Guten Tag,
ich hatte bereits vor einigen Jahren einen Beitrag hier eingestellt zum
Ausgangsmatching des NRF24L01+.
Beitrag "NRF24L01+ Ausgangsimpedanz"
Die Grafiken ads-diff und matching-result-diff zeigen meine Simulation
und den Aufbau für ein differentielles Matching an 100 Ohm. Das Netzwerk
habe ich so aus einem Forenbeitrag abgekupfert und nur zur Kontrolle mal
simuliert.
Das habe ich damals so aufgebaut und es tut auch. Ich habe nie
nachgemessen, wie "gut", da mir das Equipment damals fehlte.
ich gehe von einer differentiellen Ausgangsimpedanz von (15-88j) Ohm
aus. das hat für das differentielle Matching auch gut funktioniert.
Nun stehe ich vor dem Problem, dass ich das NRF24L01+ single ended an 50
Ohm matchen will. Das wird von der Standardschaltung im DB gezeigt.
Leider kann ich egal was ich mache, das Matching Framework im DB
simulativ nicht mal im Ansatz zu einem Matching bringen.
matching-network-db.png zeigt das Netzwerk im Datenblatt. Ich habe
gerade keinen Zugriff mehr auf ADS und werde heute Abend das Netzwerk in
Qucs simulieren und die Graphen nachreichen.
Ich verstehe nicht, wie das Netzwerk im Datenblatt funktionieren kann.
Kann mich da jemand aufklären?
Die generelle Topologie scheint schon zu passen. Mein Problem liegt an
den konkreten Werten.
Ich gehe von einer Ausgangsimpedanz von 15-j88 Ohm aus. Da passt dann
das im Datenblatt gegebene Netzwerk überhaupt nicht dazu. Damit kommt
man nichtmal im Ansatz in die Mitte des Smith-Diagrams. Es ist, als wäre
die Annahme der 15-j88 Ohm falsch, was sie aber augenscheinlich nicht
ist, da ich bereits ein differentielles Anpassnetzwerk erfolgreich in
Betrieb habe.
Mein Problem konkret:
Mache ich es wie im DB und akzeptiere, dass ich es nicht verstanden habe
und auch null nachvollziehen kann,
ODER designe ich ein eigenes Netzwerk, das simulativ zwar geht, aber
dann eventuell in der Praxis nicht tut.
Für mich passen die Angabe der Ausgangsimpedanz und das Matching
Netzwerk nicht zusammen. Irgendwas stimmt da nicht. Heute Abend werde
ich meine Simulationen mal anhängen. Aber S-Parameter von der
Größenordnung S11 = -2dB und S21 = -12 dB sind definitiv nicht
angepasst.
Ich habe nun mal in Qucs das differentielle Matching auf 100Z
nachsimuliert. Das deckt sich soweit mit den obigen ADS Simulationen.
Ein Problem, das ich hatte war es, in Qucs eine komplexe Quellimpedanz
anzugeben. Das scheint er nicht zu fressen. Ich habe daraufhin die
Quellimpedanz in 15 Ohm für den Port und einen Vierport mit der Reaktanz
-88j Ohm umgewandelt.
(Ich habe gerade festgestellt, dass der LAtex Formel-Support hier im
Forum keine Matrizen rendert...). Ich habe die Kettenparameter zu A11 =
1, A12 = -88j Ohm, A21 = 0, A22 = 1 gewählt, was einer Längsimpedanz von
-j88 Ohm entspricht.
Die Dateien differential-*.png zeigen das differentielle Match und die
Simulationsergebnisse.
Nun zum von Nordic im Datenblatt vorgeschlagenen Matcvhing Netzwerk.
Die Bilder "single-ended-*.png" zeigen Schaltplan und die S-Parameter.
Das Ergebnis sieht furchtbar aus.
Ich habe auch schon einiges probiert: Serienwiderstände in L und C, kien
idealer RF-Short an der 2.7 nH Induktivität etc. Es ändert sich nichts
nennenswert an den Ergebnissen.
Ist meine Simulation falsch? Warum kommt so ein Mist dabei heraus? Ist
das Matching-Netzwerk im Datenblatt falsch?
M. H. schrieb:> Ist meine Simulation falsch? Warum kommt so ein Mist dabei heraus? Ist> das Matching-Netzwerk im Datenblatt falsch?
Ist denn das Netzwerk nicht auf die gedruckte Antenne auf
dem vorgeschlagenen Board-Layout bezogen? Diese Antenne
muss ja nicht auf 50 Ohm ausgelegt sein ....
M. H. schrieb:> Ich habe nun mal in Qucs das differentielle Matching auf 100Z> nachsimuliert. Das deckt sich soweit mit den obigen ADS Simulationen.
Sieht gut aus, zumindest im Idealfall.
M. H. schrieb:> Ein Problem, das ich hatte war es, in Qucs eine komplexe Quellimpedanz> anzugeben. Das scheint er nicht zu fressen. Ich habe daraufhin die> Quellimpedanz in 15 Ohm für den Port und einen Vierport mit der Reaktanz> -88j Ohm umgewandelt.
Du kannst S11 auch ohne Klimmzüge bestimmen. Das Netzwerk muss dazu
leicht umgebaut werden (Massepunkt verschieben), s. Anhang. Der Realteil
stimmt schon recht gut, am Blindanteil muss noch Hand angelegt werden.
mitlesa schrieb:> Ist denn das Netzwerk nicht auf die gedruckte Antenne auf> dem vorgeschlagenen Board-Layout bezogen? Diese Antenne> muss ja nicht auf 50 Ohm ausgelegt sein ....
Im Datenblatt steht am Abgang des Netzwerks "50 Ohm"
Hallo zusammen,
ich habe versucht mich im Nordic forum anzumelden und meine Fragen dort
zu klären. Aber sie schicken mir einfach keine Bestätigungsmail für den
Account :(
Sei's drum. Egal was ich annehme an Parasiten, das Matching Netzwerk aus
dem Datenblatt kommt auf keine 50 Ohm.
Hat noch jemand eine Idee, woran es liegen könnte, dass Simulation und
offensichtliche Wirklichkeit nicht so wirklich zusammen passen?
Ich frage so dumm, weil ich das Matching des NRF24L01+ auf eine Antenne
Anpassen muss, die keine 50 Ohm besitzt. Dafür hätte ich gerne erstmal
das bestehende Netzwerk halbwegs "verstanden".
M. H. schrieb:> Sei's drum. Egal was ich annehme an Parasiten, das Matching Netzwerk aus> dem Datenblatt kommt auf keine 50 Ohm.
Ja, leider transformiert das Netzwerk nicht auf 50 Ohm und was
vielleicht noch wichtiger ist, auch nicht von differenziell auf
single-ended. Speist man am 50 Ohm Port eine Spannung ein, sind die
Spannungen am differenziellen Port, bei korrekter Belastung, weder
gleich noch 180° phasenverschoben.
Im folgenden Whitepaper wird das Anpassnetzwerk (sehr) kurz beschrieben,
doch die Beschreibung (S.1 unten und S.2 oben) ergibt keinen Sinn.
https://infocenter.nordicsemi.com/pdf/nwp_013.pdf?cp=12_14
Als Test habe ich ein eigenes LC-Netzwerk für 2450MHz entworfen, über
welches auch gleichzeitig die Betriebsspannung zugeführt werden kann.
Die Ausgangsimpedanz des NRF24L01+ (532 Ohm || 0,715 pF) wurde in 2 x
(266 Ohm || 1,43 pF) gesplittet. Der kapazitive Anteil des NRF wird mit
5,6nH kompensiert. Es folgt ein LC-Balun. Damit sich halbwegs praktische
Werte für L und C ergeben, wird von 532 Ohm (differenziell) auf einen
niederohmigen Wert von ca. 7 Ohm (single-ended) transformiert. Anpassung
auf 50 Ohm übernimmt eine L-Schaltung (1,5 nH / 3 pF) am Ausgang.
Wegen des hohen Transformationsverhältnisses ist das Netzwerk
schmalbandig und insgesamt eher akademischer Natur. Mit realen Bauteilen
wird die Anpassung, wie auch die Mittenfrequenz, recht schnell daneben
liegen und deshalb schwer abzustimmen sein.
Die SPICE Simulation zeigt jedoch, dass das Netzwerk einwandfrei
funktioniert. Die Spannungen am differenziellen Port sind sowohl gleich
als auch 180° phasenverschoben.
M. H. schrieb:> Ich frage so dumm, weil ich das Matching des NRF24L01+ auf eine Antenne> Anpassen muss, die keine 50 Ohm besitzt.
Eine einfache jedoch kostenintensivere Lösung wäre, dein (oder ein
ähnliches) symmetrisches Netzwerk zu nehmen und an dessen Ausgang ein
Balun (z.B. 100 Ohm : 50 Ohm) vorzusehen. Danach kannst du mit einem
PI-Glied auf einer beliebigen Antennenimpedanz transformieren.
Von Anaren gibt es für den NRF24L01(+) einen speziellen und sehr
preiswerten Balun mit minimaler Zusatzbeschaltung:
https://www.mouser.com/datasheet/2/21/BD2425NNRF_DataSheet(Rev_B)-1221818.pdfhttps://www.richardsonrfpd.com/docs/rfpd/Anaren_NordicRF-3001RevA_applicationsnote.pdf
Muss man beim Matchen nicht von rechts nach links vorgehen? Also von den
50 Ohm der Antenne ausgehend rückwärts bis zu den Anschlüssen am
Senderausgang gehen. Damit kommt man idealerweise zur konjugiert
komplexen Impedanz des Senderausgangs. Was die Antenne sieht ist erst
mal egal.
Christoph db1uq K. schrieb:> Muss man beim Matchen nicht von rechts nach links vorgehen? Also> von den> 50 Ohm der Antenne ausgehend rückwärts bis zu den Anschlüssen am> Senderausgang gehen.
Normalerweise von der komplexen Impedanz nach 50 Ohm, geht aber auch
anders herum. Was davon "rechts" und was "links" ist, ist nicht in Stein
gemeißelt.
Es geht doch darum, dass der Senderausgang eine leistungsangepasste Last
sieht, nicht dass die Antenne rückwärts eine 50 Ohm Quelle sieht. Die
Quelle, also der Sender darf auch einen fehlangepassten Innenwiderstand
haben, das schadet nur, wenn von der Antenne etwas zurückläuft, dann
gibt es Mehrfachreflektionen.
Christoph db1uq K. schrieb:> Es geht doch darum, dass der Senderausgang eine leistungsangepasste Last> sieht, nicht dass die Antenne rückwärts eine 50 Ohm Quelle sieht. Die> Quelle, also der Sender darf auch einen fehlangepassten Innenwiderstand> haben, das schadet nur, wenn von der Antenne etwas zurückläuft, dann> gibt es Mehrfachreflektionen.
Wenn man in erster Linie von einem passiven verlustfreien Netzwerk
ausgeht, dann sind beide Betrachtungsweisen äquivalent und einfach nur
die zwei Seiten der selben Medaille.
Wenn man den "Eingang" auf die komplex-konjuierte Impedanz des Senders
frickelt mit angeschlossener 50 Ohm Antenne, dann sieht man umgekehrt
von der Antenne aus gesehen auch 50 Ohm rein.
Diese Sichtweise ist auch technisch angebracht, da das Modul ja auch
empfängt ;)
Wen es interessiert, wie ich das Problem gelöst habe:
Gar nicht. Ich bin gedanklich keinen cm weiter. Ich habe resigniert und
einen fertigen Balun genommen, der für das NRF24L01 konzipiert wurde.
:)
Trotzdem Vielen Dank für eure Ideen.
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matching-network-db.png
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