Electrokit Buggfix Plus
Aktuellt datum och tid: 06.09 2018-05-27

Alla tidsangivelser är UTC + 1 timme




Svara på tråd  [ 21 inlägg ]  Gå till sida 1, 2  Nästa
Författare Meddelande
InläggPostat: 08.34 2018-04-20 
EF Sponsor
Användarvisningsbild

Blev medlem: 17.53 2010-01-04
Inlägg: 4404
Ort: Skogen mellan Uppsala-Gävle
Hej hej,

Vänligen håll till godo nu för här är jag verkligen ute på djupt vatten...

Satt i min ensamhet och funderade på jordplan och dess funktion för en dipol.
Jag har fått förklarat för mig att jordplanets längd ska vara samma som för dipolens andra del.
Vad jag tror mig förstått, så vet jag egentligen inte storleken på jordplanet förrän kretsen är komplett, inklusive matning, chassijordar och annat.

Min fråga är om det finns sätt att filtrera/skärma av jordplanet för just de frekvenser som rör dipolen, men inte för "övrig" transmission
Dvs oavsett batterimatning eller externmatning så ser dipolen alltid samma storlek på jordplanet.
Låter nog som en jättekonstig fråga men jag vet inte bättre, så då frågar jag.


Upp
 Profil  
 
InläggPostat: 08.42 2018-04-20 
Användarvisningsbild

Blev medlem: 22.31 2004-01-30
Inlägg: 902
Ort: Uppsala, Sweden
Jag tror snarare att du vill ha så mycket jord som möjligt, dock minst lika som den "aktiva" delen för att det ska bli effektivt.

(fast jag känner att mina vadarstövlar inte riktigt räcker till för att hålla mig torr om tårna heller...)


Upp
 Profil  
 
InläggPostat: 08.46 2018-04-20 
Användarvisningsbild

Blev medlem: 04.51 2005-11-23
Inlägg: 2309
Vänta till kafeman dyker upp....


Upp
 Profil  
 
InläggPostat: 09.40 2018-04-20 

Blev medlem: 10.28 2013-02-28
Inlägg: 49
Ort: Borlänge
Ingen expert och inget bra svar på din fråga....

Dipol och jordplan hör väl inte ihop?
En dipol är en helt symmetrisk antenn.
En jordplansantenn används när en dipol av olika anledningar inte går att realisera. Jordplanet ska förstås anpassas till antennens övriga konstruktion.


Upp
 Profil  
 
InläggPostat: 09.42 2018-04-20 

Blev medlem: 17.06 2012-04-29
Inlägg: 1324
Radiogossen -- Det är korrekt.

Dipol - symmetrisk antenn med två motstående radiatorer. Ej jordplansberoende, men kan påverkas av närliggande jordplan.
Monopol - Enkel radiator som speglar sej i jordplanet för att skapa en komplett antenn. Det är en dipol fast ena antenn-halvan utgörs av en spegel-bild.

Ofta väljer man monopol-typ av antenn då det sparar utrymme relativt en korrekt avstämd dipol-antenn, kretskortets jordplan kan få dubbla funktionen att även tjänstgöra som spegel-yta för monopol-antennen.

En nackdelen med denna lösning kan vara att man inte har kontroll över hur stort eller effektiv jordplanet är vilket påverkar totala antennens effektivitet och impedans.
Man kan utforma monopol-delen så att totala antennen blir mer förlåtande oavsett jordplanets impedans, men kräver att man kan mäta verklig impedans när man designar in antennen tillsammans med jordplanet.
Det enklaste är att utforma monopolen som ett kvartsvågs långt och rakt spröt. Det blir säkert inte perfekt men felet kan inte bli extremt, om jordplanet är minst lika stort och någorlunda förlustfritt ur RF-synpunkt.
Att nyttja trådnystan och tunna ledare som jordplan är exempel på jordplan med höga förluster.
Hela PCB-lager och breda förbindelser utan flaskhalsar har lägre förluster.
En möjlig nackdel med att låta antenn och analog-signaler dela jordplan är att RF-strömmar induceras i jordplanet som kan överlagras/detekteras av lågfrekventa förstärkare och givare, så att dessa reagerar helt fel.
Även digital signaler kan drabbas. Det har hänt mer än en gång att RF överlagrats på PCB-ledare för digital master reset. Allt fungerar kanske normalt tills någon kommer i närheten av antennen, vilket kan öka jordreflektionen till kritiska nivå och MCU resettas plötsligt.
Ett förr inte helt ovanligt fenomen var att LCD-displayen i en mobiltelefon fladdrade i kontrasten i takt med sändaren om RF-strömmar inducerades i LCD-jordplanet.

Det går på olika sätt kontrollera PCB-jordplanets RF-effektiva längd men det är inte helt enkelt att förklara hur på några rader text.
Tillfälligt anslutande ledningar typ hörlurar/laddkabel, där blir kabeln lätt en oönskad förlängning av jordplanet. Problemet kan begränsas med ferrit-rör.

Finns utrymmet, gör en oförkortad kvartsvåg på jordplan av liknande storlek för hygglig antenn-funktion.Kan dsäkert bli några dB förlust men det blir inte helt fel.
Man kan förkorta monopolen med t.ex. en bottenspole. Antennens effektivitet sjunker i storleksordning ungefär i samma takt. Hälften så lång antenn minskar effektiviteten med 3 dB, i grova drag.
Ett problem som tillkommer med förkortad antenn är att stabiliteten för dess naturliga resonans-frekvens minskar, även om inte resonansfrekvensen ändrats.
Det gör att jordplanets RF-impedans ökar i relativ inverkan på totala antenn-impedansen och man kan lättare hamna mer fel i antennens impedans och inverkan av tillfälliga kablar eller hand-effekt ökar.
Med hand-effekt menas skillnaden i antenn-impedans för låda som t.ex. ligger på ett fritt bord, relativt att den är handhållen.
Det gör att förkortning av antenn kan kosta betydligt mer än förväntade 3 dB per längd-halvering och påverkan varierar mer beroende på omgivningen.


Senast redigerad av E Kafeman 09.58 2018-04-20, redigerad totalt 2 gånger.

Upp
 Profil  
 
InläggPostat: 09.55 2018-04-20 
EF Sponsor
Användarvisningsbild

Blev medlem: 17.53 2010-01-04
Inlägg: 4404
Ort: Skogen mellan Uppsala-Gävle
Tack för svaren! Lite körigt nu och återkommer senare men som tur är så har ni förstått att det är monopol jag frågar om, och inte dipol...


Upp
 Profil  
 
InläggPostat: 21.34 2018-04-20 
EF Sponsor
Användarvisningsbild

Blev medlem: 17.53 2010-01-04
Inlägg: 4404
Ort: Skogen mellan Uppsala-Gävle
Nja, nu har jag lite att bita i.
Det var ungefär "lösningen" med ferrit-rör som jag tänkte på. Alltså att skärma av transmissionsledningens/radiatorns jordplan med ett filter, och på så sätt inte påverkas lika mycket av anslutande enheter.


Upp
 Profil  
 
InläggPostat: 22.15 2018-04-20 

Blev medlem: 17.06 2012-04-29
Inlägg: 1324
Ferrit-rör vill man undvika i serie-produkt om det går, då de kostar extra och är tunga.
Därför söker man lösningar typ att ledningar som lämnar kretskortet tenderar att inverka mindre om de lämnar PCB på ej hett område.
Hett område, är där det finns höga RF-spänningar på PCB-jordplan, vilken normal hittas i avstånd från antenn-punkt med längder inom <kvartsvåg - kvartsvåg*0.7 samt halvågs multiplar av detta> samt områden där jordplan utsträckning tydligt avslutas, i synnerhet som längst från antennen.
Utöver att laborera med var på PCB som kabeln lämnar kan man göra vågfällor av olika sorter, guard rings...

Ferrit-rör är inte filter i egentlig mening. De fungerar som RF-absorbenter så att RF-ström som försöker sprida sej via kabel istället absorberas i form av värme. Det finns olika typer av ferrit-material, beroende på önskad egenskap och frekvensområde.

Om man nu har ett mätbart fenomen som kan åtgärdas med ferriter, man minskar då problem med miss-avstämd impedans pga av anslutande kablar eller att RF överlagras på andra signaler längre bort, men till kostnaden att en del av antenn-effektiviteten förbrukas som värme.
Därför är det att föredra att placera anslutande kablar så att ingen RF avleds.

Förse alla anslutande ledare inkl evt jord med seriella induktanser kan vara effektivt. Induktansernas värde väljs så att de inte påverkar de mer lågfrekventa signalerna i anslutande kabel.
Layout för dessa serieinduktanser måste utföras RF-mässigt för god funktion.


Upp
 Profil  
 
InläggPostat: 23.08 2018-04-20 
Användarvisningsbild

Blev medlem: 18.04 2009-08-16
Inlägg: 9649
En sak jag lärt mig om dipoler och jordplan är att antennens
matningsimpedans varierar med dess placering i höjdled över
jordplanet. Så jordplanet påverkar antennens impedans.

Bild


Upp
 Profil  
 
InläggPostat: 23.15 2018-04-20 

Blev medlem: 17.06 2012-04-29
Inlägg: 1324
Det är korrekt att närheten till annan konduktor påverkar dipolens impedans. Jmf. t.ex. Yagi-antenn.
Kurvan visar tyvärr inte dipolens impedans relativt jordplan.


Upp
 Profil  
 
InläggPostat: 22.04 2018-04-21 
EF Sponsor
Användarvisningsbild

Blev medlem: 17.53 2010-01-04
Inlägg: 4404
Ort: Skogen mellan Uppsala-Gävle
När jag läser era inlägg så inser jag att jag egentligen inte har en aning om hur man mäter längden på ett jordplan.
Fick mig en tankeställare från något YT-klipp där dom visade hur jordplanet delades upp i kvadrater för att räkna ut resistansen. Känns på något sätt som att det här hänger ihop.

Sitter och skissar på ett relativt enkelt kort nu, men så fort jag kommer till 433MHz-delen så kommer svetten, pulsen går upp och google's server är på väg att överbelastas.


Upp
 Profil  
 
InläggPostat: 07.57 2018-04-23 

Blev medlem: 17.06 2012-04-29
Inlägg: 1324
Om det är någon tröst, så har jag också oftast dålig koll på jordplanets elektriska längd.
Det går bra att beräkna våglängder på ett helt blankt PCB med känt dielektrika (som påverkar våghastigheten) och det stämmer hyggligt när man sedan kontroll-mäter, men PCB't i verkligheten med en massa prylar monterade såsom kablar, batterier och displayer och delvis brutna jordplan så blir ibland skillnaden mycket stor.
Det har i extremfall hänt att man i efterhand måste justera jordplanslängden mha av koppartejp eller andra konstgrepp, för att t.ex. undvika att få RF-mässigt hett område att hamna i ett batteri, då det ofta ger extremt dålig antenn-effektivitet.
Om antenn-impedansen är skev relativt radions impedans är i sej inte så stort problem, det går hantera med matchnings-nät om man har mätresurserna (VNA).

Lite OT, men lite fylligare kommentar om diagrammet 4kTRB bifogade som förmodad halvvåg dipol-impedans för olika höjder över jord.
Diagrammet beskriver inte antenn-impedans och är ur flera aspekter ett mindre bra diagram. Det är störande med den typen av diagram, i synnerhet om de sprids som någon form av oemotsagd fakta, som då vilseleder ännu fler.
Problemen med diagrammet är kanske inte är helt uppenbara om man inte är antenn-nörd: Strålningsresistans och impedans är skilda saker. Kurvorna finns men de är inte impedanser.
Y-axeln påstås vara strålnings-resistans så det borde vara det kurvorna beskriver, men det stämmer dåligt.
Kurvorna avser mer troligt att beskriva dipolens resistans (strålningsresistans+förlustresistans) men de haltar om man inte också visar reaktansen.

Som man kan se av kurvan konvergerar den mot 73 Ohm vid oändlig höjd över jordplan.
En ideal dipol med längden en halvvåg har komplexa impedansen 73.1+j42,5 Ohm i fri rymd. 73 är resistansen och 42 är reaktansen.
Impedansen går också uttrycka som kvadratsumman av resistansen och reaktansen vilket då blir ca 85 Ohm samt en fasvinkel.
Vad gäller uppmätt impedans för verklighetens dipol så separerar man resistans-delen i två delar, strålningsresistansen och förlustresistansen. Det är kvoten av strålningsresistansen relativt förlustresistans och reaktans som beskriver antennens effektivitet. Förlustresistansen kommer i första hand från resistiva materialförluster pga av skin-effekt, resistiva kabel-förluster och liknande.
Strålningsresistansen beskriver hur väl antennen kopplar till rymden, det är ingen lokal resistans i antenn-strukturen.

Är antennens reaktans och förlustresistans 0, så enbart stråningsresistans återstår är antennens maximalt effektiv, 100%.
Ingen verklig antenn är dock 100% effektiv, det finns alltid förluster.

På diagrammet anges Y-axelns enhet som strålningsresistans, vilket antyder att det är uppmätt värde för en verklig antenn eller möjligen en simuleringsberäkning med inkluderade förluster och strålningsresistansen.
För att kunna säja något om antennens impedans saknar då diagrammet förlustresistansen och reaktansen.

Impedans är ett komplext värde, R±iX. Ofta kan man se att impedansen i datablad för radio-gränssnitt specas som 50 Ohm. Det är relativt ok, man vet vad som avses, men formellt borde det stått 50±i0 Ohm om impedansen är rent resistiv. I värsta fall skulle det ju kunna vara 0±i50 Ohm vilket också är 50 Ohms impedans, visserligen utan vinkelangivelse eller åtskillnad mellan resistans/reaktans.
En sådan impedans är ej duglig som antenn eller interface mot en radio.

Annat problem med diagrammet är delen "imperfekt ground". Diagrammet påstår att Y-axeln är resistiv och då måste det rimligen vara jordens resistiva inverkan för olika avstånd som avses.
Oavsett jordresistans, 0-∞ Ohm, kommer det inte ge antennen en uppmätt strålningsresistans som är högre än 73 Ohm.
Det är lite som att ta ett 73 Ohms motstånd och parallellkoppla det med valfritt annat värde, det kan aldrig bli en större summa än det enskilda motståndet.
Om nu jorden har RF-absorberande resistans så bidrar den eventuellt till ökad förlustresistans, och sänker strålningsresistansen, lite tvärs om mot vad kurvorna tycks visa.


Upp
 Profil  
 
InläggPostat: 08.49 2018-04-23 
EF Sponsor
Användarvisningsbild

Blev medlem: 17.53 2010-01-04
Inlägg: 4404
Ort: Skogen mellan Uppsala-Gävle
Är tyvärr inte kapabel att kommentera diagrammet men texten finns förhoppningsvis kvar några år till :wink:

E Kafeman skrev:
Om det är någon tröst, så har jag också oftast dålig koll på jordplanets elektriska längd.
Det går bra att beräkna våglängder på ett helt blankt PCB med känt dielektrika (som påverkar våghastigheten) och det stämmer hyggligt när man sedan kontroll-mäter, men PCB't i verkligheten med en massa prylar monterade såsom kablar, batterier och displayer och delvis brutna jordplan så blir ibland skillnaden mycket stor.
Det har i extremfall hänt att man i efterhand måste justera jordplanslängden mha av koppartejp eller andra konstgrepp, för att t.ex. undvika att få RF-mässigt hett område att hamna i ett batteri, då det ofta ger extremt dålig antenn-effektivitet.
Om antenn-impedansen är skev relativt radions impedans är i sej inte så stort problem, det går hantera med matchnings-nät om man har mätresurserna (VNA).
Jag förstår om du tröttnar att svara på frågor på den här nivån men så länge du fortsätter skriva så tänker jag ta tillvara på det.

Kortet jag ritar på (dock fortfarande i schema-stadiet) kommer innehålla en MCU, en CC1101 för 433MHz samt ett Li-Ion coin cell.
Jag tänkte försöka hålla mig till ett PCB som mäter 30x30mm.
För att få något handfast att fråga kring så kladdade jag ihop ett kort nedan och RF-layout:en direkt saxad (bokstavligen) ur TI's AN098. Nu kommer hela kretsen bli större då jag nog måste gå upp lite i komponentstorlek, men ändå.

Klassar man hela området inom dom svarta punkterna som RF-hett område?
Är det möjligt att göra som du tipsat om tidigare, dvs mäta DC-strömmen samt nyttja min hemmagjorda peak-detektor-prob, att få till något som ens liknar en vettig matchning?

Bilaga:
20180423_092712.jpg


Logga in för att visa de filer som bifogats till detta inlägg.


Upp
 Profil  
 
InläggPostat: 10.23 2018-04-23 

Blev medlem: 17.06 2012-04-29
Inlägg: 1324
Hetaste området är det jordplan som är som längst från antennens anslutningspunkt i ditt fall eftersom alla avstånd från denna punkt är betydligt kortare än en kvarts våglängd.
Då denna längd blir kort så är den mindre effektiv som del av dipol-antenn och antenn-impedansen blir rätt låg med stor andel kapacitans.
Även om själva antenn-sprötet har full längd så blir det inte så stor vinst med det ojämna längdförhållandet då det kortare jordplanet sätter begränsningen.
Enklast ur antenn-matchnings-synpunkt är att förlänga jordplanet med extern jordfläta till kvartsvågs längd men gissar att det är önskemål om att enheten ska vara liten.
Annars, med full jordplanslängd och full antenn-längd får man en rätt stabil antenn-impedans som inte ligger så långt från önskad impedans, så antenn.matchning tillför då inte så mycket ytterligare, man ligger rätt stabilt någorlunda rätt från början.
CC1101 är i sej annars väldigt lämplig för verklig dipol-antenn då den har komplementära RF-pinnar.
Om kompakt lösning är viktigare än räckvidd kan loop-antenn vara intressant. Den kan vara lättare att avstämma än ett kort jordplan och kan göras fullt balanserad då det finns komplementär utgång.
TI borde ha något sådant applikations-exempel för just CC1110 då loop-antenn ger kompakt yttre och är lämplig för typ handhållen fjärr-kontroll med måttliga krav på räckvidd.
Fältstyrke-detektor och mäta DC-strömmen fungerar som avstämnings-hjälpmedel men det går troligen åt ett antal test-rundor innan man hittar rätt.


Upp
 Profil  
 
InläggPostat: 10.51 2018-04-23 
EF Sponsor
Användarvisningsbild

Blev medlem: 17.53 2010-01-04
Inlägg: 4404
Ort: Skogen mellan Uppsala-Gävle
Tack för svaret!
Tänk vad lite man vet egentligen. Jag var helt säker på att det RF-hetaste området var precis intill anslutningen...

Loop-antenn var intressant. Lite sökningar ledde mig vidare till liknande applikationer (http://edge.rit.edu/edge/P08050/public/References/IMEC_142343.html)
Kortet ska i ett typ av armband, och som jag förstår av länken ovan så kan man använda kroppen som antenn/radiator också?
Citera:
A custom antenna design for use on human skin allows excellent performance at a small size (17x17mm²), even at the relatively low radio frequency.

Ska söka vidare efter dokumentation från TI. Nu börjar det likna något! Tex sid 18 här -> http://www.ti.com/lit/an/swra046a/swra046a.pdf


Upp
 Profil  
 
Visa inlägg nyare än:  Sortera efter  
Svara på tråd  [ 21 inlägg ]  Gå till sida 1, 2  Nästa

Alla tidsangivelser är UTC + 1 timme


Vilka är online

Användare som besöker denna kategori: Bering och 15 gäster


Du kan inte skapa nya trådar i denna kategori
Du kan inte svara på trådar i denna kategori
Du kan inte redigera dina inlägg i denna kategori
Du kan inte ta bort dina inlägg i denna kategori
Du kan inte bifoga filer i denna kategori

Sök efter:
Hoppa till:  
   
Drivs av phpBB® Forum Software © phpBB Group
Swedish translation by Peetra & phpBB Sweden © 2006-2010