Antenne auf sehr schmalem PCB für ESP32-C3

[Simon B. (nomis)]

Hallo allerseits.

Ich arbeite gerade an einem ESP32-C3 (ESP8685H4) basierten Board, wobei 
ich das Ziel habe, ein möglichst schmales Board zu bauen.

Nachdem ich dann versucht habe, mich in die Thematik von PCB-Antennen 
und/oder Chip-Antennen einzulesen habe ich sehr schnell gemerkt, dass 
ich da völlig ahnungslos bin und bestenfalls kreativ herumstümpern 
könnte.

Ich bin jetzt darauf ausgewichen, dass ich auf dem Board einen 
U.FL-Stecker unterbringen möchte und damit mir einen Großteil der 
Layout-Schwierigkeiten wohl ersparen würde. Trotzdem habe ich noch 
Fragen...  :-)

Im angehängten Bild seht ihr das grundlegende Layout. Es wird eine 
vierlagige Platine werden, dargestellt sind die oberen zwei, wobei unter 
dem Antennen-Trace eine durchgehende Groundplane liegt. Die Breite und 
Abstände der Antennenbahn habe ich mit dem Impedanzrechner von JLCPCB 
für deren impedanzkontrollierten PCB-Aufbau "JLC7628" bestimmt.

In dem Layout ist ein Pi-Matching-Netzwerk vorgesehen (ich habe mich an 
dem hardware-design-guide für den esp32-c3 orientiert), und ich bin nun 
absolut ratlos, was denn nun ein guter Startwert für die entsprechenden 
Bauteilwerte wäre. Ist soein Netzwerk bei einem U.FL-Stecker überhaupt 
nützlich? Oder kann ich das auch einfach weglassen? Wenn nicht: Was wäre 
denn eine sinnvolle initiale Bestückung mit hohen Erfolgschancen?


Als Alternative habe ich dann doch auch nochmal bei Chip-Antennen 
recherchiert. Ich habe mich halt auf die Breite der Platine auf 10.16mm 
festgelegt, könnte aber in der Länge noch etwas drauflegen. Gibt es denn 
Chip-Platinen die mit einer solchen schmalen Platine überhaupt etwas 
anfangen können? Ich bin mir nicht so recht sicher, wie ich die 
Datenblätter für die Chip-Antennen lesen soll. Es gibt Antennen wie z.B. 
die 2450AT42E0100E von Johanson ( 
https://www.johansontechnology.com/datasheets/2450AT42E0100/2450AT42E0100.pdf 
) die beim naiven Lesen auf mich den Eindruck macht, dass sie vielleicht 
mit sehr wenig PCB drumherum auskommen könnte - wobei mir aber unklar 
ist, wie relevant da die angegebenen Abmessungen für die riesige 
Groundplane drumherum sind.

Eine andere Möglichkeit ist evtl. die 2108838-1 von TE ( 
https://www.te.com/commerce/DocumentDelivery/DDEController?Action=srchrtrv&DocNm=2108838&DocType=Data+Sheet&DocLang=English&DocFormat=pdf&PartCntxt=2108838-1 
), da scheint mir das Layout tatsächlich direkt von einer 10mm breiten 
Platine auszugehen, wobei dann allerdings relativ großzügige "Keep 
out"-Areas definiert werden, von denen mir unklar ist wie ich die 
Diagramme interpretieren soll (warum sind da zwei Antenna-Outlines 
drin?) und auf was die sich genau alles beziehen.

Kann mir hier jemand etwas aus dem Quark helfen?  :-)

Vielen Dank!
        Simon

[Gerald K. (geku)]

https://www.wellpcb.com/chip-antenna-vs-pcb-antenna.html

Welche Anforderungen werden an die Reichweite gestellt?

[Simon B. (nomis)]

Danke für den Link, das werde ich mal durchackern.

Was die Reichweite angeht: Natürlich je mehr desto besser - aber es ist 
letztlich nicht besonders kritisch. Wenn es im Haus vielleicht nicht 
direkt neben dem AP stehen muss und vielleicht auch der nächste Raum 
noch ginge wäre das super.

Grüße,
        Simon

[Gerald K. (geku)]

https://www.proto-electronics.com/de/blog/so-entwerfen-sie-leiterplattenantennen

[Rajko B. (balun)]

Du könntest auch sowas nehmen:

https://www.mouser.de/ProductDetail/Ignion/NN03-320?qs=OTrKUuiFdkbF20ahZYIa2w%3D%3D

Gruss
Rajko

[Simon B. (nomis)]

Spannend. Die haben sogar einen Service bei dem man sich ein Layout für 
eine spezifische Anwendung generieren lassen kann...

Das macht ja dann doch tatsächlich eine dual-Lösung fast praktikabel.

Wie ist das denn bei einem U.FL-Antennenanschluss. Ist da ein 
Anpassungsnetzwerk davor sinnvoll/nützlich?

Viele Grüße,
        Simon

[Hp M. (nachtmix)]

Simon B. schrieb:
> Wie ist das denn bei einem U.FL-Antennenanschluss. Ist da ein
> Anpassungsnetzwerk davor sinnvoll/nützlich?

Grundsätzlich muss man davon ausgehen, dass ein Kabel mit einer 
elektrischen Länge ab vllt Lambda/20 spürbare 
Transformationseigenschaften hat.
Die wirken sich aber (zum Guten oder zum Schlechten) nur aus, wenn die 
Antenne  nicht an das Kabel angepasst ist.
Bei den Steckverbindern ist das nicht so kritisch, weil sie einerseits 
normalerweise recht kurz sind, und ausserdem gewöhnlich zum Kabel 
passen, also elektrisch nichts weiter sind, als eine Verlängerung des 
Kabels um ein paar mm.
Du solltest aber daran denken, dass solch dünne Kabel bei GHz erhebliche 
Verluste haben, und daher ohnehin möglichst kurz, vllt eine Handbreit, 
sein sollten.

[Simon B. (nomis)]

Dann mache ich da wohl nochmal eine Runde.

Angehängt ist mein gegenwärtiger Stand, basierend auf der 
NN02-201-Antenne. Ich habe da im Moment die 0-Ohm-Widerstände für die 
Umschaltung zwischen Antenne und Anpassungsnetzwerk sitzen, das weicht 
aber von dem von Ignion empfohlenen Layout ab (da sitzt das 
Anpassungsnetzwerk links unten direkt am Ende der Groundplane).

Ich würde bei der Verwendung des Anschlusses diese fertig 
konfektionierten Antennen verwenden wollen, die man günstig bei Ebay 
kriegen kann. Ich gehe mal davon aus, dass die schon an die 
Eigenschaften des Pigtail angepasst sein sollten...

Wenn ich Dich richtig interpretiere ist es dann vertretbar, dass man auf 
ein Anpassungsnetzwerk zwischen ESP und u.fl-connector verzichtet. Das 
hätte den Vorteil, dass ich das Netzwerk an die empfohlene Stelle packen 
könnte, die Umschaltung würde dann in Richtung ESP wandern.

Vielen Dank!
        Simon

[Simon B. (nomis)]

...also so etwa...

Viele Grüße,
        Simon