Jag vill designa en WiFi -antenn direkt på PCB-kortet. Detta ska jag ha för flera olika IoT-prylar.
Jag har hittat 2 olika designer av PCB-antenner ifrån Texas Instrument s.k. IFA (Inverted F-Antenna).
Size: 15x6mm https://www.ti.com/lit/an/swra117d/swra117d.pdf
Size: 26x8mm https://www.ti.com/lit/an/swru120d/swru ... 0158019452
Den lilla antennen har jag sett på många olika PCB-kort, men inte den lite större.
Vilken är bäst, tro ?
Jag kommer främst att använda Espressif's IC-kretsar ifrån ESP32-C3 och ESP-S2 familjen.
Vad jag har förstått, så ska man impedansanpassa kopparledningarna på PCB-kortet mellan IC-kretsen och antennen till 50 ohm.
För att göra dessa beräkningar, så har jag använt ett program ifrån www.saturnpcb.com "Saturn PCB DesignToolkit Version 8.39".
Jag tänker använda "vanligt" 4- lagers PCB-kort FR4, ifrån www.JLCPCB.com. Dom har 8 st olika PCB-kort med olika tjocklekar på PrePreg-lager för 1.0 mm kort.
Jag tänkte försöka använda ett PCB-kort som är 1 mm tjockt, men kan ändra mig på detta om det finns några fördelar.
Efter en del testande av olika inparametrar till Saturn-programmet "Conductors Impedance" + "Coplanar Wave" med W(Width), H(Height) och G(Gap),
så verkar det lämpligt att välja förhållandet W/H= ca 1.5, för att inte få ett alltför litet G.dvs G > 0.1mm och helst över 0.2mm, för annars blir det omöjligt att tillverka detta på en "standard"-PCB-kort.
H kan vara olika beroende på om man ska ha L2, L3 eller L4 som jordlager. Tjockleken på L2, L3 och L4 varierar på val av PCB-kort.
Med H=0.1 mm, så blir koppar-ledarna och gapet G för smala att kunna tillverkas typ <0,1mm.
Med H=0.2 mm => med W/H=1.5 => W=0.3mm => G = 0.1mm. Detta är på gränsen för att kunna tillverkas.
Med H=0.4 mm => med W/H=1.5 => W=0.6mm => G = 0.2mm. Detta går att tillverka på en "vanligt" PCB-kort, men på ett 1 mm tjockt PCB-kort så har JLCPCB inte något PCB-variant som funkar på L2 eller L3 som jordplan, där H är nära 0,4mm.
Värdet på H=0.4 mm eller lite högre verkar vara optimalt. Det kort som verkar passa bäst ifrån JLCPCB är JLC04101H-7628
Med L3 som jordplan får jag H=0,68 mm => med W/H=1.5 => W=1.0 mm => G=0,33mm.
Antennens kopparledaren är 0,5mm och PAD-en på CPU är 0,25 mm, vilket är mycket smalare än den beräknande bredden på kopparledaren på kretskortet (1.0mm).
Detta är ju inte så bra, men hur illa är det ? Funkar det i alla fall, när man har ett kort avstånd ( ca 6mm ) mellan CPU's WiFi-pad och antennens anslutning.
Mellan CPU's pad och antennen har jag tänkt att ha ett pi-filter. De som passar bäst för kopparledarens bredd W=1.0mm är 0603 komponenter med PAD-storlekar på ca 0.9x0.9 mm.
Bifogar lite skärmdumpar, så man ser hur jag har tänkt att göra.
Jag vill gärna ha lite goda råd, ifrån någon som kan det här med RF design !
Tänker och gör jag rätt ?
Design av WiFi antenn på PCB
Design av WiFi antenn på PCB
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Re: Design av WiFi antenn på PCB
Om du själv räknar på imp-anpassningen , så kommer det sannolikt att bli väldigt mycket fel i den slutliga produkten, låt PCB-tillverkaren göra anpassningen istället.
Fråga dem hur du skall göra grunddesignen, och låt dem sedan göra den slutliga anpassningen.
Fråga dem hur du skall göra grunddesignen, och låt dem sedan göra den slutliga anpassningen.
Re: Design av WiFi antenn på PCB
Vad är du ute efter? Bra antenn kan vara många saker.
De antenner du visar är sådana som man bör lämna utrymme för matchningkomponenter för bästa anpassning efter olika miljöer, exempelvis om antennen placeras inuti något absorberande eller reflekterande.
Nästan allt lastar ned antennen mer än när antennen är placerad i "free space", dvs impedansen sjunker.
För att kunna hantera samma kretskort i olika miljöerär det därför enklast att kunnajustera komponentvärden än att börja försöka gitta rätt individuellt antenn.mänster för att kompensera för en specifik miljö.
När man lärt sej korrekt mätteknik är det simpelt att justera men man behöver en nätverksanalysator. Är det för eget bruk och man kan kosta på sej lite extra tid så kan man komma långt med billiga mätinstrument men det är inget för professionellt jobb.
Som exempel som visar typiska arbetsgången vid matchning visar jag här nedan hur man trimmar om en antenn från 900 MHz till 2.4GHz genom att justera matchningskomponenter och ändå behålla antenneffektivitet Jag använder ett hjälp-program men det är fullt möjligt att räkna fram ett bra matchningsnät för hand.
Sådan effektivitet har bara löst en koppling till impedansmatchningen. Typexemplet är att ett 50 Ohm motstånd som antenn ger bra matchning men usel antenneffektivtet.
Kommersiella PCB-antenner för 2.4 GHz ligger oftast mellan 30 till 70% effektivitet. Väl optimerade PCB-antenner når 80%, För att nå än högre duger inte PCB-antenner, det är för mycket förluster på olika sätt.
Fördelen med tryckta PCB-antenner är att de kostar i stort inget när de väl är designade och repterbarheten är stor, dvs alla antenner blir i stort lika i teknisk prestanda.
Bra antenndesign och matchningsnätet kan täcka upp för en bredd variation av omgivningsbelastningar.
Dina antennförslag är ok. Det går inte få så hög effektivitet men utformningen av kvartsvågen tar litet utrymma.
Alla resonanta antenner är som kortast en halvvåg. Var är då restan av antennen om mönstret bara är en kvartsvåg? Jo det är en spegling som sker i kretskortets övriga kopparytor. Med tur blir det god funktion, högre verkningsgrad och bred och stabil bandbredd. Stabil med avseende för omgivningsvariationer.
Därför gör nästan alltid TI m.fl. så att de redovisar testdata enbart med anpassat stort obrutet jordplan, dvs inga mönster eller komponenter. Sådana störningar drar ned antennfunktionen.
De antenner du visar är varianter på samma tema och kallas gemensamt för IFA, Inverted F Antenna. Det är ett inverterat F som fallit framåt mot jordplanet.
En antenntyp som fungerar bättre ur många aspekter, högre antenneffektivitet och bättre stabilitet och större bandbredd, förutsatt att jordplanet ger låga RF-förluster , är en rak blanktråd, 32 mm lång. Den är ofta även lättare att tuna. Dess storaa nackdel är att trådens impedans far jojo om man ändrar antennen vinkel och den blir lättar av olyckhändelse krökt eller råkar komma nära störande saker såsom kablar mm.
För att göra en än bättre antenn måst man överge jordplanet och bygga en fristående dipol. Ofta om man designar för PCB-antenn förbereder man i mönstret plats för ufl-kontakt samt lödbrygga för att enkelt kunna bryta bort inbyggda antennen och istället ta signalen via ufl-kontakten. Fortfarande med matchnings-komponenter vilka ör rekomenderat arrangerade som ett PI-nät om jordplanet är tillräckligt stabilt.
Sakans detta så kan ett T-nät ge mindre förluster. Komponenterna är normalt trådlindade spolar och RF-kondingar i 0402-storlek eller 0201 vid dessa frekvenser. Högre frekvenser kan det vara aktuellt med hybrid stubmatchning.
Eftersom du ska matcha, enda sättet att veta impedansen är att mäta. Skulle impedansen från radion vara 30-j60 Ohm så är det den impedansen antennen ska matchas emot. Designar man med korta ledare så mäter man in PCB-materialet från aktuelll leverantör med ungefärligt korrekta linjebredder. Resten hanterar matchning. Ledarlängder rill och från matchningsnät som undertiger lambda/10 är inget bekymmer att hantera.
Däremot får man se upp så inte PCB-tillverkaren plötsligt byter laminattyp. FR4 kan variera åtskilligt i dielektricitetskonstant och påverak därmed matchning. FR4-materialet i sej ger förluster, då det absorberar en del signal. Kan begränsas genom att lägga koppar på både top och bottom med täta förbindelsepunkter men går man det på antennmönstret måste mönstrets längs öka för att fortfarande vara en kvartsvåg.
Det var en första start med lite saker att tänka på. Skaffa en VNA och börja mät på påhittade objekt, lär dej hur man beräknar matchningsnät och finner hög verkningsgrad.
Att mäta rätt är bland de mer svårare sakerna. Man vill ju t.ex. inte att VNA-mätkabeln ska utgöra en del av jordplanet på objektet man mäter på.
Så länge du håller dej till PCB-antenner av kvartsvågstyp, evt. riktverkan beror på hur andra kablar lämnar PCB och om lysdioden lyser eller inte.
De antenner du visar är sådana som man bör lämna utrymme för matchningkomponenter för bästa anpassning efter olika miljöer, exempelvis om antennen placeras inuti något absorberande eller reflekterande.
Nästan allt lastar ned antennen mer än när antennen är placerad i "free space", dvs impedansen sjunker.
För att kunna hantera samma kretskort i olika miljöerär det därför enklast att kunnajustera komponentvärden än att börja försöka gitta rätt individuellt antenn.mänster för att kompensera för en specifik miljö.
När man lärt sej korrekt mätteknik är det simpelt att justera men man behöver en nätverksanalysator. Är det för eget bruk och man kan kosta på sej lite extra tid så kan man komma långt med billiga mätinstrument men det är inget för professionellt jobb.
Som exempel som visar typiska arbetsgången vid matchning visar jag här nedan hur man trimmar om en antenn från 900 MHz till 2.4GHz genom att justera matchningskomponenter och ändå behålla antenneffektivitet Jag använder ett hjälp-program men det är fullt möjligt att räkna fram ett bra matchningsnät för hand.
Sådan effektivitet har bara löst en koppling till impedansmatchningen. Typexemplet är att ett 50 Ohm motstånd som antenn ger bra matchning men usel antenneffektivtet.
Kommersiella PCB-antenner för 2.4 GHz ligger oftast mellan 30 till 70% effektivitet. Väl optimerade PCB-antenner når 80%, För att nå än högre duger inte PCB-antenner, det är för mycket förluster på olika sätt.
Fördelen med tryckta PCB-antenner är att de kostar i stort inget när de väl är designade och repterbarheten är stor, dvs alla antenner blir i stort lika i teknisk prestanda.
Bra antenndesign och matchningsnätet kan täcka upp för en bredd variation av omgivningsbelastningar.
Dina antennförslag är ok. Det går inte få så hög effektivitet men utformningen av kvartsvågen tar litet utrymma.
Alla resonanta antenner är som kortast en halvvåg. Var är då restan av antennen om mönstret bara är en kvartsvåg? Jo det är en spegling som sker i kretskortets övriga kopparytor. Med tur blir det god funktion, högre verkningsgrad och bred och stabil bandbredd. Stabil med avseende för omgivningsvariationer.
Därför gör nästan alltid TI m.fl. så att de redovisar testdata enbart med anpassat stort obrutet jordplan, dvs inga mönster eller komponenter. Sådana störningar drar ned antennfunktionen.
De antenner du visar är varianter på samma tema och kallas gemensamt för IFA, Inverted F Antenna. Det är ett inverterat F som fallit framåt mot jordplanet.
En antenntyp som fungerar bättre ur många aspekter, högre antenneffektivitet och bättre stabilitet och större bandbredd, förutsatt att jordplanet ger låga RF-förluster , är en rak blanktråd, 32 mm lång. Den är ofta även lättare att tuna. Dess storaa nackdel är att trådens impedans far jojo om man ändrar antennen vinkel och den blir lättar av olyckhändelse krökt eller råkar komma nära störande saker såsom kablar mm.
För att göra en än bättre antenn måst man överge jordplanet och bygga en fristående dipol. Ofta om man designar för PCB-antenn förbereder man i mönstret plats för ufl-kontakt samt lödbrygga för att enkelt kunna bryta bort inbyggda antennen och istället ta signalen via ufl-kontakten. Fortfarande med matchnings-komponenter vilka ör rekomenderat arrangerade som ett PI-nät om jordplanet är tillräckligt stabilt.
Sakans detta så kan ett T-nät ge mindre förluster. Komponenterna är normalt trådlindade spolar och RF-kondingar i 0402-storlek eller 0201 vid dessa frekvenser. Högre frekvenser kan det vara aktuellt med hybrid stubmatchning.
Eftersom du ska matcha, enda sättet att veta impedansen är att mäta. Skulle impedansen från radion vara 30-j60 Ohm så är det den impedansen antennen ska matchas emot. Designar man med korta ledare så mäter man in PCB-materialet från aktuelll leverantör med ungefärligt korrekta linjebredder. Resten hanterar matchning. Ledarlängder rill och från matchningsnät som undertiger lambda/10 är inget bekymmer att hantera.
Däremot får man se upp så inte PCB-tillverkaren plötsligt byter laminattyp. FR4 kan variera åtskilligt i dielektricitetskonstant och påverak därmed matchning. FR4-materialet i sej ger förluster, då det absorberar en del signal. Kan begränsas genom att lägga koppar på både top och bottom med täta förbindelsepunkter men går man det på antennmönstret måste mönstrets längs öka för att fortfarande vara en kvartsvåg.
Det var en första start med lite saker att tänka på. Skaffa en VNA och börja mät på påhittade objekt, lär dej hur man beräknar matchningsnät och finner hög verkningsgrad.
Att mäta rätt är bland de mer svårare sakerna. Man vill ju t.ex. inte att VNA-mätkabeln ska utgöra en del av jordplanet på objektet man mäter på.
Så länge du håller dej till PCB-antenner av kvartsvågstyp, evt. riktverkan beror på hur andra kablar lämnar PCB och om lysdioden lyser eller inte.
Re: Design av WiFi antenn på PCB
Varning för att investera i den simulerings-programvaran som GwwkJoan pushar för.
Vet man inget alls om antenner kan man luras att gå på att detta är något att stå efter.
Nybörjaren behöver inte denna typen av simuleringsverktyg och om så vore finns så mycket bättre simuleringsverktyg än detta skämtet till verktyg.
Videon är en produkt-reklam för en skrattretande ofärdig simulator till väldigt högt pris.
Hade inte ens med att ufl-kontaktenman placerade in normalt havererar antennen om man placerar ufl-kontakten med dess jordplans-footprint på motsatta sidan av antennen, mitt i antennen. Att man alls gör det visar att demo-personen inte vet mycket om antenner hur sådant fungerar. Kanske trodde hon att det inte påverkade antennen om man placerade kontakten på antennens baksida.
Simulator-stegen påminner annars om hur man arbetar i mer seriösa simulatorer.
Kan tänka mej att man på skolor skulle kunna använda programvaran för förenklad undervisning men man missar då väsentliga saker och har inte fördelen av att lära sej hitta i de konventionella simulerings-programvarorna.
Det är simuleringsprogramvara i fattigversion, dvs man kan inte ta hänsyn till en verklig antenn-omgivning och ett verkligt PCB-jordplan.
Om man skulle ta med ett verkligt PCB-jordplans RF-egenskaper så är ofta mönstret lätt att importera och tilldela korrekta elektriska parametrar.
Nog så viktigt ur antenn-synpunkt är att även ta med RF-egenskaperna för t.ex. IC-kretsar och övriga komponenter. Särskilt problem brukar uppstå då man har switchad spänningsregulator på kretskortet då dess spole ofta ger jordplanet dåliga RF-egenskaper.
Det är ferrit-materialet i spolen som kan vara starkt absorberande för de strömmar som går i jordplanet under spolen.
Genom att placera spolen i del av kretskortet där man vet att RF-strömmarnas intensitet är lägre minskar påverkan.
I videon används felaktiga fackuttryck, hög sensitivitet är inte detsamma som att antennen är nära 50 Ohm i impedans som de framställer det. Reaktiva delen blundade man för. Matchningsnät kan vara att man skippade att beskriva av tidsskäl.
Att alls tuna antennen för effektivitet som är mer närbesläktat med det de kallar sensitivitet men det nämns det inget om.
Man kan nog använda 60.000 kr bättre än att köpa detta skämtet till program.
Om man nu verkligen vill arbeta med fungerande simuleringsprogram, finns mycket att välja på men de viktigast ur antenn-synpunkt:
Ansys HFSS har på senare år vuxit och är nästan industri-standard när det gäller att simulera EM-fält.
CST är närmaste konkurrent.
Bägge dessa är rätt dyra programvaror med gedigna kataloger av färdig.beräknade RF-modeller av allt, inklusive både barn, vuxna och antenner från större tillverkare.
Det finns många simuleringsalternativ som är mer eller mindre kapabla, även några open source.
Själv använder jag ibland Microwave Office som en slags miniräknare då programmet är snabbt att ta ut resultat från. Den är visserligen ingen 3D-solver, ligger närmare 2.5D men den duger för att snabbt grov-testa t.ex. olika ideala PCB-plans storlek, hur dessa påverkar en antenn som tendens även om man i resultatet inte tagit med några omgivningsparametrar eller ens vilken typ av antenn man valt.
Nackdelen med CST och Ansys är att för att få ut ett någorlunda korrekt simulerat resultat tar det lång tid, timmar, dagar. På samma tid tar jag fram en mer optimerad verklig antenn, anpassad för den miljö den är tänkt att användas genom att använda verktyg som bearbetar direkta mätresultaten från en VNA under pågående utvecklingsjobb.
Lite mer avancerade beräkningar i simuleringverktygen tar ofta ett par timmar och ibland flera dygn och om då resultatet inte är det önskade får man starta om med nya parametrar och ny väntan.
Det är inte konstigt om man når bättre och snabbare resultat att direkt börja med hårdvaran.
Det är rätt vanligt att man gör tvärs om, man börjar med att designa hårdvaran och sedan simulerar den färdiga produkten för att få fram säljande färggranna strålningsdiagram. På det viset spara man in behovet att ha en mätkammare.
Verkliga uppmätta strålningsdiagram är ofta rätt taggiga medan simulerade resultatet är ger vackra ballonglika diagram.
Simuleringar har absolut sina fördelar och kan i somliga fall ge mer värdefulla resultat än verkligheten men det är lite bortom vad jag orkar skriva om.
Detta med att optimera antenn-impedans för dess omgivning är ofta mer komplicerat än man kan tro och fungerar dåligt att arbeta med i simulatorer. Nu är iofs en 2.4GHz antenn bland de enklaste antennerna att jobba med då den inte behöver optimeras över någon större bandbredd jämfört med t.ex. en LTE-antenn i en telefon. En sådan antenn ska kanske täcka det mesta från 700MHz till kanske 2.7 GHz med god effektivitet.
Antennerna i en mobiltelefon ska kunna hantera olika typer av laster i närfältet utan att bli nämnvärt misstunade. Vanligaste påtagliga variationen av omgivningslast utgörs av den som håller i telefonen. Olika typer av vävnader och vätskor såsom blod påverkar alla på olika sätt och utgör en komplicerad summastruktur av last.
Variationerna som man fokuserar på vid antenndesignen är ofta tre olika. Dels har man vanliga handhållna läget på telefonen när man håller telefonen mot huvudet, dels när telefonen ligger fritt på t.ex. ett träbord som laster relativt lite. Ofta värsta problemet att hantera är det sk. surf-läget, där man håller om telefonens ändar med bägge händerna.
Dessa tre olika situationer finns som standardmodeller både virtuellt och som verkliga dummy-delar av människan med korrekta RF-parametrar.
Dessa olika situationerna påverkas mycket av var i telefonen antennerna sitter och man måste kunna designa antennen impedans för att så bra som möjligt ge de olika situationerna bra funktion.
Vanligtvis får man prioritera vissa frekvensband och antenner som mer viktiga, ge dessa mer arbete, mer utrymme och bättre placering och får kosta mer optimeringsjobb. BT-antennen behöver inte alltid vara effektiv, då främsta behovet på räckvidd är typ 1m så man når ett headset medans GNSS-antennen måste ha rätt hög verkningsgrad för att positionering alls ska fungera.
Den som kollat på antennerna i en modern mobiltelefon förstår att simuleringsverktyget måste vara rätt kompetent då närområdet inuti telefonen är rätt packat av olika typer av material som påverkar antennen och man måste messha oerhört tätt för att alls få ut något vettigt. Det är då beräkningarna börjar ta tid.
Man ska inte heller överdriva behovet av bra antenn. De flesta headset ska bara kommunicera på en sträcka av max en meter. Med bra antenn klara man kanske 100 meter men det kommer kosta större hölje till headsetet för att rymma en bättre antenn. Litet format säljer bättre än lång räckvidd så antennens räckvidd får offras tycker marknads och designavdelningen.
Vad man då ofta missar är att dålig antenn kräver högre sändareffekt vilket kräver mer batteri. Det ger kortare driftstid per laddning, vilket inte säljer så bra bland de lite mer krävande kunderna som studerar sådant i förväg.
I dessa fall är en välavvägd kompromiss att föredra men mycket hänger på att den tekniker som designar antennen förstå och kan klargöra även för icke-tekniker varför en kompromiss ör bättre. Något som ofta missas är att antenndesignenen, den glömmer man till sistm när alla andra huvudkomponenter fått sin plats. Ofta får då antennen en dålig placering på kretskortet och fungerar sämre än om man tagit med dess behov tidigare i produktutvecklingen, utan att det då kostat mer utrymme.
För just BT-antenn ligger praktiska gränsen för en fortfarande rätt duglig PCB-antenn på en antenn med footprint om minst 10mm² samt vanligen två komponenters matchningsnät och ska det vara smått som det ofta är i ett headset så kan man välja tuning-komponenter mindre än 0201.
Dessa komponenter blir mindre ideala, större ESR, lägre SRF osv men om räckvidd ändå inte är prioriterat så kan man ta den kostnaden.
Om man ska börja med antenndesign är en VNA lika viktig som multimetern är för lägre frekvenser.
Utan VNA och man är blind för vad man alls håller på med.
Ska man bara prova-på på hobby-nivå, designa ett par antenner som man åtminstone fått i resonans på rätt frekvens finns t.ex. LITEVNA64 för 1500 kr https://eleshop.eu/litevna-5341.html
Det är verktyg där man kan lära sej mycket om antenners egenskaper och man lär sej grundläggande mätteknik som kan underlätta att senare ge sej på mer seriösa projekt och nätverkare. Även kostnaden är som en medium multimeter.
Dyra simuleringsprogram har sin plats men då är man redan rätt erfaren och kunnig och vet vad simuleringen bättre kan bidra med än verklighetens antenn och vad som ger mest arbetsmässigt. Det är ofta tidspressat att utveckla antenner så man måste använda tiden effektivt.
Är det ett företag som ska designa sina första antenner avsedda att säljas kommersiellt så duger inte annat än riktig VNA vars mjukvara kan acceptera att styra VNA via GPIB resptive leverera data live till etablerade programvaror. Även om behovet inte inses hos nybörjaren så är det en dålig investering att kapa bort den funktionen från början.
GPIB, IEEE-488 förstås av alla VNA-tillverkare för kommersiellt bruk, Keysight (Agilent, HP), R&S, Anritsu m.fl. är alla helt kompatibla och kan t.ex. inte bara för labbänk utan även utgöra del av mätutrustning som kommunicerar med styrbara antenner och vridbord och om man mäter aktiva mobiltelefoner behövs kunna kommunicera med en CMU över GPIB.
Dessa tillverkares VNA är alla dyra saker men som också uppfyller många olika krav och är kalibrerbara.
I videon som jag länkade ovan använder jag ett en-ports billighetsalternativ som ändå håller kraven man ställer på en VNA för industriella bruk.
Den kommer från Copper Mountain och prislappen ca 60kkr, https://coppermountaintech.com
Även tvåportarna från CMT ligger mycket bra till i pris relativt prestanda jämfört med t.ex. Keysight.
Nackdelen är att man måste använda egen dator för att alls få en display men jag ser det som en fördel. Egan bildskärmen är större och bättre och VN kan stå lite i skyumundan utan att ta plats på labbänken.
Vill man verkligen hålla låg budget så finns begagnade HP8753. De är gamla men fortfarande av god klass. Med hjälp av AnTunes mjukvara så får man alla nya finesser och färgskärm, minnen autoforwarding och olika mätformat som lätt kan sparas på datorn via ett enda knapptryck. Det var annars pinan med dessa HP-maskiner att spara filer på vettigt sätt med genomtänkt namnsättning. Det gjorde att man lätt slarvade med att spara utvecklingssteg ifall man behövde backa i antenndesignen, vilket man ofta måste göra om det är lite mer komplicerade jobb.
Det finns en allvarlig hake med HP8753, om den slocknar med blå rök håller inte Keysight med reservdelar längre. En sådan VNA är då i stort värdelös då nästan all elektronik i den är special HP.
Om man köper en begagnad komplet VNA med parameterlåda om sådan behövs och minst 3GHz, vilket man kan få från 10k och uppåt, se till at köpa en som startar upp utan felmeddelanden och vars kurva inte lever ett eget liv. Ebay dräller av trasiga HP8753.
Trasig skärm kan man leva med. Där finns 3:part LCD-skärmar eller ansluter man extern skärm då det finns RGB-uttag på baksidan som inte är helt standard.
Även om man som nybörjare inte behöver en exklusiv simuleringsprogramvara, en som hanterar mer komplexa situationer och där man åtminstone i grova drag kan lägga in närfältslastande parametrar, såsom en hand så är här en snarlik video som demar Ansys HFSS
Kommersiell årlig licens för basversion av Ansys HFSS kostar ca 350kkr per år. Student och startup-versioner finns.
Man måste räkna på vad det ger ett kommersiellt företag i mervärde för att ett sådant program ska löna sej.
Det lönar sej för mej men en stor del av värdet har inte så mycket med antenndesign att göra utan värdet är att kunna visa kunder snygga simuleringar och produktblad.
Flashiga animeringar imponerar på de som inte är så insatta utan är mer inköpare än tekniker.
Vet man inget alls om antenner kan man luras att gå på att detta är något att stå efter.
Nybörjaren behöver inte denna typen av simuleringsverktyg och om så vore finns så mycket bättre simuleringsverktyg än detta skämtet till verktyg.
Videon är en produkt-reklam för en skrattretande ofärdig simulator till väldigt högt pris.
Hade inte ens med att ufl-kontaktenman placerade in normalt havererar antennen om man placerar ufl-kontakten med dess jordplans-footprint på motsatta sidan av antennen, mitt i antennen. Att man alls gör det visar att demo-personen inte vet mycket om antenner hur sådant fungerar. Kanske trodde hon att det inte påverkade antennen om man placerade kontakten på antennens baksida.
Simulator-stegen påminner annars om hur man arbetar i mer seriösa simulatorer.
Kan tänka mej att man på skolor skulle kunna använda programvaran för förenklad undervisning men man missar då väsentliga saker och har inte fördelen av att lära sej hitta i de konventionella simulerings-programvarorna.
Det är simuleringsprogramvara i fattigversion, dvs man kan inte ta hänsyn till en verklig antenn-omgivning och ett verkligt PCB-jordplan.
Om man skulle ta med ett verkligt PCB-jordplans RF-egenskaper så är ofta mönstret lätt att importera och tilldela korrekta elektriska parametrar.
Nog så viktigt ur antenn-synpunkt är att även ta med RF-egenskaperna för t.ex. IC-kretsar och övriga komponenter. Särskilt problem brukar uppstå då man har switchad spänningsregulator på kretskortet då dess spole ofta ger jordplanet dåliga RF-egenskaper.
Det är ferrit-materialet i spolen som kan vara starkt absorberande för de strömmar som går i jordplanet under spolen.
Genom att placera spolen i del av kretskortet där man vet att RF-strömmarnas intensitet är lägre minskar påverkan.
I videon används felaktiga fackuttryck, hög sensitivitet är inte detsamma som att antennen är nära 50 Ohm i impedans som de framställer det. Reaktiva delen blundade man för. Matchningsnät kan vara att man skippade att beskriva av tidsskäl.
Att alls tuna antennen för effektivitet som är mer närbesläktat med det de kallar sensitivitet men det nämns det inget om.
Man kan nog använda 60.000 kr bättre än att köpa detta skämtet till program.
Om man nu verkligen vill arbeta med fungerande simuleringsprogram, finns mycket att välja på men de viktigast ur antenn-synpunkt:
Ansys HFSS har på senare år vuxit och är nästan industri-standard när det gäller att simulera EM-fält.
CST är närmaste konkurrent.
Bägge dessa är rätt dyra programvaror med gedigna kataloger av färdig.beräknade RF-modeller av allt, inklusive både barn, vuxna och antenner från större tillverkare.
Det finns många simuleringsalternativ som är mer eller mindre kapabla, även några open source.
Själv använder jag ibland Microwave Office som en slags miniräknare då programmet är snabbt att ta ut resultat från. Den är visserligen ingen 3D-solver, ligger närmare 2.5D men den duger för att snabbt grov-testa t.ex. olika ideala PCB-plans storlek, hur dessa påverkar en antenn som tendens även om man i resultatet inte tagit med några omgivningsparametrar eller ens vilken typ av antenn man valt.
Nackdelen med CST och Ansys är att för att få ut ett någorlunda korrekt simulerat resultat tar det lång tid, timmar, dagar. På samma tid tar jag fram en mer optimerad verklig antenn, anpassad för den miljö den är tänkt att användas genom att använda verktyg som bearbetar direkta mätresultaten från en VNA under pågående utvecklingsjobb.
Lite mer avancerade beräkningar i simuleringverktygen tar ofta ett par timmar och ibland flera dygn och om då resultatet inte är det önskade får man starta om med nya parametrar och ny väntan.
Det är inte konstigt om man når bättre och snabbare resultat att direkt börja med hårdvaran.
Det är rätt vanligt att man gör tvärs om, man börjar med att designa hårdvaran och sedan simulerar den färdiga produkten för att få fram säljande färggranna strålningsdiagram. På det viset spara man in behovet att ha en mätkammare.
Verkliga uppmätta strålningsdiagram är ofta rätt taggiga medan simulerade resultatet är ger vackra ballonglika diagram.
Simuleringar har absolut sina fördelar och kan i somliga fall ge mer värdefulla resultat än verkligheten men det är lite bortom vad jag orkar skriva om.
Detta med att optimera antenn-impedans för dess omgivning är ofta mer komplicerat än man kan tro och fungerar dåligt att arbeta med i simulatorer. Nu är iofs en 2.4GHz antenn bland de enklaste antennerna att jobba med då den inte behöver optimeras över någon större bandbredd jämfört med t.ex. en LTE-antenn i en telefon. En sådan antenn ska kanske täcka det mesta från 700MHz till kanske 2.7 GHz med god effektivitet.
Antennerna i en mobiltelefon ska kunna hantera olika typer av laster i närfältet utan att bli nämnvärt misstunade. Vanligaste påtagliga variationen av omgivningslast utgörs av den som håller i telefonen. Olika typer av vävnader och vätskor såsom blod påverkar alla på olika sätt och utgör en komplicerad summastruktur av last.
Variationerna som man fokuserar på vid antenndesignen är ofta tre olika. Dels har man vanliga handhållna läget på telefonen när man håller telefonen mot huvudet, dels när telefonen ligger fritt på t.ex. ett träbord som laster relativt lite. Ofta värsta problemet att hantera är det sk. surf-läget, där man håller om telefonens ändar med bägge händerna.
Dessa tre olika situationer finns som standardmodeller både virtuellt och som verkliga dummy-delar av människan med korrekta RF-parametrar.
Dessa olika situationerna påverkas mycket av var i telefonen antennerna sitter och man måste kunna designa antennen impedans för att så bra som möjligt ge de olika situationerna bra funktion.
Vanligtvis får man prioritera vissa frekvensband och antenner som mer viktiga, ge dessa mer arbete, mer utrymme och bättre placering och får kosta mer optimeringsjobb. BT-antennen behöver inte alltid vara effektiv, då främsta behovet på räckvidd är typ 1m så man når ett headset medans GNSS-antennen måste ha rätt hög verkningsgrad för att positionering alls ska fungera.
Den som kollat på antennerna i en modern mobiltelefon förstår att simuleringsverktyget måste vara rätt kompetent då närområdet inuti telefonen är rätt packat av olika typer av material som påverkar antennen och man måste messha oerhört tätt för att alls få ut något vettigt. Det är då beräkningarna börjar ta tid.
Man ska inte heller överdriva behovet av bra antenn. De flesta headset ska bara kommunicera på en sträcka av max en meter. Med bra antenn klara man kanske 100 meter men det kommer kosta större hölje till headsetet för att rymma en bättre antenn. Litet format säljer bättre än lång räckvidd så antennens räckvidd får offras tycker marknads och designavdelningen.
Vad man då ofta missar är att dålig antenn kräver högre sändareffekt vilket kräver mer batteri. Det ger kortare driftstid per laddning, vilket inte säljer så bra bland de lite mer krävande kunderna som studerar sådant i förväg.
I dessa fall är en välavvägd kompromiss att föredra men mycket hänger på att den tekniker som designar antennen förstå och kan klargöra även för icke-tekniker varför en kompromiss ör bättre. Något som ofta missas är att antenndesignenen, den glömmer man till sistm när alla andra huvudkomponenter fått sin plats. Ofta får då antennen en dålig placering på kretskortet och fungerar sämre än om man tagit med dess behov tidigare i produktutvecklingen, utan att det då kostat mer utrymme.
För just BT-antenn ligger praktiska gränsen för en fortfarande rätt duglig PCB-antenn på en antenn med footprint om minst 10mm² samt vanligen två komponenters matchningsnät och ska det vara smått som det ofta är i ett headset så kan man välja tuning-komponenter mindre än 0201.
Dessa komponenter blir mindre ideala, större ESR, lägre SRF osv men om räckvidd ändå inte är prioriterat så kan man ta den kostnaden.
Om man ska börja med antenndesign är en VNA lika viktig som multimetern är för lägre frekvenser.
Utan VNA och man är blind för vad man alls håller på med.
Ska man bara prova-på på hobby-nivå, designa ett par antenner som man åtminstone fått i resonans på rätt frekvens finns t.ex. LITEVNA64 för 1500 kr https://eleshop.eu/litevna-5341.html
Det är verktyg där man kan lära sej mycket om antenners egenskaper och man lär sej grundläggande mätteknik som kan underlätta att senare ge sej på mer seriösa projekt och nätverkare. Även kostnaden är som en medium multimeter.
Dyra simuleringsprogram har sin plats men då är man redan rätt erfaren och kunnig och vet vad simuleringen bättre kan bidra med än verklighetens antenn och vad som ger mest arbetsmässigt. Det är ofta tidspressat att utveckla antenner så man måste använda tiden effektivt.
Är det ett företag som ska designa sina första antenner avsedda att säljas kommersiellt så duger inte annat än riktig VNA vars mjukvara kan acceptera att styra VNA via GPIB resptive leverera data live till etablerade programvaror. Även om behovet inte inses hos nybörjaren så är det en dålig investering att kapa bort den funktionen från början.
GPIB, IEEE-488 förstås av alla VNA-tillverkare för kommersiellt bruk, Keysight (Agilent, HP), R&S, Anritsu m.fl. är alla helt kompatibla och kan t.ex. inte bara för labbänk utan även utgöra del av mätutrustning som kommunicerar med styrbara antenner och vridbord och om man mäter aktiva mobiltelefoner behövs kunna kommunicera med en CMU över GPIB.
Dessa tillverkares VNA är alla dyra saker men som också uppfyller många olika krav och är kalibrerbara.
I videon som jag länkade ovan använder jag ett en-ports billighetsalternativ som ändå håller kraven man ställer på en VNA för industriella bruk.
Den kommer från Copper Mountain och prislappen ca 60kkr, https://coppermountaintech.com
Även tvåportarna från CMT ligger mycket bra till i pris relativt prestanda jämfört med t.ex. Keysight.
Nackdelen är att man måste använda egen dator för att alls få en display men jag ser det som en fördel. Egan bildskärmen är större och bättre och VN kan stå lite i skyumundan utan att ta plats på labbänken.
Vill man verkligen hålla låg budget så finns begagnade HP8753. De är gamla men fortfarande av god klass. Med hjälp av AnTunes mjukvara så får man alla nya finesser och färgskärm, minnen autoforwarding och olika mätformat som lätt kan sparas på datorn via ett enda knapptryck. Det var annars pinan med dessa HP-maskiner att spara filer på vettigt sätt med genomtänkt namnsättning. Det gjorde att man lätt slarvade med att spara utvecklingssteg ifall man behövde backa i antenndesignen, vilket man ofta måste göra om det är lite mer komplicerade jobb.
Det finns en allvarlig hake med HP8753, om den slocknar med blå rök håller inte Keysight med reservdelar längre. En sådan VNA är då i stort värdelös då nästan all elektronik i den är special HP.
Om man köper en begagnad komplet VNA med parameterlåda om sådan behövs och minst 3GHz, vilket man kan få från 10k och uppåt, se till at köpa en som startar upp utan felmeddelanden och vars kurva inte lever ett eget liv. Ebay dräller av trasiga HP8753.
Trasig skärm kan man leva med. Där finns 3:part LCD-skärmar eller ansluter man extern skärm då det finns RGB-uttag på baksidan som inte är helt standard.
Även om man som nybörjare inte behöver en exklusiv simuleringsprogramvara, en som hanterar mer komplexa situationer och där man åtminstone i grova drag kan lägga in närfältslastande parametrar, såsom en hand så är här en snarlik video som demar Ansys HFSS
Kommersiell årlig licens för basversion av Ansys HFSS kostar ca 350kkr per år. Student och startup-versioner finns.
Man måste räkna på vad det ger ett kommersiellt företag i mervärde för att ett sådant program ska löna sej.
Det lönar sej för mej men en stor del av värdet har inte så mycket med antenndesign att göra utan värdet är att kunna visa kunder snygga simuleringar och produktblad.
Flashiga animeringar imponerar på de som inte är så insatta utan är mer inköpare än tekniker.
Re: Design av WiFi antenn på PCB
Det var Matlab de använde, kan ifs ha klistrat in fel länk. ?
Re: Design av WiFi antenn på PCB
Det är INTE Matlab som är felet.
Det är en dåligt tänkt ofärdig tilläggsmodul som inte blir mer duglig bara för att den rider på Matlab.
Det går alldeles utmärkt att använda Matlab och räkna ut helt galna resultat om man inte vet vad man håller på med.
Om du själv hade tittat på videon och begripit något om antenn-design så borde du tvekat åttio gånger om innan du pushat för en video där man sätter ufl-kontakten mitt i antennen.
Se videon själv innan du vilseleder andra med att det skulle vara något av värde.
Det är en dåligt tänkt ofärdig tilläggsmodul som inte blir mer duglig bara för att den rider på Matlab.
Det går alldeles utmärkt att använda Matlab och räkna ut helt galna resultat om man inte vet vad man håller på med.
Om du själv hade tittat på videon och begripit något om antenn-design så borde du tvekat åttio gånger om innan du pushat för en video där man sätter ufl-kontakten mitt i antennen.
Se videon själv innan du vilseleder andra med att det skulle vara något av värde.
-
Synesthesia
- Inlägg: 646
- Blev medlem: 22 januari 2010, 19:14:10
- Ort: Mellan Göteborg och Kungsbacka
Re: Design av WiFi antenn på PCB
På ett företag jag jobbat för skulle det designas in en antenn typ denna, där hade en konsult designat en antenn och den skulle användas i alla konstruktioner som skulle ha antenn.
Re: Design av WiFi antenn på PCB
Tack för era svar 
Min plan är att designa ett flertal olika IoT WiFi-produkter (2.4Ghz) för hemmabruk främst baserad på ESP32 och på sikt komma ut på den kommersiella marknaden som "LowEnd" konsumentprodukter. (dvs ej HighEnd / proffs-prylar)
Jag kan tänka mig att lägga ner några fåtal tusenlappar på att köpa utvecklingsverktyg för att bygga WiFi-antenner (hård alt mjukvara).
Jag tänkte köpa en billig 3/6 Ghz NanoVNA ( V3 6 Ghz ca 1500 kr) från typ Banggood, men inköpet fastnade på att det varnades för många olika dåliga kopior på denna produkt och som påstås vara så dåliga att de inte ens är användbara. Jag har ingen aning om det är sant eller inte...
Alla produkter heter typ "Nano-VNA", men är olika produkter, tillverkare och Kina-kopior.
Jag förstår inte ens vad som är Nano-VNA-"originalet" och om det ens finns något sådant "original".
Jag hittar massa källa-kod och hårdvara med konstruktioner på Github för NanoVNA, men förstår inte vilket hårdvara som är bäst och vilken hårdvara de supportar om man köper den på Banggood, eller någon annan web-site.
Alla som säljer billiga VNA-"kopior" gör allt för att förvirra en...och det har dom lyckats med
https://www.banggood.com/search/nanovna.html?from=nav
Jag vill helst ha "OpenSource" VNA, men trots en hel del Googlande och läsande, så känner jag mig inte alls säker på vad jag ska köpa och vilken praktisk nytta jag kan ha av dessa budget-VNA-er.
Eller är detta bara leksaker ?? ...eller måste man ha en riktig proffs-VNA > 50tkr, men detta har jag inte råd med.
Jag har inga tidigare erfarenheter av spektrumanalysatorer och det gör ju inte saken lättare.
Men helt klart är ju att har man ingen VNA, så famlar man ute i mörkret.
Är det någon som har nyligen köpt någon billig Nano-VNA ex på Banggood (typ 3 eller 6 Ghz, ej 1,5 Ghz), som har gjort praktiska mätningar som kan ge ett omdöme, så är ni välkomna med era recensioner.
Jag har granskat flera olika WiFi-antenn-kopplingsscheman och det verkar vara vanligt att man har L på ca 2nH och kondensator mellan 2-3 nF.
Dessa värden tänkte jag kan vara bra att utgå ifrån när man gör praktiska VNA-mätningar.
Jag har även noterat på många WiFi-produkter som jag har köpt, så har man bara ett nollmostånd som induktor och inga kondensatorer i pi-filtret, men det verkar ju fungera hyfsat bra ändå.
Problemet med teoretiska programverktyg är ju att det är näst intill omöjligt att ta hänsyn till allt som påverkar impedans-anpassningarna ex plastlådan, närliggande komponenter typ spolar på DC-DC-power m.m.
Därför tror jag att det är betydligt bättre(= billigare och snabbare) att praktiskt mäta med ett VNA-instrument och testa sig fram till en väl fungerande WiFi-antenn.
Pi-filtrets komponenter är ju lätt att byta, men att byta ledning (Width eller Gap) på PCB-kortet eller typ av PCB-substrat ( ändra layer-tjocklek "Height", "Er"-värde m.m) är mycket mer kostsamt och tar lång tid att leverera.
Jag har ju väldigt kort avstånd mellan CPU och antennen ca 6 mm, så frågan är hur mycket impedans-anpassningar som i praktiken påverkar antennens känslighet.
Jag funderade på om man kanske skulle helt ta bort pi-filtret och sätta PCB-antennen direkt på CPU'n utan några direkta impedansanpassningar, då både CPU och antennen oftast har Z som är nära 50 ohm, så avståndet blir ännu kortare än 6 mm.
Jag använder i dag massa olika IoT WiFi-produkter ifrån bl.a. SONOFF, Shelly och typ 100 andra PCB-kort med ESP32 ifrån AliEpxress.
Jag undersökte idag en switch-relä-puck-produkt ifrån SONOFF (MiniR4) och där har man en 1206 keramisk antenn (3.2x1.6mm) och fördelen med denna är att den är mindre än en PCB-antennen, men den kostar ju typ $1 eller så....
Båda PCB-korten på denna SONOFF-produkt är 1.0 mm tjocka och det lilla PCB-kortet med ESP32 använder 0402 komponenter.
Keramisk antenn skulle kunna vara ett alternativ, men den lösningen kostar mer än en PCB-baserat antenn.
Någon som vet hur bra dessa keramiska antenner är, jämför med en IFA PCB-antenn ?
De erfarenheter jag har är att jag rent praktiskt inte märkt någon större skillnad mellan IFA och de keramiska antennerna.
Min plan är att designa ett flertal olika IoT WiFi-produkter (2.4Ghz) för hemmabruk främst baserad på ESP32 och på sikt komma ut på den kommersiella marknaden som "LowEnd" konsumentprodukter. (dvs ej HighEnd / proffs-prylar)
Jag kan tänka mig att lägga ner några fåtal tusenlappar på att köpa utvecklingsverktyg för att bygga WiFi-antenner (hård alt mjukvara).
Jag tänkte köpa en billig 3/6 Ghz NanoVNA ( V3 6 Ghz ca 1500 kr) från typ Banggood, men inköpet fastnade på att det varnades för många olika dåliga kopior på denna produkt och som påstås vara så dåliga att de inte ens är användbara. Jag har ingen aning om det är sant eller inte...
Alla produkter heter typ "Nano-VNA", men är olika produkter, tillverkare och Kina-kopior.
Jag förstår inte ens vad som är Nano-VNA-"originalet" och om det ens finns något sådant "original".
Jag hittar massa källa-kod och hårdvara med konstruktioner på Github för NanoVNA, men förstår inte vilket hårdvara som är bäst och vilken hårdvara de supportar om man köper den på Banggood, eller någon annan web-site.
Alla som säljer billiga VNA-"kopior" gör allt för att förvirra en...och det har dom lyckats med
https://www.banggood.com/search/nanovna.html?from=nav
Jag vill helst ha "OpenSource" VNA, men trots en hel del Googlande och läsande, så känner jag mig inte alls säker på vad jag ska köpa och vilken praktisk nytta jag kan ha av dessa budget-VNA-er.
Eller är detta bara leksaker ?? ...eller måste man ha en riktig proffs-VNA > 50tkr, men detta har jag inte råd med.
Jag har inga tidigare erfarenheter av spektrumanalysatorer och det gör ju inte saken lättare.
Men helt klart är ju att har man ingen VNA, så famlar man ute i mörkret.
Är det någon som har nyligen köpt någon billig Nano-VNA ex på Banggood (typ 3 eller 6 Ghz, ej 1,5 Ghz), som har gjort praktiska mätningar som kan ge ett omdöme, så är ni välkomna med era recensioner.
Jag har granskat flera olika WiFi-antenn-kopplingsscheman och det verkar vara vanligt att man har L på ca 2nH och kondensator mellan 2-3 nF.
Dessa värden tänkte jag kan vara bra att utgå ifrån när man gör praktiska VNA-mätningar.
Jag har även noterat på många WiFi-produkter som jag har köpt, så har man bara ett nollmostånd som induktor och inga kondensatorer i pi-filtret, men det verkar ju fungera hyfsat bra ändå.
Problemet med teoretiska programverktyg är ju att det är näst intill omöjligt att ta hänsyn till allt som påverkar impedans-anpassningarna ex plastlådan, närliggande komponenter typ spolar på DC-DC-power m.m.
Därför tror jag att det är betydligt bättre(= billigare och snabbare) att praktiskt mäta med ett VNA-instrument och testa sig fram till en väl fungerande WiFi-antenn.
Pi-filtrets komponenter är ju lätt att byta, men att byta ledning (Width eller Gap) på PCB-kortet eller typ av PCB-substrat ( ändra layer-tjocklek "Height", "Er"-värde m.m) är mycket mer kostsamt och tar lång tid att leverera.
Jag har ju väldigt kort avstånd mellan CPU och antennen ca 6 mm, så frågan är hur mycket impedans-anpassningar som i praktiken påverkar antennens känslighet.
Jag funderade på om man kanske skulle helt ta bort pi-filtret och sätta PCB-antennen direkt på CPU'n utan några direkta impedansanpassningar, då både CPU och antennen oftast har Z som är nära 50 ohm, så avståndet blir ännu kortare än 6 mm.
Jag använder i dag massa olika IoT WiFi-produkter ifrån bl.a. SONOFF, Shelly och typ 100 andra PCB-kort med ESP32 ifrån AliEpxress.
Jag undersökte idag en switch-relä-puck-produkt ifrån SONOFF (MiniR4) och där har man en 1206 keramisk antenn (3.2x1.6mm) och fördelen med denna är att den är mindre än en PCB-antennen, men den kostar ju typ $1 eller så....
Båda PCB-korten på denna SONOFF-produkt är 1.0 mm tjocka och det lilla PCB-kortet med ESP32 använder 0402 komponenter.
Keramisk antenn skulle kunna vara ett alternativ, men den lösningen kostar mer än en PCB-baserat antenn.
Någon som vet hur bra dessa keramiska antenner är, jämför med en IFA PCB-antenn ?
De erfarenheter jag har är att jag rent praktiskt inte märkt någon större skillnad mellan IFA och de keramiska antennerna.
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Re: Design av WiFi antenn på PCB
>Alla som säljer billiga VNA-"kopior" gör allt för att förvirra en...och det har dom lyckats med
Du har fått länk till säljare av lågpris-VNA. Läs vad jag skriver eller rusa runt i blindo som du gör nu. Glöm Bangood mm om du inte följt utvecklingen så du vet vilka som står bakom de olika alternativen.
Bl.a finna annars utvecklare av dessa aktiva på Evforum.
> på sikt komma ut på den kommersiella marknaden som "LowEnd" konsumentprodukter.
Då kan du glömma lågpris-VNA, som kjag redan skrivit. Man måste veta vad man håller på med , kunna mäta och redovisa dokumentationen för att uppfylla en rad krav innan man får sätta radio-sändare på marknaden.
>Jag vill helst ha "OpenSource" VNA,
Och vad hadde du tänkt dej att du skulle ha behov av att ändra i firmware? Vill du skriva egen mjukvara för mäthantering så går det men för dessa lågpris-VNA har de ett kommunikationsgränssnitt som är speciofikt för just deras firmware.
Mer kvalificerade VNA, där fungerar samma egenskrivna mätprogram med minimala ändring om det är HP, Agilent eller R&S som är tillverkare då man enats om en gemensam standard.
>Är det någon som har nyligen köpt någon billig Nano-VNA ex på Banggood (typ 3 eller 6 Ghz, ej 1,5 Ghz), som har gjort praktiska mätningar som kan ge ett omdöme, så är ni välkomna med era recensioner.
Finns ingen anledning att köpa grisen i säcken den vägen. De som företräder vissa utvecklingsgrenar har egna butiker på Aliexpress, ej Banggood, och somliga har föräljning via Europeiska återförsäljare som säljer typ oscilloscop mm.
Jag känner väl till hårdvaran i de mer kända varianterna, varianter på uppbyggnadsprincip osv.
En VNA kan designas efter ett par olika grundprinciper och de har olika för och nackdelar, såsom SnR i ändarna av frekvensbanden, frekvensupplösning mm.
De som ur mitt tycker är sämsta alternativen är de som nyttjar harmoniska övertoner för att komma upp i frekvensområden som kretsarna annars inte klarar.
I övrigt finns massaor av stötande och blötande för de olika varianterna på Evforum och flera andra ställen.
Det är leksaker men ok som läroverktyg. Man kan inte arbete i den hastighet man kan med komersiella verktyg men för egna enstaka projekt är de ok. De kan inte instrument-kalibreras så dess resultat kan inte användas som certifierande underlag av en kommersiell sändare.
Däremot, som med alla VNA, så kalibreras mätuppställningen för varje enskilt tillfälle vilket du såg i videon ovan, där jag demonstrerade hur antennmatchning går till. Det är en av de viktigar grundbultarna att förstå den kalibreringen, när man mäter på antenner.
>Jag har granskat flera olika WiFi-antenn-kopplingsscheman och det verkar vara vanligt att man har L på ca 2nH och kondensator mellan 2-3 nF.
Dessa värden tänkte jag kan vara bra att utgå ifrån när man gör praktiska VNA-mätningar.
En analogi kan vara att man granskat under motorhuven på många bilar att man har fyra tändstift. Då utgår jag att det gäller för min planerade moped-design.
Komponentvärden i ett matchningsnät, som jag skrivit ett dussin gånger här ovan, beror på val av antenn-design och lasten i antennens närhet. Man utgår inte från antagan komponentvärden och det finns inga förebilder värda att kopiera.
I den mån det behövs för att alls mäta använder man sej av lödbryggor eller nollohms-motstånd i matchningsnätet innan man mäter och bestämmer vilket värde första komponenten ska ha i den valda topologin. Man gör redan här en första bedömning om det behövs 0-3 komponenter i nätet. Hittar man inte någon lösning som ger detta nät med resulterande önskad bandbredd och effektivitet får man felsöka jordplan och antenn för evt omdesign. Det händer även mej att jag får konstatera att en viss PCB-design inte kommer gå att ge bra funktion. Modifierad antenn, drastiskt flyttad antenn till plats med bättre jordplan är vanliga alternativ resp bättre floodade jordplan med mer och tätare genomplätteringar till andra jordplan är typiska åtgärder.
Alla antenner går matcha med endast två komponenter för impedansmatchning på en enda frekvens men dugliga bandbredden kan bli hur smal som helst.
Om apparathöljet är tunn plast krävs kanske andra värden än om höljet är tjockare och är 5 mm längre bort från antennen.
Om ditt jordplan är dåligt RF-mässigt kan matchningsvärden slå över ett stort område.
Sansa dej och svara på frågan, Hur RFstabilt är ditt planerade jordplan sett från akvartsvågens anslutningspunkt?
När du vet det vet du vilken topologi av nät du ska välja. PI eller T- Det återstår flera steg innan vi vet om det ens ska sitta en kondensator eller spole på en specifik plats.
Mätmässigt har det till stor del att göra med vilka impedanser man mäter med en VNA. En impedans består av resistiv del och en reaktiv del. Antennens impedans i en viss miljö kan t.ex. skrivas 30-j60 Ohm. Man vill då att matchningsnätetet ska konjugatmatch a så man designar då ett matchningsnät som tillsammans med aktiv radio ger impedansen 30+j60 Ohm.
Det är då det värde som ger minst reflektionsförluster.
>Jag har även noterat på många WiFi-produkter som jag har köpt, så har man bara ett nollmostånd som induktor och inga kondensatorer i pi-filtret, men det verkar ju fungera hyfsat bra ändå.
I designfasen av kretskortet, om man är skicklig försöker man från början designa antennens impedans så att den matchar radions impedans men matchningsnätet tas med ändå.
Vid mätningar av den färdiga produkten, för att finna matchningsnätetets värden kan det då hända att man klarar sej med 0-2 komponenter men för förbindelsens skull läggs nollohms motstån in där inga matchningskomponenter behövs.
Produkten ska kanske passa i andra miljöer med andra närfältsbelastning och om skillnaden inte är allt för extrem så behövs bara en ommatchning för just denna miljön. Man slipper utveckla nytt PCB och/eller antenn.
>Problemet med teoretiska programverktyg är ju att det är näst intill omöjligt att ta hänsyn till allt som påverkar impedans-anpassningarna ex plastlådan, närliggande komponenter typ spolar på DC-DC-power m.m.
Därför tror jag att det är betydligt bättre(= billigare och snabbare) att praktiskt mäta med ett VNA-instrument och testa sig fram till en väl fungerande WiFi-antenn.
Du är tvåa på den pucken. Jag har beskrivet detta väl här ovan.
Om det sedan är snabbare, ja det är det troligen när du lärt dej hantverket, kan lite antennteori osv. Komplexa matten måste sitta så man förstår vad ett Smith-diagram är och vad det visar i olika situationer.
Smithdiagrammet är viktigaste formatet för både antenn-design och designa matchningsnät.
Det finns hjälpprogram som tar hand om själva matten, vilket är ok som arbetsavlastning om man redan kan vad som beräknas.
Det finns ingen som ror hem att göra en bra design utan att själv veta vad man håller p+å med.
Därför som jag skrev ovan, går det åt en hel del träning innan man ger sej på skarpa projekt och sedan inte kan ta dom iland.
>Jag funderade på om man kanske skulle helt ta bort pi-filtret och sätta PCB-antennen direkt på CPU'n utan några direkta impedansanpassningar, då både CPU och antennen oftast har Z som är nära 50 ohm, så avståndet blir ännu kortare än 6 mm.
Visa mej den radio som har impedans nära 50 Ohm.....Hållit på i denna branschen länge nu och det har inte inträffat för mej.
Radion du valt har rätt olika impedanser om den är sändare eller mottagare. Naturligt då det är olika kretsar som skiftas vid Tx/Rx.
Antennen, en typisk IFA bortsett från icke ideala omständigheter, har den vid resonans en impedans om max 73+j84 Ohm eller ett derivat av detta. Mycket beror på hur jordplanet är utformat vilken resulterande impedansen blir. Hade du tänkt dej avstämma jordplanet i själva radion?
Som jag åter och åter igen skrivit tidigare så styr jordplanet mycket när man designar halva antenner, dvs kvartsvågsantenner.
Därav att typ TI m.fl. väljer anpassade PCB-storlekar med hela obrutna kopparplan för att visa på imponerande antenn-data.
Du skippar den tanken förstår jag.
>Någon som vet hur bra dessa keramiska antenner är, jämför med en IFA PCB-antenn ?
Keramen du visar på bild är ett kinesiskt fabrikat, Waisin, som egentligen bara hanterar en åttondels våglängd. Den andra åttondelen ligger i den nakan transmissionsledning fråm till keramen. Den lräver förutom transmissionsledare/antenn även fritt utrymme runt komponenten, vilket man ser i dess datablad. På det viset är totala footprintet rätt stort, jämförtbart med IFA-varianter men med sämre prestanda för samma krävda PCB-yta.
Det är an lågprislösning, kostar ca 1kr styck i volym om man köper den direkt i Kina av tillverkaren.
https://www.passivecomponent.com/produc ... fi+BAND%29
Bästa och mes avancerade kineskeramen är inte kinesisk utan tillverkas i Taiwan av Rainsun. Betydligt dyraremen man om man är i krampaktifgt behov att minska volymbehovet på bekostnad av antennfunktion kan det vara ett alternativ. Jag använde keramer från Rainsun bl.a för armbandsur med inbyggd fristående telefon, BT och GNSS. Rainsun har bl.a flerbandskeramer där jag gömde jordplanet i armbandet istället för tvärs om som är rätt vanligt. Det ger mindre förluster som man var inne på i videon ovan om Ansys.
Sk. smartwatches har inte någon fristående mobiltelefon så det är inte dess antenner som jag avser.
Prestandan från en IFA kan spela över stort fält. Siffror har du redan fått av mej här ovan......
Keram är ingen antenn, den agerar motpol till RF-strömmarna i jordplanet.
1206-keramen är, som jag tidigare hör ovan förklarat, för kort för att agera bra antenn utan dess funktion är lite annorlunda.
På grund av dess sätt att arbeta mot jordplanets strömmar är den en besvärlig komponent att impedansmatcha med komponenter som ansluts mot samma jordströmmar. De är oftast mer smalbandiga än en bra IFA vilket gör val av matchningskomponenter mer kritskt.
Prestandan är sällan över 30% effektivitet ens på det allra bästa praktiska jordplanet men man når uppåt 50-60% på längdanpassade hela kopparplan utan störningmoment och dBi-värden typ 2 dBi plus den riktverkan som jordplanet ger. Man ser i tillverkarbladen värden på 3-4 dBi.
Det finns 0402 keramiska "antenner" om 1206 är stort. Ju större keramisk antenn, ju mer antennegenskaper. Mest välkänt är nog GNSS-antenner i form av fyrkantiga rätt stor keramiska puckar. Keramiska materialet är valt så att dess dielektricitetskonstant ger en sida med en längd motsvarande en halv våglängd och med lämpligt vald matningspunkt får man cirkulär polarisation för bästa GNSSS-selektivitet.
>De erfarenheter jag har är att jag rent praktiskt inte märkt någon större skillnad mellan IFA och de keramiska antennerna.
Ja då kan det ju passa att du skaffar dej en mätutrustning för att kunna mäta de förmodligen rätt stora skillnaderna i t.ex. praktisk räckvidd, om bägge antennerna är designade någorlunda vettigt.
IFA vinner i 10 fall av 10 om den inte är designad allt för illa för sin omgivning.
Som referens, PCB-antenn med ett totalt footprint om 10mm² på idealt jordplan slår en 1206 keramantenn och då kräver keramen 2-10 ggr större footprint. Det gäller om bägge alternativen är väl designade.
Se videon igen hur jag går till väga för att impedansmatcha en antenn och hur jag kommer fram till vilka värden som behövs i matchningsnätet, Det skiljer sej rätt brutalt åt från ditt resonemang, "vad man brukar använda" vilket jag aldrig förut hört. För sådana jobb är jag utrustade med kompletta komponentserier och i olika storlekar och olika fabrikat.
En 2nH trådlindad induktans från Murata skiljer sej t.ex. från en motsvarande komponent från annan tillverkare.
Allt vad gäller komponenter vid dessa frekvenser så förlitar man sej mer på av tillverkaren tillhandahållna impedanskurvor för att avgöra om en komponent är optimalt val i matchningsnätet. Det är ju icke ideala komponenter med både resistans och reaktans som är frekvensberoende. Därav att om man överstiger en spoles SRF så blir den en kondensator. Ju närmre man kommer SRF, ju mer ändrar sej spolens värde om man mäter i nH för att till slut närma sej oändligheten.
Skulle jag försöka göra en rimlig bedömning, så snurrar du runt för mycket, det kommer ta för lång tid för dej att lära dej designa elektronik och antenner vid dessa frekvenser så att det duger i kommersiella sammanhang. Det kommer då aldrig bli några produkter.
Du verkar omedveten om nödvändiga matten, om komplexa impedanser, komponentval, grundläggande skillnader mellan antenn-alternativ osv och har då för mycket att lära.
Om du däremot är desto bättre på att jobba fram en WiFi-ide som du starkt tror kan säljas på marknaden så lär dej lite grunder och träna på en billig VNA så att du skaffar den en elementär förståelse och kan implementera frön till antenn som har förutsättningar att kunna optimeras för tänkt miljö så kommer du en bit på vägen.
När du bestyckat de första prototyperna anlitar du någon med riktig VNA och med dokumenterad kunnighet vad som gäller om antenntuning av inbyggda antenner, EMC och RED-direktiv, FCC osv. så att denna kan göra en bra tuning av antenn, därefter en bra impedansmatchning och som slutligen kan göra en enkel prekompliance-test för att se till att kretsen inte släpper ut oväntat skräp i luften. Begär dokumentation på antennprestanda för den kompletta produkten, effektivitet och dBi-värde och VSWR eller reflektionsfaktor. Det sista är utan värde men alla som tror sej begripa något brukar fråga efter VSWR.
Du har nu grunddokumentation vad göller en väl fungerande antenn och radio.
ESP32 är som egen enhet redan FCC-certifierad. men det är ingen garanti för att helheten blir godkänd.
Radion i ESP32 sskiljer sej relativt många andra WiFi-chip då den helt saknar intern bandpassfiltrering. Finns att läsa om detta i Espressif egna dokumentation som kan laddas hem före den som tänker designa något eget kring denna radion.
Många moderna WiFI-radios har enklare filter inbyggt i chippet och förr var tttre SAW-filter nästan alltid tvunget.
Det inbyggda filtrets avsikt är dubbelriktat, ska både skydda så radion inte släpper ut harmoniska övertoner eller skapar sådan genom yttre pålagda signaler.
Espressif har närmast varit lite stolta över att deras radio klarar sej från att släppa ut otillåtna nivåer av övertoner utan hjälp av filter och det bidrar rill att dess radio klara tolka svaga mottagna signaler.
I ett antal fall, då designen t.ex. även innefattat IoT-radio, smalbands LTE, har det hänt att LTE-signalen studsat in i ESP-radion och frekvensdubblats så att helheten blivit underkänd att släppa ut på marknaden.
Den enkla lösningen är ett externt SAW-filter. Enkelt men kostar ändå med ny designrunda och ny testrunda och tidsförlust ut till marknaden.
Nu låter det inte som att det kommer ingå annat än WiFi, men om du planerar vidare saker kan det vara bra att veta.
Även om du tänker överlåta till någon som redan har kunnandet att designa för inbyggda antenner, behöver du ha enklare mätkunnande så att du kan göra enklare flesökning, provtagning av batcher så att inte kinsesiska monteringsfirman plötsligt väljer induktanser av annat mörke. Det har hänt mej. Man förstår inte alltid att det är skillnad på 2nH från en fabriakant relativt en annan.
Jag har försökt hålla en rak linje för att inte få allt för stor variation vad gäller induktans-leverantörer. Föredrar LQW15-serien från Murata. De ha ett specifikt utseende med blå halvgenomskinlig kropp. Dessvärre finns det en kinesisk induktanstillverkare som tillverkar induktanser med exakt samma utseende men de mäter inte alls samma vid 2.4 GHz för samma induktansvärde.
Om du inte har en spektrumanalysator med trackade signalgenerator så försvårar det mycket utvecklingsjobb.
En VNA är på sätt och vis en kombinerad signalgenerator och trackande mottagare men man ser då bara egna signalen, inget utombands.
Vad gäller billiga VNA så finns det ju billigt kombiinstrument som är kvalitetsmässigt betydligt bättre än LITE-VNA.
Ett instrument som jag köpte mest för skojs skull var detta: https://eleshop.eu/siglent-sva1015x-spe ... lyser.html
Jag har 4-5 betydligt bättre VNA men dels är de dyra så man vill inte slänga krjng med dom på fältet och ja jag har ett par gamla HP8752 och 53 men de är å andra sidan både känsliga och allt för tunga för att kalla fältmässiga.
Har även som jag visar på videon, en VNA från CMT som är verkligt fältmässig. Drivs via USB och jag kan bära den i byxfickan.
Instrumentet ovan Siglent SVA1015 är både trackande spektrumanalysator och VNA.. Dock räcker den bara till 1.5 GHz.
Som mycket av moderna instrument är hårdvaran exakt samma som versionen för 3,2 GHz och nästan samma för 7.5 GHz.
Det som skiljer är i huvudsak firmware. Det tog 5 minuter efter upp-packning så presenterade sej min maskin som Siglent 3,2 GHZ med all spec inklusive brus samma som Siglent SVA-1032X. Priset är löjligt lågt om man alls funderar på kommersiella produkter och man får ett mer riktigt instrument, inte en leksak.
Har ingen direkt nytta av denna men den står som lättflyttad backup tillsammans med min snarlika Siglent SSA3021 som är snarlikt uppgraderad med alla options och 3.2 GHz, trackande signalgenerator osv.
Använder ingen av dom och åtminstone SSA3021 kan jag tänka mej att sälja. I stort i nyskick och mycket praktisk för felsökning, mäta filter mm. Står numera mest som dekoration på instrumenthyllan.
Kan även sälja HP nätverkare men det blir helt på egen risk. Inget som jag själv kan rekommendera. Pajar de någon gång så är det stor risk att det sker vid flytt med fukt och temperatursvängar.
Siglent har försökt implementera GPIB-kommunikation, bättrar sej lite för varje programuppdatering men är ännu buggigt.
Naturligtvis bättre än LITEVNA som inte ens har försök til implementation. Men då du vill ha opensource kanske du skriver ett sådant interface själv? Lyckas du skulle det absolut vara säljbart för just nu är det lite av en djungel med olika firmware-varianter som var och en har olika mer eller mindre bra finesser. Även detta finns att läsa om på EVforum.
Du har fått länk till säljare av lågpris-VNA. Läs vad jag skriver eller rusa runt i blindo som du gör nu. Glöm Bangood mm om du inte följt utvecklingen så du vet vilka som står bakom de olika alternativen.
Bl.a finna annars utvecklare av dessa aktiva på Evforum.
> på sikt komma ut på den kommersiella marknaden som "LowEnd" konsumentprodukter.
Då kan du glömma lågpris-VNA, som kjag redan skrivit. Man måste veta vad man håller på med , kunna mäta och redovisa dokumentationen för att uppfylla en rad krav innan man får sätta radio-sändare på marknaden.
>Jag vill helst ha "OpenSource" VNA,
Och vad hadde du tänkt dej att du skulle ha behov av att ändra i firmware? Vill du skriva egen mjukvara för mäthantering så går det men för dessa lågpris-VNA har de ett kommunikationsgränssnitt som är speciofikt för just deras firmware.
Mer kvalificerade VNA, där fungerar samma egenskrivna mätprogram med minimala ändring om det är HP, Agilent eller R&S som är tillverkare då man enats om en gemensam standard.
>Är det någon som har nyligen köpt någon billig Nano-VNA ex på Banggood (typ 3 eller 6 Ghz, ej 1,5 Ghz), som har gjort praktiska mätningar som kan ge ett omdöme, så är ni välkomna med era recensioner.
Finns ingen anledning att köpa grisen i säcken den vägen. De som företräder vissa utvecklingsgrenar har egna butiker på Aliexpress, ej Banggood, och somliga har föräljning via Europeiska återförsäljare som säljer typ oscilloscop mm.
Jag känner väl till hårdvaran i de mer kända varianterna, varianter på uppbyggnadsprincip osv.
En VNA kan designas efter ett par olika grundprinciper och de har olika för och nackdelar, såsom SnR i ändarna av frekvensbanden, frekvensupplösning mm.
De som ur mitt tycker är sämsta alternativen är de som nyttjar harmoniska övertoner för att komma upp i frekvensområden som kretsarna annars inte klarar.
I övrigt finns massaor av stötande och blötande för de olika varianterna på Evforum och flera andra ställen.
Det är leksaker men ok som läroverktyg. Man kan inte arbete i den hastighet man kan med komersiella verktyg men för egna enstaka projekt är de ok. De kan inte instrument-kalibreras så dess resultat kan inte användas som certifierande underlag av en kommersiell sändare.
Däremot, som med alla VNA, så kalibreras mätuppställningen för varje enskilt tillfälle vilket du såg i videon ovan, där jag demonstrerade hur antennmatchning går till. Det är en av de viktigar grundbultarna att förstå den kalibreringen, när man mäter på antenner.
>Jag har granskat flera olika WiFi-antenn-kopplingsscheman och det verkar vara vanligt att man har L på ca 2nH och kondensator mellan 2-3 nF.
Dessa värden tänkte jag kan vara bra att utgå ifrån när man gör praktiska VNA-mätningar.
En analogi kan vara att man granskat under motorhuven på många bilar att man har fyra tändstift. Då utgår jag att det gäller för min planerade moped-design.
Komponentvärden i ett matchningsnät, som jag skrivit ett dussin gånger här ovan, beror på val av antenn-design och lasten i antennens närhet. Man utgår inte från antagan komponentvärden och det finns inga förebilder värda att kopiera.
I den mån det behövs för att alls mäta använder man sej av lödbryggor eller nollohms-motstånd i matchningsnätet innan man mäter och bestämmer vilket värde första komponenten ska ha i den valda topologin. Man gör redan här en första bedömning om det behövs 0-3 komponenter i nätet. Hittar man inte någon lösning som ger detta nät med resulterande önskad bandbredd och effektivitet får man felsöka jordplan och antenn för evt omdesign. Det händer även mej att jag får konstatera att en viss PCB-design inte kommer gå att ge bra funktion. Modifierad antenn, drastiskt flyttad antenn till plats med bättre jordplan är vanliga alternativ resp bättre floodade jordplan med mer och tätare genomplätteringar till andra jordplan är typiska åtgärder.
Alla antenner går matcha med endast två komponenter för impedansmatchning på en enda frekvens men dugliga bandbredden kan bli hur smal som helst.
Om apparathöljet är tunn plast krävs kanske andra värden än om höljet är tjockare och är 5 mm längre bort från antennen.
Om ditt jordplan är dåligt RF-mässigt kan matchningsvärden slå över ett stort område.
Sansa dej och svara på frågan, Hur RFstabilt är ditt planerade jordplan sett från akvartsvågens anslutningspunkt?
När du vet det vet du vilken topologi av nät du ska välja. PI eller T- Det återstår flera steg innan vi vet om det ens ska sitta en kondensator eller spole på en specifik plats.
Mätmässigt har det till stor del att göra med vilka impedanser man mäter med en VNA. En impedans består av resistiv del och en reaktiv del. Antennens impedans i en viss miljö kan t.ex. skrivas 30-j60 Ohm. Man vill då att matchningsnätetet ska konjugatmatch a så man designar då ett matchningsnät som tillsammans med aktiv radio ger impedansen 30+j60 Ohm.
Det är då det värde som ger minst reflektionsförluster.
>Jag har även noterat på många WiFi-produkter som jag har köpt, så har man bara ett nollmostånd som induktor och inga kondensatorer i pi-filtret, men det verkar ju fungera hyfsat bra ändå.
I designfasen av kretskortet, om man är skicklig försöker man från början designa antennens impedans så att den matchar radions impedans men matchningsnätet tas med ändå.
Vid mätningar av den färdiga produkten, för att finna matchningsnätetets värden kan det då hända att man klarar sej med 0-2 komponenter men för förbindelsens skull läggs nollohms motstån in där inga matchningskomponenter behövs.
Produkten ska kanske passa i andra miljöer med andra närfältsbelastning och om skillnaden inte är allt för extrem så behövs bara en ommatchning för just denna miljön. Man slipper utveckla nytt PCB och/eller antenn.
>Problemet med teoretiska programverktyg är ju att det är näst intill omöjligt att ta hänsyn till allt som påverkar impedans-anpassningarna ex plastlådan, närliggande komponenter typ spolar på DC-DC-power m.m.
Därför tror jag att det är betydligt bättre(= billigare och snabbare) att praktiskt mäta med ett VNA-instrument och testa sig fram till en väl fungerande WiFi-antenn.
Du är tvåa på den pucken. Jag har beskrivet detta väl här ovan.
Om det sedan är snabbare, ja det är det troligen när du lärt dej hantverket, kan lite antennteori osv. Komplexa matten måste sitta så man förstår vad ett Smith-diagram är och vad det visar i olika situationer.
Smithdiagrammet är viktigaste formatet för både antenn-design och designa matchningsnät.
Det finns hjälpprogram som tar hand om själva matten, vilket är ok som arbetsavlastning om man redan kan vad som beräknas.
Det finns ingen som ror hem att göra en bra design utan att själv veta vad man håller p+å med.
Därför som jag skrev ovan, går det åt en hel del träning innan man ger sej på skarpa projekt och sedan inte kan ta dom iland.
>Jag funderade på om man kanske skulle helt ta bort pi-filtret och sätta PCB-antennen direkt på CPU'n utan några direkta impedansanpassningar, då både CPU och antennen oftast har Z som är nära 50 ohm, så avståndet blir ännu kortare än 6 mm.
Visa mej den radio som har impedans nära 50 Ohm.....Hållit på i denna branschen länge nu och det har inte inträffat för mej.
Radion du valt har rätt olika impedanser om den är sändare eller mottagare. Naturligt då det är olika kretsar som skiftas vid Tx/Rx.
Antennen, en typisk IFA bortsett från icke ideala omständigheter, har den vid resonans en impedans om max 73+j84 Ohm eller ett derivat av detta. Mycket beror på hur jordplanet är utformat vilken resulterande impedansen blir. Hade du tänkt dej avstämma jordplanet i själva radion?
Som jag åter och åter igen skrivit tidigare så styr jordplanet mycket när man designar halva antenner, dvs kvartsvågsantenner.
Därav att typ TI m.fl. väljer anpassade PCB-storlekar med hela obrutna kopparplan för att visa på imponerande antenn-data.
Du skippar den tanken förstår jag.
>Någon som vet hur bra dessa keramiska antenner är, jämför med en IFA PCB-antenn ?
Keramen du visar på bild är ett kinesiskt fabrikat, Waisin, som egentligen bara hanterar en åttondels våglängd. Den andra åttondelen ligger i den nakan transmissionsledning fråm till keramen. Den lräver förutom transmissionsledare/antenn även fritt utrymme runt komponenten, vilket man ser i dess datablad. På det viset är totala footprintet rätt stort, jämförtbart med IFA-varianter men med sämre prestanda för samma krävda PCB-yta.
Det är an lågprislösning, kostar ca 1kr styck i volym om man köper den direkt i Kina av tillverkaren.
https://www.passivecomponent.com/produc ... fi+BAND%29
Bästa och mes avancerade kineskeramen är inte kinesisk utan tillverkas i Taiwan av Rainsun. Betydligt dyraremen man om man är i krampaktifgt behov att minska volymbehovet på bekostnad av antennfunktion kan det vara ett alternativ. Jag använde keramer från Rainsun bl.a för armbandsur med inbyggd fristående telefon, BT och GNSS. Rainsun har bl.a flerbandskeramer där jag gömde jordplanet i armbandet istället för tvärs om som är rätt vanligt. Det ger mindre förluster som man var inne på i videon ovan om Ansys.
Sk. smartwatches har inte någon fristående mobiltelefon så det är inte dess antenner som jag avser.
Prestandan från en IFA kan spela över stort fält. Siffror har du redan fått av mej här ovan......
Keram är ingen antenn, den agerar motpol till RF-strömmarna i jordplanet.
1206-keramen är, som jag tidigare hör ovan förklarat, för kort för att agera bra antenn utan dess funktion är lite annorlunda.
På grund av dess sätt att arbeta mot jordplanets strömmar är den en besvärlig komponent att impedansmatcha med komponenter som ansluts mot samma jordströmmar. De är oftast mer smalbandiga än en bra IFA vilket gör val av matchningskomponenter mer kritskt.
Prestandan är sällan över 30% effektivitet ens på det allra bästa praktiska jordplanet men man når uppåt 50-60% på längdanpassade hela kopparplan utan störningmoment och dBi-värden typ 2 dBi plus den riktverkan som jordplanet ger. Man ser i tillverkarbladen värden på 3-4 dBi.
Det finns 0402 keramiska "antenner" om 1206 är stort. Ju större keramisk antenn, ju mer antennegenskaper. Mest välkänt är nog GNSS-antenner i form av fyrkantiga rätt stor keramiska puckar. Keramiska materialet är valt så att dess dielektricitetskonstant ger en sida med en längd motsvarande en halv våglängd och med lämpligt vald matningspunkt får man cirkulär polarisation för bästa GNSSS-selektivitet.
>De erfarenheter jag har är att jag rent praktiskt inte märkt någon större skillnad mellan IFA och de keramiska antennerna.
Ja då kan det ju passa att du skaffar dej en mätutrustning för att kunna mäta de förmodligen rätt stora skillnaderna i t.ex. praktisk räckvidd, om bägge antennerna är designade någorlunda vettigt.
IFA vinner i 10 fall av 10 om den inte är designad allt för illa för sin omgivning.
Som referens, PCB-antenn med ett totalt footprint om 10mm² på idealt jordplan slår en 1206 keramantenn och då kräver keramen 2-10 ggr större footprint. Det gäller om bägge alternativen är väl designade.
Se videon igen hur jag går till väga för att impedansmatcha en antenn och hur jag kommer fram till vilka värden som behövs i matchningsnätet, Det skiljer sej rätt brutalt åt från ditt resonemang, "vad man brukar använda" vilket jag aldrig förut hört. För sådana jobb är jag utrustade med kompletta komponentserier och i olika storlekar och olika fabrikat.
En 2nH trådlindad induktans från Murata skiljer sej t.ex. från en motsvarande komponent från annan tillverkare.
Allt vad gäller komponenter vid dessa frekvenser så förlitar man sej mer på av tillverkaren tillhandahållna impedanskurvor för att avgöra om en komponent är optimalt val i matchningsnätet. Det är ju icke ideala komponenter med både resistans och reaktans som är frekvensberoende. Därav att om man överstiger en spoles SRF så blir den en kondensator. Ju närmre man kommer SRF, ju mer ändrar sej spolens värde om man mäter i nH för att till slut närma sej oändligheten.
Skulle jag försöka göra en rimlig bedömning, så snurrar du runt för mycket, det kommer ta för lång tid för dej att lära dej designa elektronik och antenner vid dessa frekvenser så att det duger i kommersiella sammanhang. Det kommer då aldrig bli några produkter.
Du verkar omedveten om nödvändiga matten, om komplexa impedanser, komponentval, grundläggande skillnader mellan antenn-alternativ osv och har då för mycket att lära.
Om du däremot är desto bättre på att jobba fram en WiFi-ide som du starkt tror kan säljas på marknaden så lär dej lite grunder och träna på en billig VNA så att du skaffar den en elementär förståelse och kan implementera frön till antenn som har förutsättningar att kunna optimeras för tänkt miljö så kommer du en bit på vägen.
När du bestyckat de första prototyperna anlitar du någon med riktig VNA och med dokumenterad kunnighet vad som gäller om antenntuning av inbyggda antenner, EMC och RED-direktiv, FCC osv. så att denna kan göra en bra tuning av antenn, därefter en bra impedansmatchning och som slutligen kan göra en enkel prekompliance-test för att se till att kretsen inte släpper ut oväntat skräp i luften. Begär dokumentation på antennprestanda för den kompletta produkten, effektivitet och dBi-värde och VSWR eller reflektionsfaktor. Det sista är utan värde men alla som tror sej begripa något brukar fråga efter VSWR.
Du har nu grunddokumentation vad göller en väl fungerande antenn och radio.
ESP32 är som egen enhet redan FCC-certifierad. men det är ingen garanti för att helheten blir godkänd.
Radion i ESP32 sskiljer sej relativt många andra WiFi-chip då den helt saknar intern bandpassfiltrering. Finns att läsa om detta i Espressif egna dokumentation som kan laddas hem före den som tänker designa något eget kring denna radion.
Många moderna WiFI-radios har enklare filter inbyggt i chippet och förr var tttre SAW-filter nästan alltid tvunget.
Det inbyggda filtrets avsikt är dubbelriktat, ska både skydda så radion inte släpper ut harmoniska övertoner eller skapar sådan genom yttre pålagda signaler.
Espressif har närmast varit lite stolta över att deras radio klarar sej från att släppa ut otillåtna nivåer av övertoner utan hjälp av filter och det bidrar rill att dess radio klara tolka svaga mottagna signaler.
I ett antal fall, då designen t.ex. även innefattat IoT-radio, smalbands LTE, har det hänt att LTE-signalen studsat in i ESP-radion och frekvensdubblats så att helheten blivit underkänd att släppa ut på marknaden.
Den enkla lösningen är ett externt SAW-filter. Enkelt men kostar ändå med ny designrunda och ny testrunda och tidsförlust ut till marknaden.
Nu låter det inte som att det kommer ingå annat än WiFi, men om du planerar vidare saker kan det vara bra att veta.
Även om du tänker överlåta till någon som redan har kunnandet att designa för inbyggda antenner, behöver du ha enklare mätkunnande så att du kan göra enklare flesökning, provtagning av batcher så att inte kinsesiska monteringsfirman plötsligt väljer induktanser av annat mörke. Det har hänt mej. Man förstår inte alltid att det är skillnad på 2nH från en fabriakant relativt en annan.
Jag har försökt hålla en rak linje för att inte få allt för stor variation vad gäller induktans-leverantörer. Föredrar LQW15-serien från Murata. De ha ett specifikt utseende med blå halvgenomskinlig kropp. Dessvärre finns det en kinesisk induktanstillverkare som tillverkar induktanser med exakt samma utseende men de mäter inte alls samma vid 2.4 GHz för samma induktansvärde.
Om du inte har en spektrumanalysator med trackade signalgenerator så försvårar det mycket utvecklingsjobb.
En VNA är på sätt och vis en kombinerad signalgenerator och trackande mottagare men man ser då bara egna signalen, inget utombands.
Vad gäller billiga VNA så finns det ju billigt kombiinstrument som är kvalitetsmässigt betydligt bättre än LITE-VNA.
Ett instrument som jag köpte mest för skojs skull var detta: https://eleshop.eu/siglent-sva1015x-spe ... lyser.html
Jag har 4-5 betydligt bättre VNA men dels är de dyra så man vill inte slänga krjng med dom på fältet och ja jag har ett par gamla HP8752 och 53 men de är å andra sidan både känsliga och allt för tunga för att kalla fältmässiga.
Har även som jag visar på videon, en VNA från CMT som är verkligt fältmässig. Drivs via USB och jag kan bära den i byxfickan.
Instrumentet ovan Siglent SVA1015 är både trackande spektrumanalysator och VNA.. Dock räcker den bara till 1.5 GHz.
Som mycket av moderna instrument är hårdvaran exakt samma som versionen för 3,2 GHz och nästan samma för 7.5 GHz.
Det som skiljer är i huvudsak firmware. Det tog 5 minuter efter upp-packning så presenterade sej min maskin som Siglent 3,2 GHZ med all spec inklusive brus samma som Siglent SVA-1032X. Priset är löjligt lågt om man alls funderar på kommersiella produkter och man får ett mer riktigt instrument, inte en leksak.
Har ingen direkt nytta av denna men den står som lättflyttad backup tillsammans med min snarlika Siglent SSA3021 som är snarlikt uppgraderad med alla options och 3.2 GHz, trackande signalgenerator osv.
Använder ingen av dom och åtminstone SSA3021 kan jag tänka mej att sälja. I stort i nyskick och mycket praktisk för felsökning, mäta filter mm. Står numera mest som dekoration på instrumenthyllan.
Kan även sälja HP nätverkare men det blir helt på egen risk. Inget som jag själv kan rekommendera. Pajar de någon gång så är det stor risk att det sker vid flytt med fukt och temperatursvängar.
Siglent har försökt implementera GPIB-kommunikation, bättrar sej lite för varje programuppdatering men är ännu buggigt.
Naturligtvis bättre än LITEVNA som inte ens har försök til implementation. Men då du vill ha opensource kanske du skriver ett sådant interface själv? Lyckas du skulle det absolut vara säljbart för just nu är det lite av en djungel med olika firmware-varianter som var och en har olika mer eller mindre bra finesser. Även detta finns att läsa om på EVforum.
Re: Design av WiFi antenn på PCB
Jag kollade om idiot-videon så det verkligen var sant att man placerade in en ufl-kontakt direkt på antennen.
Jag hade fel.
Det var mycket värre. Man hade pluppat dit footprintet för en betydligt större SMA-kontakt vars jordben direkt kortsluter olika dela av antennen,
Detta var detta som var utkört som Gerber, avsett att tillverka för provmätningar. Man måste vara bra korkad för att ens visa upp något så dumt. Om det varit vild sistaminutenpanik att få dit en port hade man åtminstone förklarat detta att det inte var något man skulle ta efter.
Så här ser det ut och visas vid 1.23:00 och kontakten är dessutom märkt med texten SMA. Man ser att SMA-kontakten ligger rätt över antennens undersida med SMA-kontaktens ben som kortsluter antennmönstret på två ställen.
Inte ens om man flyttat kontakten 5 mm längre ned hade det varit en vettig kontaktplacering.
En sådan placering och antennens huvuddelar hade bestått i IFA-mänstret som ena antenn-polen och den andra polen hade bestått i mätkabeln ytterhölje. Antennegenskaperna man mäter blir då helt beroende av mätkabeln i stället för kretskortets jordplan.
Det är en sådan sak som man alltid måste vara uppmärksam på, att mätkabeln inte blir en del av antennen, annars riskerar man få en kass antenn när inte längre mätkabeln är ansluten.
Man lär sej massa trix när man mätt ett tag, ett sådant är att dra med fingret utefter kanten på PCB för att se på VNA när påverkan av fingret är som minst. Det är där på kretskortskanten RF-strömmarnas intensitet är låga och är då bra plats för att låta en mätkabel lämna kretskortet utan att påverka antennen så mycket.
Det gynnar dessutom att bromsa RF-ström,mar utanpå kabelskärm med hjälp av ferriter utan att ferriterna i sej lastar antennens närfält. Notera videon där jag placerar mätkabel med ferriter på plats för minsta antennpåverkan.
Om man utvecklar en antenn för ett PCB vill man inte mäta via en SMA-kontakt som inte kommer användas för den slutliga produkten, Det är nästan uteslutande att man löder in tillfälliga pigtails, så som jag visar i videon. Det her betydligt enklare kalibrering och mätning. Kalibrera via SMA som sedan inte ska finnas är nåt för dårfinkar.
Om man nu absolut vill använda SMA av någon anledning,resptive om man använder pigtail så finns lite grundregler om pacering som fungerar hyggligt sålänge jordplanet är minst en kvartsvåg. Om det är mindre eller kanske väldigt sektionerat vad gäller jordplan kan man tvingas tänka till en gång extra men generellt så ser rekommendationen ut så här för ovan PCB-antenn: Optimal placering är där RF-strömmarnas intensitet förväntas vara lägst.
Nära antennen är de som högst. Därav att de demo-kort som visas och säljs inte har kontakt eller koaxkabel-anslutning nära antennen utan man drar iväg med en transmissionsledare en bit till ett lugnare ställe på jordplanet.
Ur DC-synpunkt så ser man ofta allt jordplan ssom en enda likformig struktur men är det krävande design kan man även här behöva tänka på lågfrekventa returströmmar och sektionera olika jordplan, typ kraft, småsignal, kraftsignal, digital signal och RF
Att skapa ett jordplan med ur RF-synpunkt låg impedans kan ibland vara svårt. Vid DC så finns bara resistans och den är ju oftast bråkdelar av Ohm mellan två punkter på jordplanet men när man kommer uppåt GHz-området så är det ofta ett problem att inte få resistiva förluster i jordplanet då det sänker rqadions sändeffektivitet, mindre effekt strömmar ut i luften relativt den effekten som konsumeras av sändarsteget.
Förluster i jordplanet kan sänka radions effektivitet inte bara genom resistiv transmission fram till tuningsteg urtan det påverkar även antennen, som kan vara en lågförlusst kvartsvåg PCB-antenn men om dess i jordplanet speglade motpol inte står på stabil grund sänker det hela antennens prestanda då antennen inte är bättre än dess sämsta del spm nästan alltid är den speglade delen.
Förenklat skapas av kvartsvågsantennens ena halvan av en halvvåg som ser ut så här: Det är delen märkt a som utgör själva IFA-sstrukturen. Den speglade delen som bara finns i jordpmanet är den del som är märkt b.
Simmerade resulterande halvvågen är c.
Jag hade fel.
Det var mycket värre. Man hade pluppat dit footprintet för en betydligt större SMA-kontakt vars jordben direkt kortsluter olika dela av antennen,
Detta var detta som var utkört som Gerber, avsett att tillverka för provmätningar. Man måste vara bra korkad för att ens visa upp något så dumt. Om det varit vild sistaminutenpanik att få dit en port hade man åtminstone förklarat detta att det inte var något man skulle ta efter.
Så här ser det ut och visas vid 1.23:00 och kontakten är dessutom märkt med texten SMA. Man ser att SMA-kontakten ligger rätt över antennens undersida med SMA-kontaktens ben som kortsluter antennmönstret på två ställen.
Inte ens om man flyttat kontakten 5 mm längre ned hade det varit en vettig kontaktplacering.
En sådan placering och antennens huvuddelar hade bestått i IFA-mänstret som ena antenn-polen och den andra polen hade bestått i mätkabeln ytterhölje. Antennegenskaperna man mäter blir då helt beroende av mätkabeln i stället för kretskortets jordplan.
Det är en sådan sak som man alltid måste vara uppmärksam på, att mätkabeln inte blir en del av antennen, annars riskerar man få en kass antenn när inte längre mätkabeln är ansluten.
Man lär sej massa trix när man mätt ett tag, ett sådant är att dra med fingret utefter kanten på PCB för att se på VNA när påverkan av fingret är som minst. Det är där på kretskortskanten RF-strömmarnas intensitet är låga och är då bra plats för att låta en mätkabel lämna kretskortet utan att påverka antennen så mycket.
Det gynnar dessutom att bromsa RF-ström,mar utanpå kabelskärm med hjälp av ferriter utan att ferriterna i sej lastar antennens närfält. Notera videon där jag placerar mätkabel med ferriter på plats för minsta antennpåverkan.
Om man utvecklar en antenn för ett PCB vill man inte mäta via en SMA-kontakt som inte kommer användas för den slutliga produkten, Det är nästan uteslutande att man löder in tillfälliga pigtails, så som jag visar i videon. Det her betydligt enklare kalibrering och mätning. Kalibrera via SMA som sedan inte ska finnas är nåt för dårfinkar.
Om man nu absolut vill använda SMA av någon anledning,resptive om man använder pigtail så finns lite grundregler om pacering som fungerar hyggligt sålänge jordplanet är minst en kvartsvåg. Om det är mindre eller kanske väldigt sektionerat vad gäller jordplan kan man tvingas tänka till en gång extra men generellt så ser rekommendationen ut så här för ovan PCB-antenn: Optimal placering är där RF-strömmarnas intensitet förväntas vara lägst.
Nära antennen är de som högst. Därav att de demo-kort som visas och säljs inte har kontakt eller koaxkabel-anslutning nära antennen utan man drar iväg med en transmissionsledare en bit till ett lugnare ställe på jordplanet.
Ur DC-synpunkt så ser man ofta allt jordplan ssom en enda likformig struktur men är det krävande design kan man även här behöva tänka på lågfrekventa returströmmar och sektionera olika jordplan, typ kraft, småsignal, kraftsignal, digital signal och RF
Att skapa ett jordplan med ur RF-synpunkt låg impedans kan ibland vara svårt. Vid DC så finns bara resistans och den är ju oftast bråkdelar av Ohm mellan två punkter på jordplanet men när man kommer uppåt GHz-området så är det ofta ett problem att inte få resistiva förluster i jordplanet då det sänker rqadions sändeffektivitet, mindre effekt strömmar ut i luften relativt den effekten som konsumeras av sändarsteget.
Förluster i jordplanet kan sänka radions effektivitet inte bara genom resistiv transmission fram till tuningsteg urtan det påverkar även antennen, som kan vara en lågförlusst kvartsvåg PCB-antenn men om dess i jordplanet speglade motpol inte står på stabil grund sänker det hela antennens prestanda då antennen inte är bättre än dess sämsta del spm nästan alltid är den speglade delen.
Förenklat skapas av kvartsvågsantennens ena halvan av en halvvåg som ser ut så här: Det är delen märkt a som utgör själva IFA-sstrukturen. Den speglade delen som bara finns i jordpmanet är den del som är märkt b.
Simmerade resulterande halvvågen är c.
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Re: Design av WiFi antenn på PCB
Apropå simulering så går det få tillgång till ansys hfss (och alla andra ansys sviter) hyfsat billigt! De har en "elastic license" modell som är pay-per-use. Man köper credits för typ 50kkr, sen beroende på vad man gör så kostar det 100-300kr/h ungefär. Tror hfss solvern ligger runt 250kr/h och pre/post setup 100/h. Jämfört med 350kkr per år för vanlig licens. Sen som sagts är det nog inte det snabbaste sättet till en väl fungerande antenn, men det finns massa annat roligt att göra i hfss eller siwave tex!
För 2.4ghz så är det ju tämligen lätt att labba och mäta. Värre med våra 80 Ghz radar kort, då är det inte lika lätt att mäta längre. Där gör sig simulering alldeles ypperligt, och stämmer oftast väldigt bra med verkligheten. (ja det går att mäta med vna även 80ghz. Men det går mikrovågsingenjörerna göra.)
För 2.4ghz så är det ju tämligen lätt att labba och mäta. Värre med våra 80 Ghz radar kort, då är det inte lika lätt att mäta längre. Där gör sig simulering alldeles ypperligt, och stämmer oftast väldigt bra med verkligheten. (ja det går att mäta med vna även 80ghz. Men det går mikrovågsingenjörerna göra.)
Re: Design av WiFi antenn på PCB
Nu är det en nybörjare som saknar grundläggande matten och fysiken och vill satsa några tusenlappar för at utvekla antenn till en kommersiell produkt.
Denna kommer inte komma någonstans alls i hfss de första dagarna utan sakkunnig hjälp, om det alls går utan grundkunnandet.
Troligen kan han få bäst valuta för pengarna av att försöka lära sej grunder men betala för tjänsten att få en verklig antenn matchad och dokumenterad.
Ser inget fel i det att man anlitar fackfolk istället för att göra eget mindre bra jobb just för att målet är att kunna börja sälja. Om det varit för att lära sej något nytt och man har tiden på sej anlitar man inte fackfolk, utan håller på att traggla kanske 50 ggr längre tid för att nå ett inte helt odugligt resultat och samtidigt lära nytt.
Det är samma som med t.ex. programmering. Har man en produkt som ska ut på marknaden innan startkapitalet förbrukats anlitar man en erfaren programmerare för programmeringsdelen.
Har själv haft driftiga entreprenörer som kunder. De har drivet att organisera kostnadseffektiv produktion och kan marknadsföring, känner sin möjliga målgrupp.
Många kommer från en miljö där de i sitt arbete sett ett behov av effektivisering och fått en unik ide hur det ska gå till. De känner sedan sina kunder eftersom det är forna kollegor så de har försprång in på marknaden jämfört med de som inte har branchkunnandet.
För dessa nyblivna innovatörer är det tiden som pressar eftersom man ofta har en mager startup-budget. För lång utvecklingstid och kostnaderna skenar tills olönsamheten är ohjälplig och man får lägga ner. Man behöver fackfolk som snabbt kan utföra sin del i projektet och sedan slutar dra kostnader när deras tjänster inte behövs.
Ska man få valuta för pengarna vad gäller hfss så bör man helst vara väl hemmastadd i programmet och veta att man matar in korrekta parametrar för realistiskt utresultat. Det är en brist man ofta ser, att användaren inte har erfarenheten att förstå om utresultatet är vad inom vad som kan förväntas och man tror kanske att man skapat en antenn med 110% effektivitet, då hfss visar detta och dB, dBi, dBm, dBd är alla bara dB-nånting för den som inte är van vid antennparametrar.
Även jag jobbar på ibland med 64-77 GHz och jag förstår synpunkten att hfss verkar stämma bättre, men så är det inte.
Oftast är antenner iofs mer komplicerade, stackade arrayer men man har inte problemet (ännu) som med handhållen BT eller WiFi med att antennens närfälts strålningslob ibland strålar in i huvudet på brukaren eller att antennen delvis täcks av användarens hand. Om det händer blir det precis samma problem som vid 2.4 GHz som normalt har liknande bandbredder relativt bärfrekvens.
Man har inte heller problemet med antenner där halva antennen utgörs av odefinierat jordplan utan här arbetar man ofta direkt med fulla dipoler, eller typ hornlösningar med kvartsvågsmatning, då det ökade storleksbehovet acceptabelt samtidigt som det minskar med stigande frekvens.
Man slippper ifrån att ta med i kalkylen olika brukar-situationer vid 80 GHz då dessa frekvenser sällan används handhållet.
Iofs En problemsituation som är rätt vanlig är olika typer av biltranspondrar och bilradar som ska klara obruten sikt likväl som lite snömodd över antenn-fönstret som kanske sitter i fronten på bilen. Här finns transpondrar som arbetar på 77GHz så lite skit på linsen ger stor påverkan. Förr fanns det biltranspondrar på 24GHz som trängde igenom bättre men bilindustrin har blivit utsparkade från detta bandet för att inte störa framtidens mobiltelefoni.
Då transpondrarna kan ha viktiga uppgifter typ att varna för gångtrafikanter så krävs att man verkligen kan lita på antenn-funktionen i alla väder.
Vad gäller antenner så säjer man ofta att "relativ bandbredd x effektivitet" för en viss antennvolym är en konstant. Man kan välja det ena på bekostnad av det andra.
Antag en kameraöverföring som behöver 5MHz bandbredd med avseende på impedans och effektivitet för en viss kodning och pixelupplösning. Vid 100MHz bärvåg är det 5% av bärvågen. Så antennen måste täcka denna bandbredd plus lite vingelmån. Man väljer då kanske en antenntyp som i sej möjliggör 10% bandbredd om den är vältunad.
Samma typ av signalöverföring blir mycket lättare vid 50GHz.
Man kan fortfarande välja samma antenn-typ fast skalad med frekvensen i storlek så den är 500 ggr mindre.
Antenntypen ger fortfarande 10% bandbredd, vilket vid 50 GHz blir 5GHz.
Detta ger att det är mycket lättare att få till tillräcklig bandbredd. Även om man gör ett däligt jobb med antenndesignen vid 50GHz så att bandbredden bara är 1% räcker det mer än väl för att föra över videosignalen med en bandbredd på 5 MHz.
I praktiken arbetar man sällan så, att ökad bärfrekvens tillåter sämre antenn-jobb men om man ska se det som att hfss stämmer bättre vid högre frekvenser kan man kanske skohorna in sådana tankar.
Vad Ansys hfss kan bidra med som kostnadseffektivt alternativ relativt handgripligt jobb beror säkert på inom vilket område man jobbar.
De gånger hfss verkligen ger mej något arbetsmässigt, eller åtminstone ger mej nya insikter är när man jobbar med LTE-antenner i trånga utrymmen, typ mobiltelefoner.
För att diversiteten ska fungera bra behövs två antenne för samma frekvensband. Varje antenn i sej är problematisk att utveckla då målet med antennbandbredden kan vara 50% av centerfrekvens. men för diversitet ska antennisolationen dessutom vara god. Helst 10 dB eller bättre. Det innebär att antennerna ska vara effektiva (känsliga, TIS) mottagar-antenner men de ska samtidigt vara så dåliga antenner att de knappt "ser" varandra.
Första designmålet är att designa med största polarisationsdiversitet, dvs antennerna ska helst ha 90 graders skillnad i polarisation, och därefter ska sntennerna ha så stort inbördes avstånd som möjligt,för tidsdiversitet. Att åstadkomma verksamt betydande avstånd kan vara svårt i en mobiltelefon. En variant är att helt enkelt förse ena antennen med extra lång koaxialkabel.
De olika scenariona kan man grovt måla upp i hffs för att testa vilket alternativ som alls kan fungera då det är mycket jobb att utvärdera detta vid praktiskt arbete.
Man måste fortfarande slita en hel del med en enskild lösning men hfss kan här hjälpa till att välja bästa alternativet att jobba med.
Samma LTE-frekvenser som hfss kanske bara bidrar med tidsspillan vid konkreta antenn-utvecklingen i en mobiltelefon bidrar hfss med mycket mer tillförlitliga resultat för samma LTE-signaler på basstation-sidan. Det är mer likt situationen vid radar-frekvenser då man inte har problemet med oförutsägbara variationer i närfältet och väl designade strållober är en viktig del av systemet effektivitet, lägsta effektåtgång på sändaren för största täckningsområde med så jämnt fördelad fältstyrka som möjligt.
Denna kommer inte komma någonstans alls i hfss de första dagarna utan sakkunnig hjälp, om det alls går utan grundkunnandet.
Troligen kan han få bäst valuta för pengarna av att försöka lära sej grunder men betala för tjänsten att få en verklig antenn matchad och dokumenterad.
Ser inget fel i det att man anlitar fackfolk istället för att göra eget mindre bra jobb just för att målet är att kunna börja sälja. Om det varit för att lära sej något nytt och man har tiden på sej anlitar man inte fackfolk, utan håller på att traggla kanske 50 ggr längre tid för att nå ett inte helt odugligt resultat och samtidigt lära nytt.
Det är samma som med t.ex. programmering. Har man en produkt som ska ut på marknaden innan startkapitalet förbrukats anlitar man en erfaren programmerare för programmeringsdelen.
Har själv haft driftiga entreprenörer som kunder. De har drivet att organisera kostnadseffektiv produktion och kan marknadsföring, känner sin möjliga målgrupp.
Många kommer från en miljö där de i sitt arbete sett ett behov av effektivisering och fått en unik ide hur det ska gå till. De känner sedan sina kunder eftersom det är forna kollegor så de har försprång in på marknaden jämfört med de som inte har branchkunnandet.
För dessa nyblivna innovatörer är det tiden som pressar eftersom man ofta har en mager startup-budget. För lång utvecklingstid och kostnaderna skenar tills olönsamheten är ohjälplig och man får lägga ner. Man behöver fackfolk som snabbt kan utföra sin del i projektet och sedan slutar dra kostnader när deras tjänster inte behövs.
Ska man få valuta för pengarna vad gäller hfss så bör man helst vara väl hemmastadd i programmet och veta att man matar in korrekta parametrar för realistiskt utresultat. Det är en brist man ofta ser, att användaren inte har erfarenheten att förstå om utresultatet är vad inom vad som kan förväntas och man tror kanske att man skapat en antenn med 110% effektivitet, då hfss visar detta och dB, dBi, dBm, dBd är alla bara dB-nånting för den som inte är van vid antennparametrar.
Även jag jobbar på ibland med 64-77 GHz och jag förstår synpunkten att hfss verkar stämma bättre, men så är det inte.
Oftast är antenner iofs mer komplicerade, stackade arrayer men man har inte problemet (ännu) som med handhållen BT eller WiFi med att antennens närfälts strålningslob ibland strålar in i huvudet på brukaren eller att antennen delvis täcks av användarens hand. Om det händer blir det precis samma problem som vid 2.4 GHz som normalt har liknande bandbredder relativt bärfrekvens.
Man har inte heller problemet med antenner där halva antennen utgörs av odefinierat jordplan utan här arbetar man ofta direkt med fulla dipoler, eller typ hornlösningar med kvartsvågsmatning, då det ökade storleksbehovet acceptabelt samtidigt som det minskar med stigande frekvens.
Man slippper ifrån att ta med i kalkylen olika brukar-situationer vid 80 GHz då dessa frekvenser sällan används handhållet.
Iofs En problemsituation som är rätt vanlig är olika typer av biltranspondrar och bilradar som ska klara obruten sikt likväl som lite snömodd över antenn-fönstret som kanske sitter i fronten på bilen. Här finns transpondrar som arbetar på 77GHz så lite skit på linsen ger stor påverkan. Förr fanns det biltranspondrar på 24GHz som trängde igenom bättre men bilindustrin har blivit utsparkade från detta bandet för att inte störa framtidens mobiltelefoni.
Då transpondrarna kan ha viktiga uppgifter typ att varna för gångtrafikanter så krävs att man verkligen kan lita på antenn-funktionen i alla väder.
Vad gäller antenner så säjer man ofta att "relativ bandbredd x effektivitet" för en viss antennvolym är en konstant. Man kan välja det ena på bekostnad av det andra.
Antag en kameraöverföring som behöver 5MHz bandbredd med avseende på impedans och effektivitet för en viss kodning och pixelupplösning. Vid 100MHz bärvåg är det 5% av bärvågen. Så antennen måste täcka denna bandbredd plus lite vingelmån. Man väljer då kanske en antenntyp som i sej möjliggör 10% bandbredd om den är vältunad.
Samma typ av signalöverföring blir mycket lättare vid 50GHz.
Man kan fortfarande välja samma antenn-typ fast skalad med frekvensen i storlek så den är 500 ggr mindre.
Antenntypen ger fortfarande 10% bandbredd, vilket vid 50 GHz blir 5GHz.
Detta ger att det är mycket lättare att få till tillräcklig bandbredd. Även om man gör ett däligt jobb med antenndesignen vid 50GHz så att bandbredden bara är 1% räcker det mer än väl för att föra över videosignalen med en bandbredd på 5 MHz.
I praktiken arbetar man sällan så, att ökad bärfrekvens tillåter sämre antenn-jobb men om man ska se det som att hfss stämmer bättre vid högre frekvenser kan man kanske skohorna in sådana tankar.
Vad Ansys hfss kan bidra med som kostnadseffektivt alternativ relativt handgripligt jobb beror säkert på inom vilket område man jobbar.
De gånger hfss verkligen ger mej något arbetsmässigt, eller åtminstone ger mej nya insikter är när man jobbar med LTE-antenner i trånga utrymmen, typ mobiltelefoner.
För att diversiteten ska fungera bra behövs två antenne för samma frekvensband. Varje antenn i sej är problematisk att utveckla då målet med antennbandbredden kan vara 50% av centerfrekvens. men för diversitet ska antennisolationen dessutom vara god. Helst 10 dB eller bättre. Det innebär att antennerna ska vara effektiva (känsliga, TIS) mottagar-antenner men de ska samtidigt vara så dåliga antenner att de knappt "ser" varandra.
Första designmålet är att designa med största polarisationsdiversitet, dvs antennerna ska helst ha 90 graders skillnad i polarisation, och därefter ska sntennerna ha så stort inbördes avstånd som möjligt,för tidsdiversitet. Att åstadkomma verksamt betydande avstånd kan vara svårt i en mobiltelefon. En variant är att helt enkelt förse ena antennen med extra lång koaxialkabel.
De olika scenariona kan man grovt måla upp i hffs för att testa vilket alternativ som alls kan fungera då det är mycket jobb att utvärdera detta vid praktiskt arbete.
Man måste fortfarande slita en hel del med en enskild lösning men hfss kan här hjälpa till att välja bästa alternativet att jobba med.
Samma LTE-frekvenser som hfss kanske bara bidrar med tidsspillan vid konkreta antenn-utvecklingen i en mobiltelefon bidrar hfss med mycket mer tillförlitliga resultat för samma LTE-signaler på basstation-sidan. Det är mer likt situationen vid radar-frekvenser då man inte har problemet med oförutsägbara variationer i närfältet och väl designade strållober är en viktig del av systemet effektivitet, lägsta effektåtgång på sändaren för största täckningsområde med så jämnt fördelad fältstyrka som möjligt.
Re: Design av WiFi antenn på PCB
Tack Kafeman för att du lägger ner massa tid med dina utförliga svar
Det känns som att en del är lite över mina ambitioner, jämfört med vad jag är ute efter och den plånbok som jag har.
Som jag skrev i början på denna tråd, så vill jag utveckla flera olika produkter och som på sikt ska kunna nå den kommersiella marknaden.
Jag är primärt inte ute att JUST NU få den "perfekta" impedansanpassade antennen utan är nöjd om antennen blir "tillräckligt bra" för att använda för att testa produkternas funktioner som prototyp.
Däremot önskar jag enkla tumregler och tips, för hur man ansluter en PCB-antenn, men jag förstår ju så klart att detta inte blir 100 % optimalt.
Det får blir en senare fråga att optimera produkten för bästa möjliga impedansanpassning och sedan även CE certifiera denna produkt, men när tiden är mogen så överlåter jag detta till företag som kan detta och har dyr mätutrustning som klarar av detta.
Jag har erfarenhet av CE-certifieringsprocesserna, så detta kan jag tillräckligt bra och även hur man delvis kan "runda" dessa regler på ett legalt sätt.
Jag vill till en början göra några "enkla" IoT-produkter och beställa hem prototyp-kretskort, för att verifiera funktionerna med mjukvaran.
Det är mjukvaran som är det kärnan i det jag gör, inte hårdvaran !!!!
Min tanke är att prototypernas kretskort ska tillverkas inkl montering av komponenter av JLCPCB.com, då dom är extremt billiga.
Det blir ju som vanligt flera PCB-rundor där man hittar och åtgärdar olika konstruktionsfel eller förbättringar som man inser under resans gång.
Jo, jag vet att det finns företag som är bättre, men oftast mycket, mycket dyrare.
För min del kommer detta inte vara aktuellt med "kvalitetsproducenter" under prototypframtagandet.
Däremot, så är det kanske så att man lägger volymproduktion någon helt annan stans, men det är inget som jag behöver fundera på just nu.
Man måste ta ett steg i taget och börja lära sig att gå...
Matematiken kan jag med teknisk fysik i bakgrunden, men jag har inte jobbat med radiovågor och antennteknologi.
Jag har hållit på med elektronikkonstruktioner i ca 50 år och jobbat många år som systemarkitekt(systemledare) på ett av Sveriges största elektronikföretag.
Jag har ingen direkt målsättning att bli expert, eller ens duktig, på detta område med radiovågor, då jag vet att det är riktigt komplext med Ghz-höga frekvenser och vågledare.
För att jag ska kunna få lite mer konkreta tips, så tror jag att det bästa jag kan göra är att jag lägger ut ett av PCB-korten och sedan hoppas på att jag får några bra tips på förbättringar, för att få en bättre antenn. Det är kanske inte helt optimalt, men jag kan leva med detta just nu.
Kafeman"s kommentar från videon där man sätter SMA kontaktens jord-ben direkt på antennen, är ju bara så dumt så man tror inte det är sant.
Kafemans's kommentarer med jordplanens reflekterande funktion med 1/4-vågs-antenner var något som jag inte direkt har reflekterat (ordvits, ha-ha) på förut,
men nu förstår jag att det är avgörande, även om jag långt ifrån förstår hur och varför det funkar så.
Det känns om att jag kommer att utesluta keramiska 1/8-vågs-antenner, då det för min del inte tillför tillräckligt mycket fördelar, så jag fortsätter med 1/4-vågsantenner på PCB-kortet, som mitt huvudspår.
Jo, jag är absolut medveten om att vid höga frekvenser, så får spolar stora kapacitiva egenskaper och kondensatorer får stora induktiva och resistiva egenskaper.
Approximerar man den fysiska komponenten med en enkel teoretisk modell med motstånd, kondensatorer och induktanser, så är det sedan bara att räkna vad dess teoretiska egenskaper i komplexa talplanet.
Teorin funkar ofta rätt bra, även om man bara har enkla teoretiska approximationer.
Kafeman: Bra tips det där med att välja kvalitetsspolar från kända komponenttillverkare för antenn-delen. Jag tänker göra som Kafeman och köra en "rak linje" för spolarna till antenndelen och jag gör det enkelt för mig och tar Kafmans tips rakt av och börjar köra med Muratas LQW15-serie (0402) alt. LQW18-serie (0603).
Dessa spolar är även något som JLCPCB har på eget lager.
På flertalet av mina KiCad-kretskort ligger PCB-antennen längs ytterkanten på PCB-kortet med en jordplans-kant längs hela kretskortet och vars hela kant har många via-hål. Via-hålen ligger med 1.5 mm avstånd.
Här lägger jag ut ett PCB-kortet på en konstruktion med ESP8685H4 och en modern stegmotordriver TMC2209, så får ni gärna kommentera med tips på förbättringar främst på antenn-delen.
1.0 mm 4 lagers kretskort JLC04101H-7628 ifrån JLCPCB.COM
Kopparledarparametrar för att ansluta PCB-antennen med ESP32:
H = 0.68 mm (L3 som jordplan)
W = 1.0 mm
G = 0.33 mm
Pi-filter med 0603 komponenter.
Det känns som att en del är lite över mina ambitioner, jämfört med vad jag är ute efter och den plånbok som jag har.
Som jag skrev i början på denna tråd, så vill jag utveckla flera olika produkter och som på sikt ska kunna nå den kommersiella marknaden.
Jag är primärt inte ute att JUST NU få den "perfekta" impedansanpassade antennen utan är nöjd om antennen blir "tillräckligt bra" för att använda för att testa produkternas funktioner som prototyp.
Däremot önskar jag enkla tumregler och tips, för hur man ansluter en PCB-antenn, men jag förstår ju så klart att detta inte blir 100 % optimalt.
Det får blir en senare fråga att optimera produkten för bästa möjliga impedansanpassning och sedan även CE certifiera denna produkt, men när tiden är mogen så överlåter jag detta till företag som kan detta och har dyr mätutrustning som klarar av detta.
Jag har erfarenhet av CE-certifieringsprocesserna, så detta kan jag tillräckligt bra och även hur man delvis kan "runda" dessa regler på ett legalt sätt.
Jag vill till en början göra några "enkla" IoT-produkter och beställa hem prototyp-kretskort, för att verifiera funktionerna med mjukvaran.
Det är mjukvaran som är det kärnan i det jag gör, inte hårdvaran !!!!
Min tanke är att prototypernas kretskort ska tillverkas inkl montering av komponenter av JLCPCB.com, då dom är extremt billiga.
Det blir ju som vanligt flera PCB-rundor där man hittar och åtgärdar olika konstruktionsfel eller förbättringar som man inser under resans gång.
Jo, jag vet att det finns företag som är bättre, men oftast mycket, mycket dyrare.
För min del kommer detta inte vara aktuellt med "kvalitetsproducenter" under prototypframtagandet.
Däremot, så är det kanske så att man lägger volymproduktion någon helt annan stans, men det är inget som jag behöver fundera på just nu.
Man måste ta ett steg i taget och börja lära sig att gå...
Matematiken kan jag med teknisk fysik i bakgrunden, men jag har inte jobbat med radiovågor och antennteknologi.
Jag har hållit på med elektronikkonstruktioner i ca 50 år och jobbat många år som systemarkitekt(systemledare) på ett av Sveriges största elektronikföretag.
Jag har ingen direkt målsättning att bli expert, eller ens duktig, på detta område med radiovågor, då jag vet att det är riktigt komplext med Ghz-höga frekvenser och vågledare.
För att jag ska kunna få lite mer konkreta tips, så tror jag att det bästa jag kan göra är att jag lägger ut ett av PCB-korten och sedan hoppas på att jag får några bra tips på förbättringar, för att få en bättre antenn. Det är kanske inte helt optimalt, men jag kan leva med detta just nu.
Kafeman"s kommentar från videon där man sätter SMA kontaktens jord-ben direkt på antennen, är ju bara så dumt så man tror inte det är sant.
Kafemans's kommentarer med jordplanens reflekterande funktion med 1/4-vågs-antenner var något som jag inte direkt har reflekterat (ordvits, ha-ha) på förut,
men nu förstår jag att det är avgörande, även om jag långt ifrån förstår hur och varför det funkar så.
Det känns om att jag kommer att utesluta keramiska 1/8-vågs-antenner, då det för min del inte tillför tillräckligt mycket fördelar, så jag fortsätter med 1/4-vågsantenner på PCB-kortet, som mitt huvudspår.
Jo, jag är absolut medveten om att vid höga frekvenser, så får spolar stora kapacitiva egenskaper och kondensatorer får stora induktiva och resistiva egenskaper.
Approximerar man den fysiska komponenten med en enkel teoretisk modell med motstånd, kondensatorer och induktanser, så är det sedan bara att räkna vad dess teoretiska egenskaper i komplexa talplanet.
Teorin funkar ofta rätt bra, även om man bara har enkla teoretiska approximationer.
Kafeman: Bra tips det där med att välja kvalitetsspolar från kända komponenttillverkare för antenn-delen. Jag tänker göra som Kafeman och köra en "rak linje" för spolarna till antenndelen och jag gör det enkelt för mig och tar Kafmans tips rakt av och börjar köra med Muratas LQW15-serie (0402) alt. LQW18-serie (0603).
Dessa spolar är även något som JLCPCB har på eget lager.
På flertalet av mina KiCad-kretskort ligger PCB-antennen längs ytterkanten på PCB-kortet med en jordplans-kant längs hela kretskortet och vars hela kant har många via-hål. Via-hålen ligger med 1.5 mm avstånd.
Här lägger jag ut ett PCB-kortet på en konstruktion med ESP8685H4 och en modern stegmotordriver TMC2209, så får ni gärna kommentera med tips på förbättringar främst på antenn-delen.
1.0 mm 4 lagers kretskort JLC04101H-7628 ifrån JLCPCB.COM
Kopparledarparametrar för att ansluta PCB-antennen med ESP32:
H = 0.68 mm (L3 som jordplan)
W = 1.0 mm
G = 0.33 mm
Pi-filter med 0603 komponenter.
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Re: Design av WiFi antenn på PCB
Med matematiken vad gäller vågrörelser så brukar den böja med att läraren visar en fjäder som vid olika frekvenser får noder, stående våg, och man lär sej att ett hopprep som i ena änden är fäst i en husvägg, dess kortaste längd för resonans vid en viss frekvens är en halvvåg. Ingen kan få repet att svänga på en kortare våglängd än så.
Om man förstår hoppreps-övningen, samma gäller för antenner. Därav att det INTE finns några resonanta kvartsvågs-antenner. Kortast möjliga resonanta antenn är en halvvåg lång.
Detta brukar var inledning på kurser om vågrörelser. Matematiken för EM-vågor, den står Maxwell för. https://en.wikipedia.org/wiki/Maxwell%27s_equations
Visualisering av matematiken sker ofta bäst på Smith-diagram.
Beräkningar görs enklast i logaritmisk form.
Antenner står i relation till sin omgivning och eventuella radio. Det ger inga absoluta fysiska kvantiteter. Därav att det mesta mäts enhetslöst i någon form av dB.
Storheter har nästan alltid en reell del och en imaginär del som ges av Maxwell. Därav att en passiv komponent alltid har en resistiv del (reell) och en reaktiv del (imaginär) och skrivs som ett komplex tal eller en vektorlängd med en fasvinkel där fasvinkeln beskriver den kontinuerliga vågrörelsen vid ett visst ögonblick i tid eller plats.
Detta är grundkunskap för att man alls ska kunna utläsa vad en VNA mäter i samband med antenn-utveckling. Har du den fysiken med dej och verkligen förstår fysiken bakom varför ett hoppreps kortaste resonanta våglängd är en halvvåg så bygger man mycket av resten av kunskapen som en del av att praktisera och kunna tänka logiskt t.ex. varför en antenn är mer effektiv än en annan.
Bägge antennerna kan vara alternativa mönster på samma PCB och bägge är resonanta, vad kan då orsaka att den ena antennen ger mycket längre räckvidd än den andra?
Denna ovan text med anledning av dina gerber-filer. Ser rätt ok ut för min del.
Skulle gärna se mer vior utmed alla kanter. De kostar inget vid PCB-produktion.
Cu-flooding ok. Lite svårt att se jordpaddar men de ser ut att sakna termisk isolering.
Det är ur RF-synpunkt bra men en pina att handlöda i utvecklingsfasen då man ofta byter komponenter för att utvärdera resp impedansmatcha antennen.
Det är även ofta en källa till kvalitetsproblem i produktion då det lätt blir termiska spänningar, kalllödning, tombstones.
I synnerhet när det gäller jordpaddar som inte är RF kan man kosta på sej termisk isolation.
För RF-paddar är det viktiga att termiska bryggorna är korta och termiska isolationen fungerar bra även med tunna isoleringar.
På PCB har en hel långsida reserverats som jordplanslös för antennen.. Ok men verkar men är ofta slöseri med utrymme och sämre antennprestanda helt i onödan.
Om det är så att denna sida inte ska användas för andra ändamål varken på PCB eller närfält kommer man in på en av de faktorer som påverkar en antenns prestanda.
Den bit som det nu berör är antennens apertur-area. https://en.wikipedia.org/wiki/Aperture_(antenna)
Din antenn har nu ett meander-mönster, det slingrar sej fram. Det gör man för att antrnnen ska ta mindre plats på kretskortet på bekostnad av antenn-prestanda. Denna delen av antennens area kan på ditt PCB sträckas ut, utefter hela sidan. Den är samma som aperturen på en kamera. Ett litet ljus-insläpp och kameran blir mindre ljuskänslig. För antennens del betyder det även bättre bandbredd. Exempel nedan, obs att det är ingen garanti att det är ideala mått eller om hänsyn tagits till jordplanets storlek: Om utrymmet finns så kan man då vandra vidare i alfabetet från F-antenn till L-antenn som ett av många förslag. Mycket beror iofs på hur stor variation i närfält som ska hanteras. Här visas släktträdet för ett antal antennvarianter. Alla dessa antenner g+år kröka, rotera i cirklar eller meanderforma. Ofta väljer man det som bäst nyttjar utrymmet.
Om jag inte har en VNA till hands för att kontrollera så väljer jag den raka monopolen, en 32 mm lång tråd. De övriga antennerna kan missleda kraftigt och bara för att en viss antenn-struktur och strukturmått fungerade på någon annans PCB så hamnar man fort helt vilse. Kan inte antenner bättre än så.
En blanktråd vinkelrätt mot PCB kommer alltid fel i impedans men den blir aldrig helt kass även utan tuning. Den får en impedans mellan 25 till 100 Ohm om den inte är allt för nära böjd utmed kretskort eller annat lastande. Om radion idealt verkligen skulle vara resistivt 50 Ohm (vilket den aldrig är) men som exempel så tappar man då max ca 25% av total täckning sett som ett snitt i alla riktningar. Summerade areaförlusten då man förlorar i yttercirkeln är rätt stor men för att uppleva förlusten rent praktiskt får man vara rätt uppärksam.
Det är även vanligt att man i föörväg placerar ut ett antal ESP8266 i t.ex. en lägenhet, vars enda funktion är att läsa av egen mottagen signalstyrka från den enhet man testar, och sedan rapportera tillbaka den till din datorskärm. Eftersom inget flyttas eller rör sej i lägenheten kan man få rätt tillförlitliga avgörande om vad som fungerar bra i antennväg.
Impedansmatchning är inte bara att optimera antennen för WiFi-frekvenser utan en del av matchningen är ESD-skydd och undertrycker så att inte övertoner tycker att antennen är trevlig att stråla effektivt från.
En dålig matchning ökar ofta andelen övertoner, dvs man skapar mer EMC-skräp så att man inte kan passera certifieringar men en dålig matchning innebär ofta att även mer av huvud-signalen reflekteras in i radion och jordplan. Det händer rätt ofta att det då inträffar oväntade sakar såsom att digital reset-signaler på kretskortet blir random aktiverade och LCD-displayer kan få ett eget liv om det överlagras RF-signaler. Det var förr ett vanligt problem i mobiltelefoner. Man kunde se på displayen hur den modulerades i styrka i takt med inkommande påringning.
CE-certifiering är nog den enklaste biten för den som tänker sätta en radio på marknaden. Det är självcertifiering men det är ändå en viktig del i dokumentationen för övriga steg-
EU REACH Regulation och EU RoHS Directive samt EU RED Directive (Radio Equipment Directive) är krav på att uppfylla för att radion ska få säljas.
Jag säljer mina produkter globalt och då tillkommer ytterligare några reglementen.
Exempelvis så säljer jag till Kalifornien och då måste mina kretskort förses med varningstext att man inte ska äta kretskorten då det kan orsaka cancer.. Kallas Prop 65 Warning https://www.ecianow.org/california-proposition-65
UL-certifiering är bra och ger kretskortet mer professionell prägel den med övriga certifieringar om man visar en rad med certifieringslogotyper. CE-stämpel är gratis men måste bytas om man säljer till England. De har gått ur EU och skapat en rad med egna alternativa stämplar.
Att bli välsignad av FCC kostar en del men man får då närmast gratisbiljett till ett antal andra motsvarande certifieringar i andra världsdelar.
Mycket kan man göra själv för att hålla ned kostnader för att uppfylla olika myndighetskrav.
Jag tillverkar mycket i Kina och köper delar från okända företag som normalt bara säljer inrikes då den marknaden är tillräcklig och man behöver inte krångla med tull eller andra språk.
En sak som är viktig är dokumentation att dessa företag, hur billiga de än är Kan tillhandahålla sin egna RoHS-dokumentation, saknas den så lönar det sej inte i längden. Jag säljer även i Kina och Kina har sin egna RoHS-implementation. Då de flesta underleverantörer har den dokumentationen så ber jag om kopia. På det viset kan man få hela produkten godkänd om alla ingående delarna är checkat t.ex. blyfria, med vidhängande lab-resultat.
JLCpcb har UL och RoHS dokumentation men de tillverkar ju inte själva kretskortsdelarna utan köper från glasfiber-tillverkare och kopparplåt och lödtenn från andra leverantörer som alla har skickat sina RoHS-dokument till JLC.
Du gör dej själv en otjänst om du tycker du kan bryta den kedjan. Det är så mycket enklare att från början ha koll på alla underleverantörer och se till att samla in respektives dokumentation innan inköp eller produktion.
Att ha basinstrumenten och kunna använda dom på rätt sätt är viktigt vid prototyputveckling.
Kunna kolla om en spänningsregulator levererar rätt spänning är lättförståeligt att det är viktigt för en spänningsregulator. För radio är det samma sak. Det är viktigt att kunna mäta om det finns liv i radion och när all basbands digital logik försöker svänga i 2.4GHz, då är inte multimetern till mycket nytta att felsöka med.
När dina produktionsbatcher allt oftare har enstaka rötägg så är det upp till dej att stå med mössan i handen för att be ett mätlab att hjälpa dej felsöka och när de säjer, vi har en tidslucka om 3 månader, kom då.... Då ångrar du att du inte själv investerat värde motsvarande några timlöner på instrument och lärt dej dess hantering.
Ett möjligt alternativt i lågkostnads uppstart, då du varit i branschen länge har du kanske någon bekant som har kunskapen om radio och släpper till några timmar billigt som utfyllnad till pensionsbidraget samtidigt som du bisitter och lär dej den vägen. Det kan vara enklare om man inte orkar läsa alla vågrörelse-teori som hur man än vänder på det är rätt torr.
Just för antenndelen av vågteorin finns det man brukar kalla Balanis bibel. Den är bibeltjock och rätt torr men det är ett sådant verk man ofta refererar till men den är allt för tung som sänglitteratur men utmärkt för att finna svar på specifika antenn-delar eller få hjälp med egan beräkningar, hur korrekta formler ser ut osv.
Som ny startup så bör du ha enklare instrument och kunskap så att du kan göra elementär felsökning och utvecklingsjobb på det flertalet prototyper du tänker framställa. Lämna ut alla småjobb och det kostar varje gång som en billig VNA samt kostar dyrbar tid, väntan i dagar att någon annan ska gör det du kunnat fixa på 5 minuter.
Utveckla radio och antenn är komplicerat men det finns en logik som fungerar. En radioamatör kan bygga en sändare med porslinspinnar istället för kretskort och jordplanet, det är det man står på i källaren. Antenntuning sker mha av stora rattar som kopplas till handlindade spolar och stor kondensatorer med decimeterlånga blanktrådar som förbindelse. Det fungerar vid 10 MHz.
Det fungerar även vid 2.4 GHz men allt måste skalas i storlek för att få signalen att följa blanktråden på samma sätt och med lika relativa stora förluster . En decimeterlång blanktråd mellan två porslinstorn som överför signal utan allt för stora förluster vid 10 MHz motsvaras vid 2.4 GHz av en trådlängd på 0,4 mm.
Det låter petigt med så korta trådlängder men ja det går ofta se skillnad på transmisssionsförlust när man mäter med VNA och jämför handlödda mer frikostiga lödpluppar jämfört med maskinlödda paddar.
Beräkna matchningsnät är i princip en barnlek. Kräver ingen nämnvärd kunskap. Man mäter antennen impedans och man mäter radions impedans, sedan är det bara att räkna ut ett komponent-nät som ger denna översättningen i konjugat form.
Det svåra är att mäta på rätt sätt. På platsen för en matchningskomponent löder man vanligen in en koaxkabel, sk pigtail. Det är en kabel som i ena änden har solid centerledare som sticker ut max 2 mm och i andra änden har man SMA-kontakt för anslutning mot VNA.
Ytterhöljet löds fast precis jämte komponentplatsen, så när det är möjligt och där kabeln lämnar kretskortet, sedan kalibrerar man kabeln via nätverkaren. I princip skickas det in en puls i kabeln och reflekterade signalen talar om impedanser utefter kabeln samt hur lång kabeln är.
På detta viset kan man direkt i VNA räkna bort kabelns inverkan vid mätningen, förutsatt man lyckas undvika att få RF-strömmar på kabelns ytterhölje mha ferritrör.
Sedan löds centerledaren in i padd mot radio och radions impedans mäts. Därefter tar man en skalpell och kapar ledaren precis bortanför padden och istället lägger brygga mot antennen.
Då mäter man på tidsmässigt samma ställe i två riktningar och det är sedan bara att räkna ut komponentvärden för nätet.
Pigtailen och hur den är inlödd syns tydligt i videon där jag visar impedansmatchning.
I praktiken nöjer man sej ofta med att beräkna endast en matchningskomponent och verifierar att den utför förväntad impedansförändring. Med tur så är resultatet ok, annars får man fortsätta med nästa komponent. För det mer optimal resultatet så är det vanligt att man bara delvis kompenserar i varje steg för att skapa mer kompensationsutrymme i nästa komponent.
I synnerhet när matchningsnätet ska täcka stor bandbredd där både antenn och radio förändras på olika sätt för låga och höga frekvenser ska matchningen vara lika kompenserande irreguljär i impedansen över frekvensområdet. I princip är det inte mycket mer komplicerat än när man räknar ut ett RIAA-filter till grammofonen fast man har komplexa värden och accepterar inte lika mycket förluster som man ofta gör i audio-förstärkarsteg där det är lättare att kompensera med ökat gain i aktiva kretsar.
Det är givetvis en smaksak men strökapacitanserna för spolar 0603 är större än 0402.
Skillnaden kan man kompensera för vid matchningen men sedan tillkommer att man egentligen inte vill ha onödigt stora lödpaddar men LQW-serien utmärks av att man inte kommer åt att avlöda dessa genom att värma komponentänden. Man byter ofta komponent ett antal gånger innan man hittar bästa resultat och då får man avlöda ett antal gånger. Om jordplanet inte suger för mycket värme så går det iofs bra med varmluft men jag jobbar gärna under stereomikroskåp och det är inte så lätt att böka dit en 1500Watt varmblås.
Istället, när jag kan påverka PCB-designen begär jag 0402-paddar som är förlängda med ~0.7 mm i var ände. Jag avlöder normalt med två lödpennor och det extra överhänget gör att det går lättare värma hela lödpadden även om spolen täcker större delen av den.
Om man förstår hoppreps-övningen, samma gäller för antenner. Därav att det INTE finns några resonanta kvartsvågs-antenner. Kortast möjliga resonanta antenn är en halvvåg lång.
Detta brukar var inledning på kurser om vågrörelser. Matematiken för EM-vågor, den står Maxwell för. https://en.wikipedia.org/wiki/Maxwell%27s_equations
Visualisering av matematiken sker ofta bäst på Smith-diagram.
Beräkningar görs enklast i logaritmisk form.
Antenner står i relation till sin omgivning och eventuella radio. Det ger inga absoluta fysiska kvantiteter. Därav att det mesta mäts enhetslöst i någon form av dB.
Storheter har nästan alltid en reell del och en imaginär del som ges av Maxwell. Därav att en passiv komponent alltid har en resistiv del (reell) och en reaktiv del (imaginär) och skrivs som ett komplex tal eller en vektorlängd med en fasvinkel där fasvinkeln beskriver den kontinuerliga vågrörelsen vid ett visst ögonblick i tid eller plats.
Detta är grundkunskap för att man alls ska kunna utläsa vad en VNA mäter i samband med antenn-utveckling. Har du den fysiken med dej och verkligen förstår fysiken bakom varför ett hoppreps kortaste resonanta våglängd är en halvvåg så bygger man mycket av resten av kunskapen som en del av att praktisera och kunna tänka logiskt t.ex. varför en antenn är mer effektiv än en annan.
Bägge antennerna kan vara alternativa mönster på samma PCB och bägge är resonanta, vad kan då orsaka att den ena antennen ger mycket längre räckvidd än den andra?
Denna ovan text med anledning av dina gerber-filer. Ser rätt ok ut för min del.
Skulle gärna se mer vior utmed alla kanter. De kostar inget vid PCB-produktion.
Cu-flooding ok. Lite svårt att se jordpaddar men de ser ut att sakna termisk isolering.
Det är ur RF-synpunkt bra men en pina att handlöda i utvecklingsfasen då man ofta byter komponenter för att utvärdera resp impedansmatcha antennen.
Det är även ofta en källa till kvalitetsproblem i produktion då det lätt blir termiska spänningar, kalllödning, tombstones.
I synnerhet när det gäller jordpaddar som inte är RF kan man kosta på sej termisk isolation.
För RF-paddar är det viktiga att termiska bryggorna är korta och termiska isolationen fungerar bra även med tunna isoleringar.
På PCB har en hel långsida reserverats som jordplanslös för antennen.. Ok men verkar men är ofta slöseri med utrymme och sämre antennprestanda helt i onödan.
Om det är så att denna sida inte ska användas för andra ändamål varken på PCB eller närfält kommer man in på en av de faktorer som påverkar en antenns prestanda.
Den bit som det nu berör är antennens apertur-area. https://en.wikipedia.org/wiki/Aperture_(antenna)
Din antenn har nu ett meander-mönster, det slingrar sej fram. Det gör man för att antrnnen ska ta mindre plats på kretskortet på bekostnad av antenn-prestanda. Denna delen av antennens area kan på ditt PCB sträckas ut, utefter hela sidan. Den är samma som aperturen på en kamera. Ett litet ljus-insläpp och kameran blir mindre ljuskänslig. För antennens del betyder det även bättre bandbredd. Exempel nedan, obs att det är ingen garanti att det är ideala mått eller om hänsyn tagits till jordplanets storlek: Om utrymmet finns så kan man då vandra vidare i alfabetet från F-antenn till L-antenn som ett av många förslag. Mycket beror iofs på hur stor variation i närfält som ska hanteras. Här visas släktträdet för ett antal antennvarianter. Alla dessa antenner g+år kröka, rotera i cirklar eller meanderforma. Ofta väljer man det som bäst nyttjar utrymmet.
Om jag inte har en VNA till hands för att kontrollera så väljer jag den raka monopolen, en 32 mm lång tråd. De övriga antennerna kan missleda kraftigt och bara för att en viss antenn-struktur och strukturmått fungerade på någon annans PCB så hamnar man fort helt vilse. Kan inte antenner bättre än så.
En blanktråd vinkelrätt mot PCB kommer alltid fel i impedans men den blir aldrig helt kass även utan tuning. Den får en impedans mellan 25 till 100 Ohm om den inte är allt för nära böjd utmed kretskort eller annat lastande. Om radion idealt verkligen skulle vara resistivt 50 Ohm (vilket den aldrig är) men som exempel så tappar man då max ca 25% av total täckning sett som ett snitt i alla riktningar. Summerade areaförlusten då man förlorar i yttercirkeln är rätt stor men för att uppleva förlusten rent praktiskt får man vara rätt uppärksam.
Det är även vanligt att man i föörväg placerar ut ett antal ESP8266 i t.ex. en lägenhet, vars enda funktion är att läsa av egen mottagen signalstyrka från den enhet man testar, och sedan rapportera tillbaka den till din datorskärm. Eftersom inget flyttas eller rör sej i lägenheten kan man få rätt tillförlitliga avgörande om vad som fungerar bra i antennväg.
Impedansmatchning är inte bara att optimera antennen för WiFi-frekvenser utan en del av matchningen är ESD-skydd och undertrycker så att inte övertoner tycker att antennen är trevlig att stråla effektivt från.
En dålig matchning ökar ofta andelen övertoner, dvs man skapar mer EMC-skräp så att man inte kan passera certifieringar men en dålig matchning innebär ofta att även mer av huvud-signalen reflekteras in i radion och jordplan. Det händer rätt ofta att det då inträffar oväntade sakar såsom att digital reset-signaler på kretskortet blir random aktiverade och LCD-displayer kan få ett eget liv om det överlagras RF-signaler. Det var förr ett vanligt problem i mobiltelefoner. Man kunde se på displayen hur den modulerades i styrka i takt med inkommande påringning.
CE-certifiering är nog den enklaste biten för den som tänker sätta en radio på marknaden. Det är självcertifiering men det är ändå en viktig del i dokumentationen för övriga steg-
EU REACH Regulation och EU RoHS Directive samt EU RED Directive (Radio Equipment Directive) är krav på att uppfylla för att radion ska få säljas.
Jag säljer mina produkter globalt och då tillkommer ytterligare några reglementen.
Exempelvis så säljer jag till Kalifornien och då måste mina kretskort förses med varningstext att man inte ska äta kretskorten då det kan orsaka cancer.. Kallas Prop 65 Warning https://www.ecianow.org/california-proposition-65
UL-certifiering är bra och ger kretskortet mer professionell prägel den med övriga certifieringar om man visar en rad med certifieringslogotyper. CE-stämpel är gratis men måste bytas om man säljer till England. De har gått ur EU och skapat en rad med egna alternativa stämplar.
Att bli välsignad av FCC kostar en del men man får då närmast gratisbiljett till ett antal andra motsvarande certifieringar i andra världsdelar.
Mycket kan man göra själv för att hålla ned kostnader för att uppfylla olika myndighetskrav.
Jag tillverkar mycket i Kina och köper delar från okända företag som normalt bara säljer inrikes då den marknaden är tillräcklig och man behöver inte krångla med tull eller andra språk.
En sak som är viktig är dokumentation att dessa företag, hur billiga de än är Kan tillhandahålla sin egna RoHS-dokumentation, saknas den så lönar det sej inte i längden. Jag säljer även i Kina och Kina har sin egna RoHS-implementation. Då de flesta underleverantörer har den dokumentationen så ber jag om kopia. På det viset kan man få hela produkten godkänd om alla ingående delarna är checkat t.ex. blyfria, med vidhängande lab-resultat.
JLCpcb har UL och RoHS dokumentation men de tillverkar ju inte själva kretskortsdelarna utan köper från glasfiber-tillverkare och kopparplåt och lödtenn från andra leverantörer som alla har skickat sina RoHS-dokument till JLC.
Du gör dej själv en otjänst om du tycker du kan bryta den kedjan. Det är så mycket enklare att från början ha koll på alla underleverantörer och se till att samla in respektives dokumentation innan inköp eller produktion.
Att ha basinstrumenten och kunna använda dom på rätt sätt är viktigt vid prototyputveckling.
Kunna kolla om en spänningsregulator levererar rätt spänning är lättförståeligt att det är viktigt för en spänningsregulator. För radio är det samma sak. Det är viktigt att kunna mäta om det finns liv i radion och när all basbands digital logik försöker svänga i 2.4GHz, då är inte multimetern till mycket nytta att felsöka med.
När dina produktionsbatcher allt oftare har enstaka rötägg så är det upp till dej att stå med mössan i handen för att be ett mätlab att hjälpa dej felsöka och när de säjer, vi har en tidslucka om 3 månader, kom då.... Då ångrar du att du inte själv investerat värde motsvarande några timlöner på instrument och lärt dej dess hantering.
Ett möjligt alternativt i lågkostnads uppstart, då du varit i branschen länge har du kanske någon bekant som har kunskapen om radio och släpper till några timmar billigt som utfyllnad till pensionsbidraget samtidigt som du bisitter och lär dej den vägen. Det kan vara enklare om man inte orkar läsa alla vågrörelse-teori som hur man än vänder på det är rätt torr.
Just för antenndelen av vågteorin finns det man brukar kalla Balanis bibel. Den är bibeltjock och rätt torr men det är ett sådant verk man ofta refererar till men den är allt för tung som sänglitteratur men utmärkt för att finna svar på specifika antenn-delar eller få hjälp med egan beräkningar, hur korrekta formler ser ut osv.
Som ny startup så bör du ha enklare instrument och kunskap så att du kan göra elementär felsökning och utvecklingsjobb på det flertalet prototyper du tänker framställa. Lämna ut alla småjobb och det kostar varje gång som en billig VNA samt kostar dyrbar tid, väntan i dagar att någon annan ska gör det du kunnat fixa på 5 minuter.
Utveckla radio och antenn är komplicerat men det finns en logik som fungerar. En radioamatör kan bygga en sändare med porslinspinnar istället för kretskort och jordplanet, det är det man står på i källaren. Antenntuning sker mha av stora rattar som kopplas till handlindade spolar och stor kondensatorer med decimeterlånga blanktrådar som förbindelse. Det fungerar vid 10 MHz.
Det fungerar även vid 2.4 GHz men allt måste skalas i storlek för att få signalen att följa blanktråden på samma sätt och med lika relativa stora förluster . En decimeterlång blanktråd mellan två porslinstorn som överför signal utan allt för stora förluster vid 10 MHz motsvaras vid 2.4 GHz av en trådlängd på 0,4 mm.
Det låter petigt med så korta trådlängder men ja det går ofta se skillnad på transmisssionsförlust när man mäter med VNA och jämför handlödda mer frikostiga lödpluppar jämfört med maskinlödda paddar.
Beräkna matchningsnät är i princip en barnlek. Kräver ingen nämnvärd kunskap. Man mäter antennen impedans och man mäter radions impedans, sedan är det bara att räkna ut ett komponent-nät som ger denna översättningen i konjugat form.
Det svåra är att mäta på rätt sätt. På platsen för en matchningskomponent löder man vanligen in en koaxkabel, sk pigtail. Det är en kabel som i ena änden har solid centerledare som sticker ut max 2 mm och i andra änden har man SMA-kontakt för anslutning mot VNA.
Ytterhöljet löds fast precis jämte komponentplatsen, så när det är möjligt och där kabeln lämnar kretskortet, sedan kalibrerar man kabeln via nätverkaren. I princip skickas det in en puls i kabeln och reflekterade signalen talar om impedanser utefter kabeln samt hur lång kabeln är.
På detta viset kan man direkt i VNA räkna bort kabelns inverkan vid mätningen, förutsatt man lyckas undvika att få RF-strömmar på kabelns ytterhölje mha ferritrör.
Sedan löds centerledaren in i padd mot radio och radions impedans mäts. Därefter tar man en skalpell och kapar ledaren precis bortanför padden och istället lägger brygga mot antennen.
Då mäter man på tidsmässigt samma ställe i två riktningar och det är sedan bara att räkna ut komponentvärden för nätet.
Pigtailen och hur den är inlödd syns tydligt i videon där jag visar impedansmatchning.
I praktiken nöjer man sej ofta med att beräkna endast en matchningskomponent och verifierar att den utför förväntad impedansförändring. Med tur så är resultatet ok, annars får man fortsätta med nästa komponent. För det mer optimal resultatet så är det vanligt att man bara delvis kompenserar i varje steg för att skapa mer kompensationsutrymme i nästa komponent.
I synnerhet när matchningsnätet ska täcka stor bandbredd där både antenn och radio förändras på olika sätt för låga och höga frekvenser ska matchningen vara lika kompenserande irreguljär i impedansen över frekvensområdet. I princip är det inte mycket mer komplicerat än när man räknar ut ett RIAA-filter till grammofonen fast man har komplexa värden och accepterar inte lika mycket förluster som man ofta gör i audio-förstärkarsteg där det är lättare att kompensera med ökat gain i aktiva kretsar.
Det är givetvis en smaksak men strökapacitanserna för spolar 0603 är större än 0402.
Skillnaden kan man kompensera för vid matchningen men sedan tillkommer att man egentligen inte vill ha onödigt stora lödpaddar men LQW-serien utmärks av att man inte kommer åt att avlöda dessa genom att värma komponentänden. Man byter ofta komponent ett antal gånger innan man hittar bästa resultat och då får man avlöda ett antal gånger. Om jordplanet inte suger för mycket värme så går det iofs bra med varmluft men jag jobbar gärna under stereomikroskåp och det är inte så lätt att böka dit en 1500Watt varmblås.
Istället, när jag kan påverka PCB-designen begär jag 0402-paddar som är förlängda med ~0.7 mm i var ände. Jag avlöder normalt med två lödpennor och det extra överhänget gör att det går lättare värma hela lödpadden även om spolen täcker större delen av den.
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
