMSecrets nicht zu finden. Wer den Chip in einem Design verwenden mächte, muss https://www.espressif.com/en/contact-us/sales-questions aufrufen und eine Anfrage stellen. Ob der elektronischen Kompatibilität mit dem ESP32-WROOM-32E lässt sich anhand der (wohl zu +/- 10% maßstäblichen) Grafik allerdings schon eine Berechnung für Keepout Zones und physikalische Dimensionierungen vornehmen – der Autor hat dies in der Grafik vorweggenommen…

Weitergehende Informationen

Ankündigung bei Espressif => https://www.espressif.com/en/news/ESP32-WROOM-DA

[Lotta (Gast)]

Das wär dann ein Controller mit "MIMO",
wenn man die Antennen wirklich umschalten kann.
Geiles Spielzeug... :-P


mfg

[Tam H. (Firma: Tamoggemon Holding k.s.) (tamhanna)]

Hallo,
der Link mit dem Paper ist auch für dich!

Denke, es ist interessant.

th

[Lotta (Gast)]

Tam H. schrieb:
> Hallo,
> der Link mit dem Paper ist auch für dich!
>
> Denke, es ist interessant.
>
> th

Nicht schlecht, jetzt müßte nur geklärt werden,
ob man die "automatische Umschaltung" der Antennen
auch manuell überschreiben kann. :-O

mfg

[Dennis (Gast)]

Lotta schrieb:
> Das wär dann ein Controller mit "MIMO",
> wenn man die Antennen wirklich umschalten kann.
> Geiles Spielzeug... :-P
>
> mfg

Die Antenne umzuschalten bringt dir erst mal gar nichts wenn da nur eine 
RX/TX Einheit drin ist.

[Java Coder (Gast)]

Das würd ich so jetzt nicht unterschreiben wollen.

Ich vermute das beide Antennen immer irgend etwas empfangen können. Die 
eine besser, die andere etwas schlechter. Mit passender FW kann man wenn 
die Error Rate  RSI  ... zu schlecht wird mal testweise auf die andere 
Antenne schalten um zu schauen ob es da besser läuft. Das Protokoll 
sollte ja Paket verlust auf der Funktstrecke kompensieren können. Es 
kann ja immer mal passieren das die Übertragung gestört wurde und das 
Paket erneut geschickt werden muss.

[Bänz (Gast)]

Lotta schrieb:
> Das wär dann ein Controller mit "MIMO",

Nur antenna diversity.

[Prokrastinator (Gast)]

Lotta schrieb:
> ob man die "automatische Umschaltung" der Antennen
> auch manuell überschreiben kann.

Wozu soll das gut sein?

Versprech Dir nicht zuviel von antenna diversity.
Schaltungstechnisch recht simpel und die Antennenstruktur ist immer noch 
möglichst klein & billig und nicht möglichst gut.
Vergleich: https://www.ti.com/lit/pdf/swra351

Empfangsprobleme löst Du eher mit einer vernünftigen externen Antenne.
Solange aber selbst kommerzielle Produkte nicht nicht mal die 
elementarsten Abstandsforderungen von espressiv einhalten (Hardware 
design guide 3.1.2: positioning), wird auch eine weitere Antenne wenig 
bringen.

[Volker M. (Gast)]

Java Coder schrieb:

> Ich vermute das beide Antennen immer irgend etwas empfangen können. Die
> eine besser, die andere etwas schlechter.

Das ist die Idee dabei. Ich hatte in den letzten Monaten einige 
ESP32-Projekte mit Simulation unterstützt und fand die Idee mit der 
zweiten Antenne so spannend, dass ich schnell ein Modell gebaut habe. 
Tatsächlich funktioniert das Umschalten sehr gut, wenn man das Modul in 
die Ecke des PCB setzt. Fast alle Minima der einen Antenne verschwinden 
hier beim Umschalten auf die andere Antenne.

Ich weiß nicht, ob ich hier auf meine Appnote verlinken darf, aber 
einige Antennendiagramme sind beispielhaft angehängt. Das Polardiagramm 
ist in der Ebene des PCB (theta=90°, E_total).

Viele Grüße
Volker

[Prokrastinator (Gast)]

Volker M. schrieb:
> mit Simulation unterstützt

Danke dafür!
Was mich noch sehr interessieren würde ist das 'triple_theta90', also 
der Vergleich mit der klassischen Antennenanordnung.
(gerne auch Vergleich mit ext. Antennen oder anderen FR4 
Antennenstrukturen)

[Marek N. (Gast)]

Kann der jetzt MIMO oder nicht?

[Volker M. (Gast)]

Marek N. schrieb:
> Kann der jetzt MIMO oder nicht?

Nein, keine zwei simultanen Datenströme sondern nur Umschaltung auf die 
jeweils beste Antenne.

Die Pressenotiz ist eindeutig: "While being used, the module works 
according to signal strength, selecting the strongest signal to ensure 
continuous communication. When a weak signal is detected, the module 
continues to work with an API call that helps it switch to the other 
antenna with a stronger signal."

[Volker M. (Gast)]

Prokrastinator schrieb:
> Was mich noch sehr interessieren würde ist das 'triple_theta90', also
> der Vergleich mit der klassischen Antennenanordnung.
> (gerne auch Vergleich mit ext. Antennen oder anderen FR4
> Antennenstrukturen)

Welche klassische Anordnung meinst du, hast du ein Bild/Beispiel? Die 
F-Antenna ist für PCB-Integration schon sehr typisch.

Der Antennenwirkungsgrad ist in der Simulation sehr ordentlich, über 
80%. FR4-Verluste sind dabei mit tand=0.02 angesetzt, Leiterverluste 
ebenfalls modelliert. Deine Kritik oben kann ich deshalb nicht teilen, 
die Antenne ist nicht nennenswert schlechter als die TI-Referenzdesigns 
die ich bisher simuliert hatte.

[Lotta . (mercedes)]

nicht schlecht... :-P

OM's,
Mir ist schon klar, das der Prozzi kein richtiges MIMO kann,
deshalb hab ich ja "MIMO" in Gänsefüßchen geschrieben.
Ich find aber, das Teil ist absolut geil für Schwarmintelligenz-
versuche, wenn er dann irgendwann mal erhältlich ist.

Zum Beispiel:
Der Prozzi nimmt die Nachicht vom rechts befindlichen Prozessor
auf, schaltet dann um und gibt sie an den links befindlichen
Prozzi weiter.

mfg

[Bänz (Gast)]

Worauf bezieht sich eigentlich das "direktiv" im Titel?

[Volker M. (Gast)]

Prokrastinator schrieb:
> Solange aber selbst kommerzielle Produkte nicht nicht mal die
> elementarsten Abstandsforderungen von espressiv einhalten (Hardware
> design guide 3.1.2: positioning), wird auch eine weitere Antenne wenig
> bringen.

Noch ein Nachtrag zu diesem Thema, weil espressif nicht sehr konkret ist 
was GENAU mit den keepout zones gemeint ist:

Wenn man dort alle Metalle vermeidet, aber das FR4 stehen lässt, so 
erzeugt das bereits eine massive Verschiebung der Antennenresonanz. 
Sinnvoll ist es daher, dort auch das FR4 freizustellen. Nicht ganz 
überraschend, aber espressif dokumentiert es leider nicht so deutlich 
...

Zu beiden Versionen - eine und zwei Antennen - hatte ich mir auch 
angeschaut wie das VSWR auf unterschiedliche Grösse des Mainboards 
reagiert, Doku 
hier:https://muehlhaus.com/support/antenna/esp32-antenna-pcbsize

Viele Grüße
Volker

[Prokrastinator (Gast)]

Volker M. schrieb:
> https://muehlhaus.com/support/antenna/esp32-antenna-pcbsize

Extrem informativ.
Danke dafür!

[LORANFAN (Gast)]

wow  - hammer

Esoressiv wird immer besser. Sind damit Loran-Dinge möglich.
ich hol mir so eins

[John L. (johnli)]

Ich habe diesen Beitrag wirklich genossen, danke fürs Teilen.

[Lotta (Gast)]

John L. schrieb:
> Ich habe diesen Beitrag wirklich genossen, danke fürs Teilen.

Genau!
Hört bitte auf über Tam Hanna zu mosern.
Helft ihm seine Schwächen zu überwinden, nehmt seine Artikel
als das was sie sind:
Anregungen fürs Lernen und für Projekte!
@Hasen, berichtigt Tam, arbeitet ihm mit Spezialwissen zu!

Stark werden wir nur, wenn wir gemeinsam voneinander lernen!


mfg