En tråd-antenn består av två delar, en pol och en motpol. Tråden som ansluts på antenn-utgången är den ena polen. Motpolen svarar en annan tråd för eller jordplan på PCB.
Det är därför det alltid finns två motriktade spröt på en TV-antenn. Jämför en gungbräda som kan sägas vara två poler. Den fungerar dåligt om man sågar av den ena halvan.
Av utrymmesskäl vill man ofta inte ha så stor antenn eller stort jordplan. Det går bra att göra någon av polerna kortare, men det är den kortaste polen som begränsar prestandan så för bäst resultat vill man ha jämbördiga förhållanden mellan "polerna".
Jordplanet ska således vara lika långt som tråden för att få bäst funktion i förhållande till totala apparatens storlek, antenn+PCB.
Däremot så verkar alla de modulerna långt mycket större än de små "kina" modulerna
Min hitintills minsta CC1101 mäter ytterhöljet 7*7*7 mm. I den lådan ryms även batteri och antenn och mikrofon, med möjlighet till extern hörlur. Dock 900 MHz, designad för 2 meters räckvidd.
Det är svårt att få tag på mindre kristaller. När man köper färdiga PCB så får man ta vad som bjuds. Vill man ha ner storleken går det bra att ta fram saxen och klippa bort mindre viktiga delar av PCB:t.
Behöver man inte en rad med anslutnings-stift utan vill ha direkt inlödda förbindelser så kan man ta bort dessa delar. Det väsentliga är själva chippet, kristallen och avkopplingen på matningsspänningen.
Skulle man kunna begränsa räckvidden på en CC1101 istället då? Kanske för att spara batteri?
Det skrev jag utförligt om tidigare i tråden. En CC1101 har absolut noll i räckvidd. Räckvidden är ett samspel mellan uteffekt och antenn och kring-miljö. Det är ungefär som att fråga efter topphastighet för en bilmotor. Motorn har ingen alls toppfart utan övriga tillbehören och hur dessa designas kan vara mer avgörande än motorns max effekt, vad gäller möjlig topp-hastighet och kostnad i form av batteri-förbrukning/bränsle).
Man kan begränsa räckvidden genom att ansluta en mindre antenn eller så kan man ställa in dess uteffekt och bandbredd. Ställer man in lägre uteffekt så sjunker effektförbrukningen, och batteriet räcker längre.
Tänker på det att det är en "halvtrasig" design,
Så är det med den mesta elektroniken om det ska göras billigt. Det billigaste ligger ofta och balanserar till trasigt redan när man köper prylen. För att få ned tillverkning-kostnaden så blir det inte världens mest gedigna konstruktioner.
Det är samma sak som med de billigaste mobiltelefon-laddarna, inte helt säkra och kort livslängd.
Om man jämför det med CC1101, gör den det mer digitalt istället?
Öppna databladet så ser du att den innehåller en liten programmerbar MCU.
Den är lätt att programmera, men vill man inte rota i detaljerna, så kan det vara enklare att låta en arduino göra det via färdiga program-exempel.
Väldigt intressant det här.
När ni säger "jordplanet ska vara lika långt som tråden", hur menar ni då? Är det just längden mellan signalkälla och "reflektionsände" ?
Är det också för att kompensera för olika Velocity Factor i antenn/jordplan så impedansmatchar man dessa?
Om man har en trådantenn kopplad till en signalkälla, även om signalkällan sitter i andra änden av PCB't än där tråden ansluter, så börjar trådens del av antennen i den punkt den inte längre är kopplad till jordplanet ur transmissions-synpunkt, och jordplanets antenn-del slutar i samma punkt.
En trådantenn kan även utgå vinkelrätt från jordplanet, mitt i PCB't. Är jordplanet stort(>0.5 lambda) så kan det ha vissa antenn-fördelar, men kostar oftast större total apparat-volym.
För bästa funktion för en dipol-antenn, vilket kan bestå av två monopol-delar, en tråd och ett PCB jordplan, vill man ha ungefär lika längder.
Men vill man öka upp svårighetsgraden en aningen så är även vågledar-hastigheten en faktor. Vågutbredningen går långsammare i ett FR4-PCB pga den högre dielektricitetskonstanten(K), ~4 mot luft, ~1.
Annan faktor är att komponenter på PCB och kanske inte helt obrutet jordplan sänker hastigheten ytterligare, samt att en del av vågutbredning sker på den sida av PCB som har yta mot luft, vilken där utbreder sej snabbare än på insidan av PCB.
Inte sällan tar man även med i beräkningen människokroppens inverkan på antennen, då många små sändare enbart är aktiva när de hålls i en hand t.ex. bil-larm och fjärrströmbrytare.
Vågledar-hastigheten kan beräknas c' = c/(sqrt K) och när man räknar om antenn-längden med hänsyn till dielekticitetskonstanten så benämns längden vanligen som "elektriska längden".
Nyttan med att ha elektriskt lika monopol-längder gäller inte nödvändigtvis om längderna är större än kvartsvåg i någon ände. Som exempel, dipol konstruerad som en fullt utbredd hel våglängd är impedansmässigt en besvärlig antenn-typ, där man kan tjäna på att inte mitt-mata utan köra ett offset på en kvarts våglängd. Korta loop-antenner är exempel som på antenn-typer som behöver sin egna utläggning men en loop-antenn med trådlängden en full våglängd , är nästan som en halvågs dipol.
Plattar man till en sådan loop så får man dubbelviken halvågs dipol, som är klassiskt del-element i gamla TV1-antenner.
I den ideala världen kan man läsa av ett diagram, vilken den resulterande impedansen blir för en given längd på en dipol. För att sedan impedansmatcha det till t.ex. 50 Ohm bygger man ett L/C-nät för konjugatmatchning.
I praktiken så mäts antennens impedans med VNA-instrurment och sedan kan man mha relativt simpel matematik , ofta med hjälp av Smith-diagram, bestämma vilka L och C som behövs för att ge bästa arbetspunkt.
Passar man på att även mäta impedansen från radion, som förmodas vara 50 Ohm, är den sällan det. Dessutom skiljer impedansen för Tx och Rx. Ytterligare komplicerat blir det om man ska ta hänsyn till TIS/TRP/SAR.
Ska man få till bästa resultat kan det bli rätt komplicerat och lägger man dessutom till att många som använder VNA inte vet hur man kalibrerar för en mätpunkt på PCB så är mismatchade små-prylar närmast regel än undantag även för många konsument-prylar.
För många av dessa små enheter utgår många ifrån att en kvarts våglängd är bästa längden på antenn-tråden och ger bästa impedansmatchning. Det är ett rätt säkert allmän-råd, men är sällan så.
Vilken impedans har då en tråd på 17 cm vid 443 MHz? Bud som 37, 50 eller 73 Ohm är vanliga bud, men inget stämmer.
Monopol-tråden har oändlig impedans utan jordplan. Jordplanet är en viktig impedans-styrande faktor, eftersom det utgör 50% av strålkällan, oavsett faktisk längd på jordplanet.
Eftersom jordplanet ofta är väsentligt kortare än en kvarts-våg för dessa handhållna enheter så blir uppmätt antenn-impedans betydligt högre.
Vad händer om man avser att impedansmatcha en sådan antenn genom att löda fast en en meter lång mätkabel från en VNA, direkt till det pyttelilla PCB't?
Jo impedansmatchning går kanske bra, men i det ögonblick man lossar mätkabeln från jordplanet, så hoppar antennen upp i impedans och är åter mismatchad.
Det finns flera vägar att lösa detta, men allt för ofta missas på sådana detaljer.
Nu blev det lite trådkapning, och för TS så gäller att lika längder på tråd-antenn och jordplan är det som ger bäst antenn-prestanda för en given total längd, om antennen är av dipol-typ.
De sändare som visades på bilder, har trådar lindade som en spole, troligen med en total längd på 17 cm.
Dessa hoplindade tråds längd är i ungefär i samma härad som PCB'ts jordplans-längd. Nackdelen är att sådan hoplindad tråd har en rätt låg impedans, betydligt under 50 Ohm.
Vill det sej bra (eller illa) kan sändaren vara matchad för just denna lägre impedans. Det skulle i så fall göra att man nyttjade nuvarnade spolen utan nämnvärda reflektionsförluster men om man modifierar och ökar på jordplanets längd och rätar ut spolen till en 17 cm lång monopol blir inte räckviddsökningen optimal eftersom mismatchningen kostar.
Kan man öka trådens utsträckning till typ 17 cm istället för den hoprullade varianten, så ger det ändå något bättre räckvidd även om jordplanet är kort.
Ökar man jordplanets längd, genom att t.ex. löda in en tråd i andra änden av jordplanet. längst bort från antennen kan riktverkan blir mer uttalad. Lodräta antenn-trådar ger då jämnast horisontal täckning medan det rakt ovan och under antennen kan vara något svagare räckvidd. Detta märks bättre utomhus. Inomhus blir det oftast en mängd reflexer som gör att det är svårt att märka av någon nämnvärd riktverkan.
Du ska ha en eloge E Kafeman för dina inlägg. Även för någon som mig (som knappt kan stava till RF) så blir man bara mer och mer intresserad.
Enligt TS så går det fint att råna tråden lite till.
Om jag förstått det rätt så strävar man alltid efter matchande nätverk vilket innebär ingen/minimal effektförlust av signalen. Man gör en slutlig konjugatmatchning av nätverken efter vilken typ av nätverk det är som ska matchas? Tex efter signalfrekvens.
Nu har jag som sagt aldrig sysslat med så här avancerade mätningar eller kretsar, men i en hobbynörds värld, kan man säga att två perfekt matchade nätverk lämnar ingen stående våg, och det är bland annat denna man "söker" efter vid mätning?
Slutligen en lite flummig fråga; låt säga att jag vill göra ett 50 Ohms monopol (jordplan) för en GSM signal, finns det något sätt man i alla fall kan göra en duglig mätning med ett enkelt 100 MHz-skop?
Jo nu pratar vi ju signalfrekvenser på 1-2GHz men jag tänkte om man kan bygga/köpa något filter eller dylikt... Nej, nu är jag ute på hal is känner jag.
Korrekt att perfekt konjugat-matchning, är det som ger lägsta överförings-förlusten. Detta gäller mellan olika förstärkare och filter inne i de olika radio-stegen såväl som mellan slutsteg och antenn.
Konjugatmatchningen är vad man strävar efter. De undantag som finns är överkurs. Nämner ändå några exempel på varför det finns överkurs eller undantag.
1. Vissa mottagare har lägre signal/brus förhållande vid en annan impedans än dess uppmätta inimpedansen => trots att signal kanske förloras pga reflektion, vinner man totalt.
2. Sändaren ger förmodligen max uteffekt vid konjugat-matchning, men det betyder också att sändaren får arbeta relativt hårt.
I bland finns mer än önskad uteffekt och är det batteridriven utrustning vill man kanske hellre låta sändaren arbeta vid den impedans som ger högst verkningsgrad och längst batteritid, även om det kostar uteffekt men ger mest RF uteffekt i förhållande till inmatad DC-effekt.
Ett annat skäl att inte välja last som motsvarar konjugatet är att det kan gynna effekten på utstrålade övertoner, vilket man inte vill ha. En något justerad last kan vara betydligt gynnsammare för förhållandet mellan nyttosignal relativt övertoner.
Ett annat skäl till att inte optimera är om det står 50 Ohm på dess externa antenn-uttag. Om sändaren är tänkt som signalgenerator för labbänken, är det mer viktigt att impedansen är som det står på märkskylten, än vad som sändaren egentligen skulle trivas bäst med.
Det finns ytterligare många anledningar till varför man ibland inte väljer ideal matchning men det är inget man behöver bry sej om i början, då det ligger lite åt finlir-hållet, som ändå är svårt att uppnå utan komplicerade instrument.
Jo en sak, skulle man bygga något med de modernare och mer energi-effektiva kretsarna, med balanserad (eg. komplementär) utgång i klass E, som bl.a. är rätt vanliga vid 2.4 GHz, har man då inte bra mätinstrument och god kunskap om hur denna typen av kretsar fungerar, följ då tillverkarens anvisningar vad gäller impedansmatchningen. Det går mäta sej fram till optimal impedans, men det kräver betydligt mer avancerad både mätning och beräkning av impedans-nät där man även måste ta hänsyn till övertoners matchning.
Det finns gott om beskrivningar på kvartsvågs monopoler, de är rätt enkla att göra och måtten är inte jättekritiska.
Baserat på vad jag sett av hembyggen, är det som kostar mest prestandaförlust dålig RF-mässig kontaktering mellan antenn och kabel och för långa och dåliga kablar och kontakter.
Värt att påpeka, en enkel monopol, en stående kvartsvågs pinne på anständigt stort jordplan, den är inte en ideal 50 +j0 Ohm antenn, dess teoretiska impedans är 36.5 + j21.25 Ohm.
I praktiken blir det inte så stor förlust men kan ge oönskade sidoeffekter. En av dom är att koaxialkabelns hölje delvis kommer agera antenn vilket inte är bra om man flyttat iväg antennen just för att slippa lokala störningar.
GSM, det är två skilda frekvensband, EU 900/1800 MHz. relativt bredbandiga. Vet man i förväg att bara det ena frekvensbandet ska användas eller har täckning duger en monopol designad för aktuellt band, annars ska helst antennen designas för två band.
Om man inte har avancerade mätinstrument för ändamålet, vektor impedans mätare eller VNA(vektor nätverks analysator) går det ändå mäta en hel del med enklare instrument. Eftersom de flesta sändare drar olika med DC-ström beroende på antenn-last, kan man mäta med strömmen multimeter. Läs av strömmen när man laster med ett 50 Ohm motstånd direkt på RF-utgången så vet man en första punkt på ström-kurvan. Bygg endiod-detektor och koppla till oscilloskopet. Det är en högimpediv likriktande spänningmätare som läser spänningen över motståndet och därmed kan man räkna ut hur mycket effekt man fick ut, för en känd resistiv last.
Testa några olika motstånd, 33,39..82 Ohm och plotta resulterande effektkurvan för att hitta max uteffekt. Vill man även optimera den reaktiva biten får man fortsätta variera lasten mha kondensatorer och induktanser på samma sätt som med motstånden.
Koppla sedan in en verklig antenn och försöka matcha tills optimal DC-ström och utspänning och därmed bästa uteffekt erhålls.
Man kan komma ytterligare ett steg genom att bygga en enkel VSWR-mätare http://www.qsl.net/n9zia/24swr/ som t.ex. kan kopplas till oscilloskopet andra kanal.
Både dioddetektorn och VSWR-mätaren är sådant som är till nytta även om man har dyra mätinstrument. Det är enkla grejor men det är som med en enkel batteri-summer för att kolla förbindelse, ibland är den mer praktisk och informativ än ett dyrt mätinstrument.
Nackdelen med dessa bägge instrument är att de bara talar om hur mycket fel man ligger i matchningen, de säjer inte om matchningen ska ändras med avseende på den resistiva eller reaktiva delen eller om impedansen är för låg eller hög. Det går lösa ändå, men det blir med trial and error-metoden. Man får lägga in matchnings-komponenter på försök i t.ex. ett pi-nät, notera uteffekt eller VSWR och möjligen även chippets ström, sedan justera värdena på ett systematiskt sätt tills man avläser låg VSWR över hela aktuella frekvensområdet.
Det går hitta någorlunda rätt på typ 10 systematiska försök, men man kan också vara helt vilse om man inte är systematisk. Hand-plotta mätresultaten från de komplexa impedanserna i ett Smith-diagram kan vara hjälp. Skriv uppmätt uteffekt direkt vid mätpunkterna.
För lägre frekvenser, 100 MHz och neråt, går det bygga testriggar med vridkondensatorer och justerbara induktanser i form av L eller PI-nät för att lite snabbare söka sej fram till optimalt resultat men för GHz får man löda ytmonterade komponenter.
Man lär sig snart lite trick, såsom att svepa med handen nära matchningsnätet, vilket ökar parallella kapacitansen och samtidigt kolla mätinstrumenten. Är det positivt innebär det att man kan öka på parallellasten med någon pF. Motsvarande justering för induktanser, håll en liten järnbit nära, vilket ökar induktansen. 2 mm ståltråd snabblimmad i änden på en tändsticka duger bra som testverktyg. Reagerar mätningarna för att man flyttar handen utefter en evt ansluten koax-kabel, är det ett tydligt tecken på höga reflektionsförluster.
Samma med kretskortets jordplan, sätta fingret på olika delar av jordplanet kan ge värdefull information om vad som är oönskade jordströmmar eller heta delar av jordplanets funktion som en del av antennen.
För att lyckas att få radio-kretsar att fungera bra, är förståelsen för RF-jord, jordplan, jordströmmar, impedans i ledningar och avkoppling sådant som man måste lära sej både lite teoretiskt men man lär sig mycket bara genom att mäta och löda.
Själv lär jag mej genom att ständigt hitta nya sätt att göra misstag och genom att utvärdera och lära mej av andras konstruktioner. Tyvärr är internet fullt med minor om man letar kunskap där.
Här är en glad amatör som gärna lär ut hur man gör antenner, men har måttlig kunskap, lånar från källor typ "Kalle,14" i denna video:
Antenn är kanske inte någon direkt katastrof men jämför designen med t.ex. denna antennen och fundera på skillnaden: http://cdn.comsol.com/wordpress/2015/02 ... ntenna.jpg
Det stämmer inte heller som han påstår, att en antenntyp skulle vara bättre för sändning, En antenn har samma egenskaper oavsett om det är sändande eller mottagande signaler som passerar.
En internetkälla jag rekommenderar att man i princip skum-läser hela sajten: http://www.antenna-theory.com/ för att sedan läsa lite noggrannare kring just de bitar som intresserar mest för tillfället.
Det mesta där är lättläst och avskalat vad gäller tunga teorier, men är skrivet av en som har bättre teoretisk insikt än de flesta. Ofta när man ska förenkla tunga ämnen blir det även lite fel, men jag tycker han lyckats bra.
Utöver VSWR-mätaren och diod-detektorn finns ytterligare ett verktyg som man kan ha mycket mätnytta av om man jobbar med RF-signaler, och det är USB TV-dongeln.
Löd dit en SMA-kontakt och man har en billig spektrumanalysator för labbet.
Vid filterbygge är det värdefullt med en synkad svepgenerator men det duger även med en bredbandig brusgenerator. Brusgeneratornkan kan byggas av två transistorer.
Det blir en del instrument, men det dyraste är USB-pluggen, så total-summan kan nog hamna under 200 kr, eller ännu mindre om det finns en skrotlåda att plocka några RF dioder och transistorer från.
Är man medveten om att man är på hal is är det bra. Det är då man har intresse och är öppen för att lära sej hur man ska få stopp på halkan.
Skaffa föreslagna verktygen så är det absolut möjligt att bygga ett filter samt även mäta att det fungerar som tänkt.
Jag menar inte att vara oförskämd men får nog avstå att fortsätta med några följdfrågor. All information du givit räcker gott för ett startskott inom RF men personligen måste jag låta det sjunka in och läsa på mycket mer. Antagligen skulle jag kunna fortsätta att prata om ämnet i dagar men det blir snabbt mastigt.
Framför allt saknar jag nästan alla komponenter som behövs (inkl BNC, TNC, SMA-kontakter etc), och även kunskap om dessa, men en inköpslista kommer att skapas så får det ta den tid det tar.
Du får det att låta så fruktansvärt enkelt men förstår mycket väl att det ligger många år av erfarenhet bakom.
Säg till om du planerar några nybörjarkurser i garaget.
För övrigt så är en av mina största favoriter på Youtube en man som kallar sig för "w2aew". Jag är helt fascinerad över ämnet och jag tycker han är en mycket bra pedagog, sen hur rätt han har i sina påståenden har jag ingen aning om.
Jo jag beskriver det som enkelt. Kan verka svårt för den oinvigde, men när du gjort detta några gånger tycker du också att det är enkelt.
Det är ju så med det mesta. Tycker själv matlagning är svårt, men praktiserar heller inget annat än mikron.
Lite reklam, men jag håller vid sällsynta tillfällen kurser, riktat till tekniker som redan jobbar med "embedded RF" (pilliga trådlösa grejor).
Om nybörjarkurser tycker jag sådär, min personliga inställning är att det är bättre att lära sej själv lite med lödpennan i hand och framförallt lära sej mäta med de enkla verktyg som jag föreslog.
Sedan kan mer teoretisk bildning sätta matematiska kläder på det man redan praktiserat. Kunskapen fastnar oftast bättre så.
Det är just sådana kurser som jag håller för de som jobbat några år med design på något RF-lab, som jag hjälper att ta nästa steg.
Det är inga korvstoppningskurser utan mer att ge kunskapen så att de ska känna, att "oj var det så enkelt, detta måste jag testa på jobbet".
Har aldrig sett denna w2aew tidigare, men kollade nu denna video som är den senaste.
Där använder han dioddetektor tillsammans med oscilloskop och mäter VSWR, precis som jag beskrev ovan.
Mäta VSWR som i videon är avdelningen "basic", lite som en laborations-övning i skolan, men min känsla är att han är väl kunnig både i teorin och i praktiken på denna nivån. Han vet säkert vad han pratar om även i övriga videos.
Sedan är video en sak, det som räknas är om du testar att praktisera det hela. Lite som att lära sej cykla. Lära sej det via video ger inga bestående kunskaper, men fixar du det i praktiken, sitter det sedan för lång tid.
Komponenterna som behövs kostar inget om man har något radio-skrot att plocka ifrån eller kostar några kronor från Ebay. Det är grundverktyg lika nyttiga som en multimeter om man vill pyssla med RF.
Jag har många dyra mätinstrument, men jag har även de andra verktygen som knappt inget kostar, och det är ofta med dom som jag löser de knepiga problemen.
Dioddetektorn tar 5 minuter att löda ihop, och sedan har du utvidgat oscilloskopet med en ny värdefull mätfunktion, som du kan ha mycket nytta av.
Bara på det.
