Guten Tag Leute, bin aktuell an der Entwicklung eines kleinen Projekts und wollte fragen, ob es unbedingt notwendig ist, die Antenne meines ESP32 Designs außerhalb der Platine zu platzieren? Macht dies vom Empfang oder anderen Störfaktoren einen großen Unterschied? Leider beeinflusst die nach außen stehende Antenne meine Konstruktion sehr ungünstig, weswegen ich gerne einen Workaround finden möchte. Wäre es möglich, diese Empfangsschleifen am Board direkt zu Routen bzw. gibts da Möglichkeiten, den Empfang zu erhöhen, wenn man ausreichend Platz auf der Platine hat? Vielleicht hat da jemand Erfahrung damit und könnte mir seine Erfahrung nennen. Lg Andreas
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Andreas P. schrieb: > Macht dies vom Empfang oder anderen > Störfaktoren einen großen Unterschied? Macht es, sogar einen sehr großen. > Andreas P. schrieb: > gibts da Möglichkeiten, den Empfang zu erhöhen, wenn man > ausreichend Platz auf der Platine hat? Verwende ein andere Modul mit externer Antenne.
Du kannst auch auf deiner Platine einfach am Rand eine Aussparung für die Antenne vorsehen. Das würde schon mal helfen, auch, wenn eine ext. Antenne natürlich der Königsweg wäre.
Andreas P. schrieb: > Macht dies vom Empfang oder anderen Störfaktoren einen großen Unterschied? Meinst du, dass der Hersteller aus Spaß extra darauf hinweist? Natürlich kannst du die Antenne auch vor einer Kupferfläche montieren, aber wenn das die Sende- und Empfangseigenschaften nicht störend beeinflussen soll, muss Abstand/Ausrichtung auf die Wellenlänge abgestimmt sein und du veränderst die Richtcharakteristik. Bei einer externen Antenne gibt es natürlich genauso Störungen durch die Umgebung. Wie wäre es, einmal out-of-the-box zu denken. Die Diagonale deiner Platine ist sowieso um einen Faktor 1.4 länger als die Kante. Da wäre doch genug Platz für die Antenne. Es kommt natürlich drauf an, wie dein Gesamtkonstrukt aussieht.
Andreas P. schrieb: > Leider beeinflusst die nach außen stehende Antenne meine Konstruktion > sehr ungünstig Wie ist das zu verstehen? Andreas P. schrieb: > Macht dies vom Empfang oder anderen Störfaktoren einen großen > Unterschied? Ja, speziell wenn der darunterliegene Teil der Leiterplatte mit Kupfer beschichtet ist. Auch einen kupferfreie Fläche unter der Antenne dämpft das Funksignal. Kann man die Leiterplatte nicht um den hervorstehenden Teil der Antennenfläche kleiner machen?
Der ESP32 kann Kabel-Ethernet wenn man das entsprechend beschaltet. Dann könntest du deine Schaltung auch per POE versorgen.
Andreas P. schrieb: > eider beeinflusst die nach außen stehende Antenne meine Konstruktion > sehr ungünstig, weswegen ich gerne einen Workaround finden möchte. ESP32 wo anders positionieren. Aussparung für die Antenne vorsehen.
Okay, danke für das Feedback erstmal. Meine erste Platine habe ich aber tatsächlich ohne großen Wissen so aufgebaut, dass der komplette ESP direkt in der Mitte auf der Platine gesessn hat und bestimmt durch die Massefläche auch stark geschirmt wurde. Wlan Signal wurde trotzdem eigentlich immer recht stark erhalten 😅 Aber wenn ich mich näher in das Thema einlese, ist das natürlich relativ schlecht designed, deswegen hier auch die Frage. Leider soll sich die Antenne auch noch dazu in einem Alu-Gehäuse befinden. Hier habe ich dann schon Befürchtungen, dass das Signal extrem gedämpft wird. POE ist keine Alternative, da ich bei Wlan bleiben möchte. Kennt jemand zufällig Kunststoffe oder Verfahren, Kunststoffe relativ ähnlich wie Metalle aussehen zu lassen? Lg
Andreas P. schrieb: > Kennt jemand zufällig Kunststoffe oder Verfahren, Kunststoffe relativ > ähnlich wie Metalle aussehen zu lassen? Naja, das ist im Haushalt allgegenwärtig. Metallische Lacke sind nichts neues. Sogar manche Wasserhähne sind aus Plastik - sehen aber aus wie verchromtes Messing.
Andreas P. schrieb: > Leider soll sich die Antenne auch noch dazu in einem Alu-Gehäuse > befinden. Hier habe ich dann schon Befürchtungen, dass das Signal extrem > gedämpft wird. Diese Befürchtung ist nicht übertrieben. Das nennt sich "Faraday'scher Käfig". Da wird kein brauchbares Signal herauskommen. Bei Metallgehäuse ist eine externe Antenne Pflicht!
Andreas P. schrieb: > Leider soll sich die Antenne auch noch dazu in einem Alu-Gehäuse > befinden. Hier habe ich dann schon Befürchtungen, dass das Signal extrem > gedämpft wird. Geht gar nicht. Es werden hübsche Metallgehäuse für Raspberry Pi 3 und 4 verkauft. Dann kann man nur mehr Ethernet nutzen. Am besten Funkmodul mit externer Antenne und über SMA Antenne anstecken.
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Harry L. schrieb: > Du kannst auch auf deiner Platine einfach am Rand eine Aussparung für > die Antenne vorsehen. Ja, aber unbedingt beachten dass dort nicht nur Masse sondern auch FR4 freigestellt werden muss! Ich hatte mal Simulationen dazu dokumentiert (Seitenende): https://muehlhaus.com/support/antenna/esp32-antenna-pcbsize ~~~ Metallgehäuse geht natürlich gar nicht, in dem Fall externe Antenne verwenden.
Simulant schrieb: > Ja, aber unbedingt beachten dass dort nicht nur Masse sondern auch FR4 > freigestellt werden muss! Liegt an der Dielektrizitätszahl und weniger am Verlustfaktor https://de.wikipedia.org/wiki/FR-4 Das Basimaterial verstimmt die Antenne nach unten. Es kann weniger Energie aufgenommen und abgeben werden. Interessant wäre der Einfluß auf die Reichweite.
Gerald K. schrieb: > Liegt an der Dielektrizitätszahl und weniger am Verlustfaktor Ja, richtig. Den Einfluß auf die Reichweite kannst du grob abschätzen aus meiner Simulation: Bei der resultierenden Resonanzverschiebung mit VSWR=7 @ 2.45 GHz hast du 20% reflektierte Leistung und es werden 80% abgestrahlt. Das wären rechnerisch nur ca. 10% Reichweitenverlust. Ich würde es trotzdem komplett freistellen weil ggf noch andere Einflüsse (Gehäuse usw) die Resonanz weiter verschieben.
Andreas P. schrieb: > Leider soll sich die Antenne auch noch dazu in einem Alu-Gehäuse > befinden. Wie bereits geschrieben wurde, das wird nicht gehen. Aber wenn du einen Schlitz in das Geähuse fräsen kannst, gibt das eine wunderbare Slot-Antenne.
Simulant schrieb: > Bei der resultierenden Resonanzverschiebung mit VSWR=7 @ 2.45 GHz hast > du 20% reflektierte Leistung und es werden 80% abgestrahlt. Das wären > rechnerisch nur ca. 10% Reichweitenverlust. Geht der Verlust der Reichweite mit dem Quadrat ein. Die Energie teilt sich auf der Kugeloberfläche auf. 0,8*0,8 =0,64 Die Reichweite beträgt nur mehr 64%, also rund 1/3 weniger Reichweite
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Erhöht sich damit nicht auch die Belastung der HF Endstufe des IC? Kann sie davon kaputt gehen?
Stefan F. schrieb: > Erhöht sich damit nicht auch die Belastung der HF Endstufe des IC? > Kann sie davon kaputt gehen? Wird bei diesen kleinen Leistungen kein große Rolle spielen. Aber bei einem Funkgerät kann das tödlich für die Endstufe sein.
Wie groß sollte ein Schlitz dann sein bzw. auch mehrere sinnvoll? Und wie würde dann die Abstrahlrichtung aussehen?
Andreas P. schrieb: > Wie groß sollte ein Schlitz dann sein bzw. auch mehrere sinnvoll? > Und wie würde dann die Abstrahlrichtung aussehen? Das mit dem Schlitz würde ich vergessen. Die Kopplung von der internen Antenne zum Schlitz ist viel zu lose. Ich würde eine externe Stabantenne benutzen: https://www.wlan-shop24.de/dualband-wlan-rundstrahlantenne-stabantenne-2dbi-3dbi-rpsma-weiss Dann kann das Gehäuse aus Metall sein. Man braucht nur einen Funkmodul für externe Antenne, ein Kabel zu einer SMA Einbaubuchse: https://www.reichelt.at/at/de/antennenkabel-rp-sma-buchse-delock-89831-p259619.html
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Andreas P. schrieb: > Wie groß sollte ein Schlitz dann sein bzw. auch mehrere sinnvoll? Und > wie würde dann die Abstrahlrichtung aussehen? Nur einer, der lambda/2 lang ist. In der mitte gespeist, es gibt da verschiedene Möglichkeiten. Das wirkt dann wie ein Dipol. Wenn die andere Seite vom Gehäuse geschlossen ist, wird es natürlich eine Richtwirkung geben.
Benj schrieb: > Nur einer, der lambda/2 lang ist. In der mitte gespeist, es gibt da > verschiedene Möglichkeiten. Das wirkt dann wie ein Dipol. Wenn die > andere Seite vom Gehäuse geschlossen ist, wird es natürlich eine > Richtwirkung geben. Was passiert mit der Elektronik, die sich ebenfalls im Metallgehäuse befindet. Das Gehäuse wirkt wie ein Mini-Mikrowellenherd. Es müssten Spannungen in die Leiterbahnen induziert werden.
Gerald K. schrieb: > Es müssten Spannungen in > die Leiterbahnen induziert werden. Natürlich. Wie bei jedem Gerät mit integrierter Sendeantenne. @Op Schlitzantennen gibt es in verschiedenen Variationen, je nach Art der Einspeisung ist eine Impedanzanpassung nötig. Falls du etwas in die Richtung machen willst, lohnt es sich, sich intensiver mit dem Thema auseinander zu setzen und das ganze in einer Simulation nachzubauen.
Kennst Du Anwendungen, bei denen die Elektronik wie Sender , Empfänger sowie MC im Hohlraum verbaut sind. Müssen doch hohe Feldstärken im Hohlraum auftreten. Üblicherweise wird die Energie über Hohlleiter oder Koax in den Hohlraum eingespeist. Gibt es Erfahrungen über bidirektionalen Betrieb von Schlitzantennen? Welche Rückwirkung gibt es auf die Antenne des Funkmoduls, wenn schon FR4 Basismaterial die Antenne stark beeinflusst? Ist der Funkmodul für diesen Betrieb zugelassen? Hat der Entwickler das Equipment und die Erfahrung? Ich habe Geräte mit Funkmodule entwickelt und kenne die Problematik mit der Rückwirkung der Antenne auf die restliche Ekektronik. Der Funkmodul selbst ist mit einen Mehrlagenprint auf diese Problematik optimiert. In einem geschlossen Raum mit hohen Feldstärken wird das Probleme nicht kleiner. Vielleicht muss die restliche Ekektronik geschirmt werden. Ein externe Antenne mit einem geeigneten Funkmodul ist sicherlich der raschere und kostengünstigere Weg, obwohl Schlitzantennen ein interessantes Thema sind. Aber, wie schon gesagt ist funktechnische Erfahrung und Meßausrüstung erforderlich. Alleine um festzustellen ob Oberwellen, die auf dem Funkmodul unterdrückt werden durch die Schlitzantenne nicht wieder in Erscheinung treten. Außerdem ist unklar welche Abstriche an Reichweite der TO dafür in Kauf nehmen würde. https://de.m.wikipedia.org/wiki/Schlitzantenne
Gerald K. schrieb: > Das mit dem Schlitz würde ich vergessen. Die Kopplung von der internen > Antenne zum Schlitz ist viel zu lose. Ja, man müsste schon den Schlitz direkt anregen. Hier ein einfaches Beispiel einer Schlitzantennen-Realisierung für 2.4 GHz: https://www.ijitee.org/wp-content/uploads/papers/v8i2s/BS2668128218.pdf Es gibt sicherlich bessere Designs, aber man bekommt eine Idee wie es aussehen könnte. Für ein Kundenprojekt im Metallgehäuse hatte ich mir sowas im Simulator angeschaut, aber das wird schon aufwändig wenn man Fertigungs- und Positionstoleranzen berücksichtigt. Ein externer Lambda/4 Strahler oder eine flache "Klebeantenne" für metallische Untergründe ist viel einfacher und im Ergebnis vorhersehbarer. Beispiel: https://www.molex.com/molex/products/part-detail/antennas/2124980100#
Simulant schrieb: > Ja, man müsste schon den Schlitz direkt anregen. Könnte bei der integrierten Antenne am Modul nicht so leicht gelingen.
Gerald K. schrieb: > Könnte bei der integrierten Antenne am Modul nicht so leicht gelingen. Dafür gibt's ja die Versionen mit Antennenbuchse anstatt PCB-Antenne. https://www.espressif.com/en/products/modules
Andreas P. schrieb: > Leider soll sich die Antenne auch noch dazu in einem Alu-Gehäuse > befinden. Hier habe ich dann schon Befürchtungen, dass das Signal extrem > gedämpft wird. Du fürchtest zu Recht. Ein idealer Faradayscher Käfig um die Antenne ist nicht gut. > Kennt jemand zufällig Kunststoffe oder Verfahren, Kunststoffe relativ > ähnlich wie Metalle aussehen zu lassen? Je nach Gehäusebauform hilft es oft schon, wenn der Deckel nicht elektrisch mit dem Rest verbunden ist. Und natürlich kommt es auch drauf an, wie gut die WLAN-Abdeckung ist.
Ich habe mich nun dafür entschieden, dass Gehäuse doch aus Kunststoff zu machen um diesen Problemen zu entgehen. Ist es eigentlich möglich, eine Antenne auf einer großen freien Fläche auf der Platine, wie es aktuell der Fall ist, zu routen? Sprich diese Spiralen auf der Platine zu routen um eine bessere Sendeleistung zu erhalten? Oder führt das wieder zu Problemen mit der darüber liegenden Massefläche/Schaltung auf dem oberen Layer? Lg
Wenn der verwendet Modul eine integrierte Antenne besitzt würde ich diese verwenden und dafür sorgen, dass diese über die Leiterplatte hervorragt. Eine Antenne für eine Leitplatte ist für jemanden, der sich nicht mit HF beschäftigt hat in langer Lernprozess. Die Antenne muss die richtige Geometrie und Größe besitzen und auf den Ausgang angepasst werden. Die fertige Antenne am Modul hat den Vorteil, dass der gesamte Funktmodul gemessen und zugelassen ist. Wenn man nicht das notwenige Equiment für die Messungen besitzt, weiß man nicht welche Neben- und Oberwellen mit welcher Stärke abgestrahlt werden.
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Andreas schrieb: > Oder führt das wieder zu > Problemen mit der darüber liegenden Massefläche/Schaltung auf dem oberen > Layer? Masse drunter (Variante 1 im Screenshot) ist tabu, Masserahmen ringsum ebenfalls. Position seitlich am PCB ist durchaus möglich, wenn das ausreichend freigestellt ist, aber man sollte über Erfahrung + Messtechnik verfügen um die Antennenanpassung zu kontrollieren. Die Position und PCB-Größe macht einen Unterschied, einfach ein fremdes Antennenlayout zu kopieren funktioniert nicht gut. Ohne eigene Erfahrung wirst du mit einem ESP32-Modul mit eingebauter Antenne besser fahren, wenn du es genau nach Appnote am Rand deines PCB montierst, mit mindestens 5mm Abstand zum Kunststoffgehäuse.
Ich hätte noch die Idee, das Modul um 45° zu drehen und dann statt einer Ecke zu platzieren. Selbstverständlich sollte dann beim Gehäuse auch keine Schrauben in der Nähe der Antenne sein.
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