Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik LoraWan Projekt Antenne-/Layout


von Bob B. (bob_b)



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Hallo,

ich versuche aktuell eine Platine zu Designen und brauche Hilfe bei der 
Auswahl und Platzierung einer Antenne.
Bei dem Sendenden Chip handelt es sich um die STM32WL5 Serie. Der chip 
hat einen integrierten Transceiver für LoraWan. Ich bin mir unsicher was 
für eine Antenne und wo sie zu positionieren und vor allem wie am 
sinnvollsten anzubinden ist und brauche dabei eure Hilfe.Ich habe den 
Antennenausgang auf dem Bild ROT markiert. Meine Gedanken waren bisher 
Chip-antenne zum auflöten was evtl schwierig werden kann oder die 
Antenne direkt in das PCB integrieren.
Ich würde mich auch freuen wenn ich evtl den ein oder anderen Tipp für 
die Platzierung der Komponenten bekommen könnte, ebenso bin ich mir 
unsicher in meiner Verdrahtung bezüglich des Lade und Protection IC's

Was habe ich vor? Ich möchte einen tracker bauen der ohne Mobilfunk 
auskommt. Diese Bluetooth tracker sind absoluter mist und nicht 
geeignet. Ich habe mal Bilder vom Projekt angehängt. Bitte nicht drauf 
treten, Blutiger Anfänger.

Grüße Bob

: Bearbeitet durch User
von Johannes F. (jofe)


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Bob B. schrieb:
> Bei dem Sendenden Chip handelt es sich um die STM32WL5 Serie. Der chip
> hat einen integrierten Transceiver für LoraWan. Ich bin mir unsicher was
> für eine Antenne und wo sie zu positionieren und vor allem wie am
> sinnvollsten anzubinden ist und brauche dabei eure Hilfe.

Dazu steht mit Sicherheit was im Datenblatt des betreffenden STM32 
und/oder es gibt eine Application Note dazu. Danach solltest du zuerst 
suchen.

von Bob B. (bob_b)


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Johannes F. schrieb:

> Dazu steht mit Sicherheit was im Datenblatt des betreffenden STM32
> und/oder es gibt eine Application Note dazu. Danach solltest du zuerst
> suchen.

Mein Problem dabei ist ich nutze nicht direkt den Chip von ST sondern 
von SeeedStudio Wio-E5 Wireless Module dieser enthält den besagten Chip 
dazu finde ich leider keine passenden Informationen. Hier gibt es leider 
nur DEV -ausführungen mit IPEX und SMA Anschlüssen. Ich würde eigentlich 
gerne auf eine PCB-antenne setzen die dann als "weiterer Arm" auf der 
linken Seite des runden teil des PCBs rausgeht.

: Bearbeitet durch User
von H. H. (hhinz)


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von F. (radarange)


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Bob B. schrieb:
> Johannes F. schrieb:
>
>> Dazu steht mit Sicherheit was im Datenblatt des betreffenden STM32
>> und/oder es gibt eine Application Note dazu. Danach solltest du zuerst
>> suchen.
>
> Mein Problem dabei ist ich nutze nicht direkt den Chip von ST sondern
> von SeeedStudio Wio-E5 Wireless Module dieser enthält den besagten Chip
> dazu finde ich leider keine passenden Informationen.

Da hilft dir trotzdem die Application Note von ST und das Datenblatt von 
SeeedStudio: 
https://files.seeedstudio.com/products/317990687/res/LoRa-E5%20module%20datasheet_V1.1.pdf 
-- dort ist auch ein Referenz-Design abgebildet, in dem die 
Antennenbeschaltung zu sehen ist. Die Werte für deine Bauteile zur 
Antennenanpassung musst du natürlich mit einem VNA ermitteln.

> Hier gibt es leider
> nur DEV -ausführungen mit IPEX und SMA Anschlüssen. Ich würde eigentlich
> gerne auf eine PCB-antenne setzen die dann als "weiterer Arm" auf der
> linken Seite des runden teil des PCBs rausgeht.

Nein, das würdest du gerne nicht. Hol dir eine Version des Moduls mit 
kleinem Antennenanschluss, pack da eine entsprechende Antenne dran und 
freue dich, dass es funktioniert.
RF-Design ist notorisch schwierig und deine 
Haustier-Tracker-Anforderungen sind auch nicht ganz einfach, da die 
Antenne immer etwas ungünstig plaziert ist. Dein aktuelles Layout 
demonstriert, dass du überhaupt nicht weißt, worauf du dich da einlässt, 
da du ja keine Möglichkeit hast, die Antenne rauszuführen. Das ist nicht 
schlimm, aber in solchen Gelegenheiten nimmt man dann fertige 
Komponenten.

von Bob B. (bob_b)


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Danke für die Antwort. Ich bin hin und hergerissen, ja das PCB ist 
definitiv nicht final und ich weiß das der Antennenausgang absolut nicht 
gut konstruiert ist soweit war mir das bewusst. Deswegen habe ich ja 
gefragt wie ich vorgehen soll oder kann. Aus reinem dummen Zufall bin 
ich jetzt auf genau so ein ähnliches Projekt gestoßen.
Gleicher Chip nur als "Wurfantenne" ausgeführt. Kann ich das eventuell 
bei mir ebenfalls so umsetzen oder was spricht dagegen? Dann müsste ich 
garnicht so viel ändern. Ich habe mich zwar nach deiner Antwort nach 
Alternativen umgeschaut hier gibt es z.b. den RAK3172 der ebenfalls den 
STM32E5 besitzt aber mit IPEX anschluss. Das wäre ebenfalls eine 
alternative. Trotzdem bitte kurz zurück zur Wurfantenne was spricht 
dagegen?

Es Handelt sich dabei um das LOKO-Air Projekt 
(https://github.com/tomipiriyev/Loko) "Keine Werbung - Open Source 
Projekt". Ich möchte nur Verstehen ob, wieso und weshalb das zu 
Problemen führen kann oder warum das falsch ist wenn es falsch ist.

Ich habe mir dort das PCB angeschaut und dort sehe ich auch am Ausgang 
des Chips nur 2 Lötpunkte für RF und GND. Im Github repository spricht 
man auch nur von einem "Kabel" glaube 87mm lang.

von F. (radarange)


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Bob B. schrieb:
> Danke für die Antwort. Ich bin hin und hergerissen, ja das PCB ist
> definitiv nicht final und ich weiß das der Antennenausgang absolut nicht
> gut konstruiert ist soweit war mir das bewusst. Deswegen habe ich ja
> gefragt wie ich vorgehen soll oder kann.

Da gibt's im Prinzip mehrere Möglichkeiten:
1) Application Notes lesen, Antenne genau so umsetzen
2) Application Notes lesen, Antenne ungefähr so umsetzen (z.B. 
kleinere groundplane, Antenne mit einseitiger Groundplane am Rand der 
Platine, etc.)
3) Chipantenne kaufen (die brauchen aber auch Layout)
4) Drahtantenne bauen
5) Fertige Antenne kaufen

Möglichkeit 5 ist sehr erfolgversprechend, bei den anderen wirst du 
wahrscheinlich messen müssen. Oder du machst es auf gut Glück und hast 
ggf. eine deutlich schlechtere Reichweite als erwartet. Das ist jetzt 
kein Problem, aber dir sollte bewusst sein, dass du als jemand ohne 
Erfahrung (und wahrscheinlich auch ohne Messgeräte) geschickterweise auf 
ein fertiges Produkt zurückgreifst, wenn es darum geht, ein Projekt 
zügig umzusetzen, das nachher bestimmte Eigenschaften erfüllen soll. 
Wenn's dir darum geht, zu lernen, dann spielt das natürlich alles keine 
Rolle. Da würde ich dann aber empfehlen, die teuren Flex-Platinen gegen 
normale starre zu ersetzen, denn das Antennendesign und die Messungen 
werden mehrere Revisionen benötigen.

> Aus reinem dummen Zufall bin
> ich jetzt auf genau so ein ähnliches Projekt gestoßen.
> Gleicher Chip nur als "Wurfantenne" ausgeführt. Kann ich das eventuell
> bei mir ebenfalls so umsetzen oder was spricht dagegen? Dann müsste ich
> garnicht so viel ändern. [...] Trotzdem bitte kurz zurück zur Wurfantenne was 
spricht
> dagegen?

Erstmal nichts, aber die Antenne ist eben recht groß. Sinnvollerweise 
hast du noch eine große Groundplane für die Antenne. Wenn dir die Größe 
egal ist, ist das wahrscheinlich die einzige Möglichkeit, wie du ohne 
Messtechnik die Antenne optimieren kannst, indem du sie bewusst zu lang 
lässt und dann so lange behutsam kürzst, bis die RSSI des Geräts ein 
Maximum erreicht hat (du wirst sie natürlich ein wenig mehr kürzen).

von Bob B. (bob_b)


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Hallo,

danke dir das hilft mir weiter. Ich denke da es um spass und auch ein 
wenig lernen geht bin ich dazu gewillt das Lehrgeld zu zahlen. Ich werde 
mal schauen ob ich das soweit erst einmal umgesetzt bekomme andernfalls 
würde ich mich bei Rückfragen noch einmal melden.

Vielen Dank

von Helmut -. (dc3yc)


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Bob B. schrieb:
> Ich habe mir dort das PCB angeschaut und dort sehe ich auch am Ausgang
> des Chips nur 2 Lötpunkte für RF und GND. Im Github repository spricht
> man auch nur von einem "Kabel" glaube 87mm lang.

Meine 868MHz-Lora-Geräte bekommen bei mir auch nur zwei Drähte: einen an 
HFout und einen an den GND daneben. Länge ca. 83mm (300000 : 868 : 4 * 
0.95). Das sollte so Pi mal Schnauze passen. Drähte nicht parallel, 
sondern beide um 180° versetzt.

: Bearbeitet durch User
von F. (radarange)


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Bob B. schrieb:
> Hallo,
>
> danke dir das hilft mir weiter. Ich denke da es um spass und auch ein
> wenig lernen geht bin ich dazu gewillt das Lehrgeld zu zahlen. Ich werde
> mal schauen ob ich das soweit erst einmal umgesetzt bekomme andernfalls
> würde ich mich bei Rückfragen noch einmal melden.

Es empfiehlt sich, dir einen NanoVNA zu besorgen und auf der Platine ein 
bisschen was zum Ausmessen und Anpassen vorzubereiten. Damit kommt man 
sehr weit.

von Rainer W. (rawi)


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Helmut -. schrieb:
> Das sollte so Pi mal Schnauze passen.

Das ist halt ein (symmetrischer) Dipol an einem asymmetrischen Ausgang. 
Es fehlt der Balun.

Es gibt genug Antennenform, die das vernünftig machen, z.B. eine 
J-Antenne oder eine Sperrtopfantenne.

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