868 MHz Antennenanpassung zu schmalbandig

[Luky S. (luky)]

Ich habe eine Antenne (Kyocera P822601) auf einer Platine mit möglichst 
kopiertem Originallayout und den vom Hersteller vorgeschlagenen 
Anpassungskomponenten. Laut Datenblatt solle ein VSWR <2.5 von 700 bis 
960MHz und von ca. 2 zwischen 840 und 900MHz möglich sein. Meine 
Messungen sehen leider "etwas" anders aus - siehe Anhang. Zu sehen ist 
noch die erste Bestückung mit etwas verschobener Frequenz. Ich kann den 
Peak aber problemlos verschieben durch Anpassung der Komponenten, aber 
die unerwünschte Schmalbandigkeit bleibt leider...
Warum kann eine Anpassung irrtümlicherweise schmalbandiger sein?

[Dergute W. (derguteweka)]

Moin,

Luky S. schrieb:
> und den vom Hersteller vorgeschlagenen
> Anpassungskomponenten.

Wie sehen die denn aus? Sind das konzentrierte Bauteile oder 
irgendwelche Leiterbahngeometrien?

Gruss
WK

[Luky S. (luky)]

Diskrete Bauteile - AVX 0402 HL Induktivitäten und AVX 0402 Accu-P HF 
Kondensatoren

[Dergute W. (derguteweka)]

Moin,

OK, so von der Praxis her hab' ich keine Ahnung, aber in der Theorie 
ist's so, dass die Anpassung breitbandiger werden kann, wenn man mit 
mehr Bauteilen arbeitet, d.h. die Anpassung nicht auf einen Rutsch 
macht, sondern z.b. in 2 Haeppchen. Warum die vom Hersteller empfohlene 
Anpassung bei dir nicht so tut, wie gedacht? Auch keine Ahnung.

Gruss
WK

[Christoph db1uq K. (christoph_kessler)]

> vom Hersteller vorgeschlagen
In dieser Appnote irgendwo?
https://www.kyocera-avx.com/docs/techinfo/ApplicationNotes/Antenna-AppNotes/AVX-E_AppNote-P822601-P822602.pdf

[Luky S. (luky)]

Genau, S.6

[Dergute W. (derguteweka)]

Moin,

OK, ich schleich mich mal ganz leise mit meiner Theorie von dannen... 
:-)

Gruss
WK

[Thomas W. (goaty)]

Luky S. schrieb:
> Ich habe eine Antenne (Kyocera P822601) auf einer Platine mit möglichst
> kopiertem Originallayout und den vom Hersteller vorgeschlagenen
> Anpassungskomponenten.

Auch die 50x140mm große Ground Plane nehme ich an.

[Luky S. (luky)]

Die GND-Plane ist leider etwas kürzer (50mm Gesamtlänge, 55mm Breite) 
bzw. es befinden sich natürlich Komponenten (Funkmodul, Sensoren etc.) 
auf der Oberseite.

[Stefan M. (derwisch)]

Wenn Du kannst (und noch eine weitere Antenne übrig hast), baue alles so 
auf wie im Datenblatt.
Wenn es dann noch immer so schmalbandig ist... weisst Du jedenfalls, 
dass Du in deiner eigentlichen Anwendung nichts falsch gemacht hast.

[Luky S. (luky)]

Die Messung ist mit den "original" Komponenten

[Michael F. (michael_ng)]

Auch diese IMD Antennen können die Physik nicht überlisten.
Je niedriger die Frequenz desto größer die Strukturen.

Ab Seite 14 in der verlinkten AppNote oben wird ja sehr schön auf die 
Effekte der PCB Größe eingegangen und was das für Probleme, gerade in 
den unteren Bändern, mit sich bringt.

PCB Abmessungen, Antennenposition, Bestückung, Verbau, Gehäuse etc. 
haben mehr Einfluss auf Bandbreite und Performance als irgendwelche 
albernen Matching-Beschaltungen auf einem Eval-Board.

[Stefan M. (derwisch)]

Luky S. schrieb:
> Die GND-Plane ist leider etwas kürzer (50mm Gesamtlänge, 55mm Breite)
> bzw. es befinden sich natürlich Komponenten (Funkmodul, Sensoren etc.)
> auf der Oberseite.

Luky S. schrieb:
> Die Messung ist mit den "original" Komponenten

Dann passen Deine Aussagen nicht zusammen.

Ich meine nicht nur die Komponenten, sondern auch die Platinengröße.
Alles(!) wirkt sich bei HF und Antennen irgendwie aus.
wenn das DaBla sagt, die Platine soll so und so groß sein, dann mache 
eine Messung mit einer solchen Platine.
Und auch ohne sonstige Komponenten.

[Luky S. (luky)]

Ich habe keine Demoplatine von der Antenne, das Layout ist ja auch 
völlig illusorisch und weltfremd - niemand kann ein Produkt mit einer 
solchen GND Plane bauen.
Ich habe aber zum ausprobieren das originale Matching Network bestückt, 
natürlich unter der Annahme, dass es nicht passen wird und angepasst 
gehört. Aber dass es so schmalbandig ist, erstaunt mich dann doch 
wirklich!

[Kay-Uwe R. (dfias)]

Man kann das auch am Smith-Diagramm erkennen. Je flacher die 
Anpassungskurve verläuft, desto mehr Bandbreite ergibt sich. Mit 
mehreren kleinen Schritten, wie hier schon erwähnt wurde, vermeidet man 
hohe Ausschläge nach außen (Gütekreise!).
Das gilt gleichsam für konzentrierte und Leitungselemente, ist aber nur 
eine (jedoch ganz gute) Näherung, da das Diagramm nur für die 
Mittenfrequenz ausgelegt ist.

[Luky S. (luky)]

Ich habe mir mal das originale Demoboard besorgt und mit meinem LibreVNA 
vermessen, um sicherzustellen, dass das Messetup passt. Schaut mal gar 
nicht so schlecht aus wie ich finde. Etwas schmalbandiger.
Dann hab ich mal das Anpassungsnetz entfernt und mit 0R Widerständen 
überbrückt (ich habe mehrere Typen ausprobiert und auch Lötzinnbrücken, 
das Ergebnis ist nahezu identisch, die Bauteile scheinen also keinen 
wesentlichen Einfluss zu haben)
Der Punkt ist nun, dass der Messwert (32-j3R bei 868MHz) ohne Anpassung 
ganz woanders liegt wie ich es mir erwarten würde. Die theoretische 
Anpassung dafür bräuchte eine Serieninduktivität von 5n und 2.8pF 
Shuntkapazität - die originale Anpassung hat aber 24nH Shunt und dann 
2.4pF Serienkapazität (die 1nH und 0.3pF für das High Band ignoriere ich 
mal)
Ich müsste wen man das zurückrechnet also ganz woanders im Smithchart 
starten - das geben die Messungen aber nicht her.
Was mache ich da ganz grundlegend falsch?

[Michael F. (michael_ng)]

Beachtlich motivierte und strukturierte Herangehensweise, Kompliment!

Zwei Dinge sind als erstes relevant für die halbwegs genaue 
Impedanzmessung.

Das DUT sollte nicht einfach so auf dem Labortisch liegen.
Es muss keine reflexionsarme Kammer sein, aber ein zwei Dezimeter 
Styropor sollte man spendieren und ein Meter Freiraum drumherum kann 
auch nicht schaden.
Die Nahfeld-Effekte sind bei 868MHz nicht zu unterschätzen. Manchmal 
sieht man in den Datenblätter ein paar Fotos vom Messaufbau. Da ist 
nichts in der Nähe.

Bei deinen Messungen ist die Referenzebene entscheidend. In deinem 
Messaufbau musst du am Antennenfußpunkt kalibrieren, damit du das 
Matchingnetzwerk rechnerisch ermitteln kannst. Auch die ca. 50 Ohm MS 
Leitung auf dem Evalboard usw. sind relevant und Teil des Matchings.

Aber selbst dann wird es vermutlich bei diesen Frequenzen nicht 
hinkommen. Zum Nachsimulieren sind mindestens noch die S-Parameter 
Modelle der Induktivitäten nötig. Und selbst dann...

Das Dritte sind dann Asymmetrien durch die Ströme in der GND-Plane 
(Stichwort: Mantelwellen). Aber das wird dann schon arg speziell für den 
Anfang.

[Luky S. (luky)]

Ich habe den Fehler jetzt (vermutlich) gefunden: Die Port-Extension 
(=Verschiebung der Messebene) kann man beim LibreVNA zwar wunderbar 
berechnen lassen wenn man die Anpassungsbauteile entfernt (Open), aber 
man muss das Ergebnis dann halt auch anwenden und bei jedem Start wieder 
aktivieren. Das habe ich bei dieser Messung übersehen und hatte daher 
48mm Leitung zwischen SMA Stecker und Anpassungsbauteil nicht 
kompensiert bzw. berücksichtigt. Überraschung: mit korrekten 
Einstellungen funktioniert es dann auch und macht Sinn ;-)
Danke für die zahlreichen Anregungen!
P.S. Das Antennenboard steht bei mir mitten im Raum auf einer 
Styroporbox von einem alten Röhrenmonitor. Die waren schön groß und sind 
recht brauchbare Messtische.

[Stefan (entry)]

Hallo Luky S.

magst du die letzte Messung hier noch präsentieren?

Danke.