Wer kennt sich gut mit PCB-Antennen aus?

Christian OP #7304459
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Hi Leute,

ich verwende das Funkmodul MRF89XAM8A. Leider ist diese Platine an sich unfertig. Es fehlt das "Gegengewicht", wie es wohl heisst, also die Ground-Plane.

Leider gibt es dazu keine fundierten Informationen, ausser "1 cm Platz links, unten und rechts".

Das Funkmodul liegt bei mir auf der Oberseite der Platine. Es gibt jetzt natürlich mehrere Methoden, den "Ground-Layer" zu designen. Welcher ist am besten?

  1. Ground Layer nur auf der Oberseite der Platine. GND vom MRF fliesst über eine extra Leiterbahn auf der Unterseite. Alle weiteren Leiterbahnen auf der Unterseite der Platine. Keine Massefläche auf der Unterseite. Gefühlter Vorteil: Kein parasitärer Stromfluss durch die Massefläche. Nur der reine "Antennenstrom".

  2. Ground-Layer auf beiden Seiten, jedoch nicht durch Vias verbunden. Vorteil: Mehr Massefläche, kein parasitärer Stromfluss durch die obere Kupferfläche.

  3. Ground-Layer auf beiden Seiten, jedoch durch massig Vias miteinander verbunden. Vorteil: Weiss ich nicht, aber sieht man häufig. Gefühlter Nachteil: Parasitärer Stromfluss durch die obere Massefläche.

Ich habe auch nach wochenlangem Googlen nichts Aussagekräftiges zu meiner Frage gefunden.

Es geht darum, die Empfangsempfindlichkeit zu maximieren, wie auch das Abstrahlverhalten. Oder anders: Das Link Budget zu maximieren.

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Marcel B. #7304480
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Das ist doch im Datenblatt hinreichend genau beschrieben, dort gibt es bei Fig 1.5 doch eine klare Empfehlung, was frei sein soll und was das Gegengewicht darstellt. Als Gegengewicht genügt die obere Lage, meiner Einschätzung nach sollte Top+Bottom kein Showstopper werden. In dem Bereich, wo kein Metall sein sollte betrifft das alle Lagen.

VG Marcel

PS: Microchip empfiehlt die Antenne über die eigentliche Platine herausragen zu lassen...

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beo bachta Gast #7304515
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Christian schrieb:

Welcher ist am besten?

Reicht die Aussage hier nicht?

1
 
Host PCB Top Copper Ground Plane (Antenna Counterpoise):

2
 
Extend the host PCB top copper ground plane under and to the left

3
 
and right side of the module at least 0.4 inches (1 cm) for best

4
 
antenna performance.

Dort steht doch klar "top copper".

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beo bachta Gast #7304611
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Christian schrieb:

Ist halt recht dürftig...

Es ist genau soviel beschrieben wie es braucht. Was willst du noch wissen? Die Stärke des Kupferbelags oder die Rauhigkeit der Oberfläche? Mit akademischster Gründlichkeit wirst du keinen Millimeter Reichweite mehr erzielen.

Nimm einfach zur Kenntnis dass der Hersteller es dir gut und genau genug beschreibt.

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Beitrag #7304614 wurde von einem Moderator gelöscht.
Marcel B. #7304636
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Christian schrieb:

Es geht darum, die Empfangsempfindlichkeit zu maximieren, wie auch das Abstrahlverhalten. Oder anders: Das Link Budget zu maximieren.

Christian schrieb:

Ist halt recht dürftig... und hier geht es nur um die Ground Plane. Dass die Antenne rausragen muss, ist mir bewusst.

Dann musst du entweder iterieren und messen (lassen), weil deine Gesamsituation mit evtl. Gehäuse kann die Appnote / Datenblatt nicht abdecken oder auf gut Glück versuchen.

Bewegst du dich so hart an der Grenze der Möglichkeiten des Moduls? Was sind die Rahmenbedingungen, was muss es können?

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Beitrag #7304858 wurde von einem Moderator gelöscht.
Christian OP #7304867
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Marcel B. schrieb:

Bewegst du dich so hart an der Grenze der Möglichkeiten des Moduls? Was sind die Rahmenbedingungen, was muss es können?

Man will halt das beste rausholen. Derzeit komme ich auf 250 Meter. In der AN1631 kommen die angeblich auf 750 Meter. Mein Modul ist aber noch in einem Polycarbonatgehäuse, ka wieviel das ausmacht.

Dann musst du entweder iterieren und messen (lassen), weil deine Gesamsituation mit evtl. Gehäuse kann die Appnote / Datenblatt nicht abdecken oder auf gut Glück versuchen.

Ja, 10 verschiedene PCBs herstellen lassen und einfach ausprobieren werde ich wohl machen müssen. Ich dachte halt, ich könnte hier etwas Input holen, dass ich das eben NICHT machen muss.

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Simulant Gast #7305050
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Christian schrieb:

Ja, 10 verschiedene PCBs herstellen lassen und einfach ausprobieren werde ich wohl machen müssen. Ich dachte halt, ich könnte hier etwas Input holen, dass ich das eben NICHT machen muss.

Naja, du könntest es so machen wie ich oben schrieb. Meinen PCB-Antennendesigns für 868/915 MHz und 2.4 GHz sind vielfach im Einsatz in Serienprodukten.

Dein Anwendungsfall ist ziemlich trivial und die Überlegungen im Eingangspost zum "parasitären Stromfluss" wenig zielführend. Insbesondere Variante 2 ist ein Eigentor, das geht gar nicht.

Man nutzt bei solchen PCB-Antennen die ganze PCB-Masse (innere Masselage) und hier zusätzlich noch einen Massebereich auf dem Toplayer um das Modul herum um dort definierte Verhältnisse zu schaffen. Das alles mit reichlich Vias/Via Fences verbinden, Abstand nicht größer als 10mm. Weitere GND auf den Aussenlagen soweit vorhanden ebenfalls mit Vias anbinden.

1
 
Gehäuseeinflüsse sind ein anderes Thema, ein Kunstoffmaterial dicht am Strahler verstimmt die Resonanzfrequenz nach unten. Da würde man ggf. den Strahler kürzen (Messung mit VNA, Ferrit als Mantelwellensperre an Einspeisepunkt auf das PCB nicht vergessen).

Was die praktische vs. theoretische Reichweite betrifft so spielen viele Faktoren hinein. So ein Modul montiert auf einem größeren PCB hat keine perfekte Runstrahlung, in eine Richtung quer über das PCB oft sogar eine ausgprägte Nullstelle. Die Hersteller geben natürlich gerne den Gewinn bzw. die Reichweite in der besten Richtung an.

Viel Erfolg wünscht ein PCB-Antennenprofi ;-)

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Simulant Gast #7305064
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Christian schrieb:

Polycarbonatgehäuse

Noch ein Nachtrag zur Materialwahl: Der grösste Einfluss des Gehäuse ist hier die Verstimmung über das Epsilon des Materials, die Absorption im Gehäuse ist eher gering. Dennoch ist hier Polycarbonat eine ungünstige Wahl, weil dieses Material recht hohe HF-Verluste hat (tand=0.01).

Andere Gehäusematerialien haben teilweise geringere HF-Verluste. Faustregel: Finger weg von schwarzen Gehäusen, diese Kunststoffe sind oft Kohlenstoffhaltig mit erhöhten HF-Verlusten.

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