Forum: HF, Funk und Felder RFID Antenne Matching Netzwerk mit NanoVNA


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von Tom (tomtt)


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Guten Tag miteinander,
Ich versuche das Matching Netzwerk einer selbst entworfenen PCB Antenne 
an einem MFRC522 Reader von NXP zu bestimmen.
Dazu habe ich einen NanoVNA mit der PC Software NanoVNA-Saver.
Als Unterlagen nutze ich folgende: 
https://www.nxp.com/docs/en/application-note/AN11535.pdf
In der Appnote von NXP wird ein anderer VNA verwendet, was jedoch 
unerheblich sein sollte. Manche Verwirrungen auf meiner Seite könnten 
jedoch von Unterschieden der beiden Geräte herrühren. Eventuell brauche 
ich also nur Hilfe bei der Übersetzung aber das werdet ihr mir 
wahrscheinlich sagen :)

Leider komme ich an manchen Punkten mit der Messung nicht ganz zurecht.

Zu 2.2.1.6:
1. Warum wird der VNA mit 100Hz (kann der NanoVNA gar nicht, er stellt 
sich sowieso auf 1600Hz, was aber glaube ich nicht ausschlaggebend ist) 
bis 25MHz kalibriert? Wäre 12MHz bis 15Mhz nicht sinnvoller?
2. Im NanoVNA-Saver Programm kann man die Sweep Range ja ändern. Ich 
nehme an dafür ist keine Neukalibrierung nötig, da nur der "betrachtete" 
Bereich geändert wird. Oder irre ich mich da?

Zu 4.3:
3. Im Beispiel wird ein anderes Dev Board genutzt. Soll der IC während 
den Messungen dran bleiben oder muss die Antenne und die Beschaltung 
getrennt vermessen werden? Ich schätze mal der IC kann dran bleiben da 
hier ja auch parasitäre Eigenschaften vorhanden sind oder?
4. Es wird erwähnt dass alle R und C runtergelötet werden sollen (macht 
ja Sinn wollen wir ja erst bestimmen). Ist dabei nur das Matching 
Netzwerk gemeint oder auch der Filter? Bisher habe ich nur das Matiching 
Netzwerk weggelassen und den Filter belassen.
5. C1 (serieller C) habe ich gebrückt, da sonst ja keine Messung von 
TX1/2 zur Antenne möglich ist. Passt das so?

Zu 4.4:
6. Bei der Bestimmung der Antenneparameter wird von 1MHz bis 5MHz 
gemessen. Sollte das nicht in der 13.56MHz range stattfinden?
7. Beim MFRC522 Modul wurden ja keine Dämpfungswiderstände verwendet, 
außerdem komme ich rechnerisch auf einen Negativen Wert für diese. 
Können diese dann zu 0 gesetzt werden und somit nicht verwendet werden 
solange Q nicht zu groß wird?
8. Bei der Bestimmung der Antennenkapazität wird eine Range von 1-100MHz 
vorgeschlagen. Wieso? Müsste hier nicht eigentlich neu kalibriert 
werden? Abgesehen davon habe ich hier einen anderne Graphen als in der 
Appnote. Meiner steigt einmal an und fällt ab aber hat keinen 
"Unterschwinger". Ist die NanoVNA-Saver Visualisierung von |Z| hier 
richtig oder muss man eine andere Darstellung wählen?

Zu 5.1:
9. Der Return loss sieht bei meiner Messung auch eher nach einer Geraden 
aus statt ein Peak ins Negative. Muss der Reader für diese Messung 
vielleicht mit einem RFID Tag belastet werden? In der Appnote steht ja 
nichts davon, nur eine Vermutung meiner Seits.




Ok viele Fragen, aber ich würde gerne verstehen was da los ist und auch 
den Umgang mit dem NanoVNA besser verstehen. Hoffe ihr könnt mir helfen 
:)

P.S. Ein anderer Tuningprozess aus einer anderen Appnote 
(https://www.ti.com/lit/an/sloa241c/sloa241c.pdf) scheint mir so viel 
einfacher und praktischer orientiert. Hier ist die Schaltung jedoch eine 
ganz andere. Haben diese beiden Tuningverfahren gemeinsamkeiten bzw. 
ließe sich diese auch auf den MFRC522 übertragen? Aktuell scheinen beide 
Vorgehen in sich logisch aber nicht vergleichbar, dabei sollte es doch 
das selbe sein. Was genau ist der Unterschied den ich übersehe/nicht 
kenne?

Beitrag #7532002 wurde vom Autor gelöscht.
von Tom (tomtt)


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Tom schrieb:
> Als Unterlagen nutze ich folgende:
> https://www.nxp.com/docs/en/application-note/AN11535.pdf

und

> P.S. Ein anderer Tuningprozess aus einer anderen Appnote
> (https://www.ti.com/lit/an/sloa241c/sloa241c.pdf) scheint mir so viel
> einfacher und praktischer orientiert. Hier ist die Schaltung jedoch eine
> ganz andere. Haben diese beiden Tuningverfahren gemeinsamkeiten bzw.
> ließe sich diese auch auf den MFRC522 übertragen? Aktuell scheinen beide
> Vorgehen in sich logisch aber nicht vergleichbar, dabei sollte es doch
> das selbe sein. Was genau ist der Unterschied den ich übersehe/nicht
> kenne?


Ich weiß das sind viele Fragen auf einmal ich habe nur versucht 
möglichst alles zu sammeln.
Im ersten Schritt wäre mir auch schon geholfen wenn mir der Unterschied 
zwischen den Ansätzen der beiden Appnotes klar würde.
Kann mir da vielleicht jemand helfen?

Dankeschön schon mal für eure Hilfe!

: Bearbeitet durch User
von Markus W. (dl8mby)


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@Tom,

>Im NanoVNA-Saver Programm kann man die Sweep Range ja ändern. Ich nehme an dafür 
ist keine Neukalibrierung nötig, da nur der "betrachtete" Bereich geändert wird. 
Oder irre ich mich da?

Bei einer Kalibrierung werden für die einzelnen Mess-Frequenzen die
Cal-Parameter für SOL (Short, Open, Load) bestimmt und im Speicher
oder auf der SD-Karte (permanent) abgelegt, je nach Einstellung.

Wenn Du den Messbereich verkleinerst, hast Du nur die Cal-Werte für
einige Punkte. Alle neuen Punkte dazwischen haben keine Cal-Werte,
weshalb Du wahrscheinlich keine genaue Messung bekommst.

Ich glaube nicht, dass Die FW Zwischenwerte bei der Bereichs-Umstellung
interpoliert. Einfach mit einem DUT ausprobieren.

Bei Ebay gibt es für ca. 10€ kleine Platinen mit einigen Bauteilen
zum vermessen für die VNA's.

https://www.ebay.de/itm/264860247933

LG
Markus

von Tom (tomtt)


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Markus W. schrieb:
> https://www.ebay.de/itm/264860247933


Danke für den Tipp und die Erklärung.
Habe mir so eine Platine bestellt, aber leider ist diese noch nicht 
angekommen.

von Bert 0. (maschinist)


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Tom schrieb:

> Zu 2.2.1.6:
> 1. Warum wird der VNA mit 100Hz (kann der NanoVNA gar nicht, er stellt
> sich sowieso auf 1600Hz, was aber glaube ich nicht ausschlaggebend ist)
> bis 25MHz kalibriert? Wäre 12MHz bis 15Mhz nicht sinnvoller?

Dürfte sich um einen Druck- / Copy&Paste-Fehler handeln. 1MHz - 25MHz 
wäre ausreichend.

> 2. Im NanoVNA-Saver Programm kann man die Sweep Range ja ändern. Ich
> nehme an dafür ist keine Neukalibrierung nötig, da nur der "betrachtete"
> Bereich geändert wird. Oder irre ich mich da?

Kommt drauf an: Manche Analyzer können beim Verringern des Sweep die 
Kalibrierdaten weiter verwenden, beim Erweitern natürlich nicht.

> Zu 4.3:
> 3. Im Beispiel wird ein anderes Dev Board genutzt. Soll der IC während
> den Messungen dran bleiben oder muss die Antenne und die Beschaltung
> getrennt vermessen werden? Ich schätze mal der IC kann dran bleiben da
> hier ja auch parasitäre Eigenschaften vorhanden sind oder?
> 4. Es wird erwähnt dass alle R und C runtergelötet werden sollen (macht
> ja Sinn wollen wir ja erst bestimmen). Ist dabei nur das Matching
> Netzwerk gemeint oder auch der Filter? Bisher habe ich nur das Matiching
> Netzwerk weggelassen und den Filter belassen.
> 5. C1 (serieller C) habe ich gebrückt, da sonst ja keine Messung von
> TX1/2 zur Antenne möglich ist. Passt das so?

Also, die eigentliche Messung beginnt aus meiner Sicht erst mit 4.4.
Du sollst erstmal die Parameter der nackten Antennenspule bestimmen. 
Dazu wird das Anpassungsnetzwerk C1/C2 vorübergehend entfernt und die R3 
gebrückt.

> Zu 4.4:
> 6. Bei der Bestimmung der Antenneparameter wird von 1MHz bis 5MHz
> gemessen. Sollte das nicht in der 13.56MHz range stattfinden?

Lies 4.1.1: "It is recommended to measure inductance as well as series 
resistance value at 1 MHz".
Man will durch die niedrige Frequenz die parasitären Anteile gering 
halten.

> 7. Beim MFRC522 Modul wurden ja keine Dämpfungswiderstände verwendet,
> außerdem komme ich rechnerisch auf einen Negativen Wert für diese.
> Können diese dann zu 0 gesetzt werden und somit nicht verwendet werden
> solange Q nicht zu groß wird?

Genau, wenn Dein Q unter dem geforderten Wert bleibt, sind keine Rs 
notwendig.
Der Grund für einen Grenzwert beim Q ist, daß die Bandbreite der Antenne 
hoch genug bleibt, um auch den modul. Hilfsträger des Tags 846 kHz 
seitlich von 13,56 MHz noch zu empfangen.

> 8. Bei der Bestimmung der Antennenkapazität wird eine Range von 1-100MHz
> vorgeschlagen. Wieso? Müsste hier nicht eigentlich neu kalibriert
> werden? Abgesehen davon habe ich hier einen anderne Graphen als in der
> Appnote.

Genau, hier sollte nochmal neu kalibriert werden.
Die Resonanzstelle zeichnet sich durch eine sprunghafte Änderung der 
Phase von pos. nach neg. Werten aus. Das sollte der VNA auch so 
darstellen können.

Meiner steigt einmal an und fällt ab aber hat keinen
> "Unterschwinger". Ist die NanoVNA-Saver Visualisierung von |Z| hier
> richtig oder muss man eine andere Darstellung wählen?

Nein, |Z| ist naturgemäß immer positiv, Du mußt schon die Phase (Rho) 
mit darstellen lassen.

> Zu 5.1:
> 9. Der Return loss sieht bei meiner Messung auch eher nach einer Geraden
> aus statt ein Peak ins Negative. Muss der Reader für diese Messung
> vielleicht mit einem RFID Tag belastet werden? In der Appnote steht ja
> nichts davon, nur eine Vermutung meiner Seits.

Wenn der Return Loss keinen Peak nach unten zeigt, ist auch keine 
Anpassung vorhanden. Vielleicht Meß- oder Rechenfehler?

Als ich noch mit solchen Antennen zu tun hatte, hatte ich mir ein 
"Tuningboard" mit C-Trimmern und mehrfachen Lötpads für zus. Cs und Ls 
geätzt, damit konnte man schnell was hintrimmen, ohne ständig löten zu 
müssen.

In der Praxis mußt Du danach noch schauen, ob alle in Frage kommenden 
Tags in jedem gewünschten Abstand gelesen werden können.


Gruß... Bert

von Tom (tomtt)


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@Bert: Wow Danke dir für die ausführliche Antwort!

|Z| und ich beschwer mich über fehlende Unterschwinger :D Peinlich ... aber ich 
werd ganz Anwendungsblind so lange wie ich da davor sitze ...

Das mit dem Kalibrierboard mit einstellbaren Komponenten ist eine super 
Idee! Ich glaub da mach ich mir auch erstmal eins oder gibts das in 
fertig?
Ich würde 2 variable Spulen und 4 variable Kondensatoren sowie 2 Potis 
vorsehen, oder wie sah dein Board aus?


Ich werde mit den Infos nochmal messen und schauen ob es besser wird...

Zu meiner P.S. Frage: Wisst ihr warum die IC so unterschiedliche 
Beschaltungen haben? Oder ist am MFRC522 vielleicht auch eine 
vereinfachte Antennenschaltung a la TRF möglich?

: Bearbeitet durch User
von Markus W. (dl8mby)


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Ich kann Dir zum Spielen mit dem VNA auch noch
dieses Board empfehlen.

https://www.ebay.de/itm/176016503786

Markus

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