Svenska ElektronikForumet

Har ni nån erfarenhet av att göra en antenn på ett kretskort för 433MHz? Det borde väl vara möjligt kan tänka men någon form av begränsningar borde det väl finnas? Det är en kortdistans kommunikation jag tänker på, typ 10 meter eller nåt sånt och/eller genom en vägg.

Antenn på kretskort i form av inbyggd antenn, är inte svårt att göra.
Svårigheten är att få antennen effektiv.
Jämfört med en extern monopol-pinne finns oändligt många fler faktorer att ta hänsyn till.
Mycket kan beräknas men i slutänden krävs dyra mätinstrument och rätt mycket erfarenhet för att lyckas.
För en extern monopol-pinne kan man få hyggligt resultat med tumstock som enda mätinstrument.
Det finns massor med olika antenn-mönster för PCB men det är resten av innehållet i apparaten som minst lika mycket påverkar vilket antenn-mönster som passar bäst för en given situation.
Är resten av PCB't RF-mässigt bra, RF-stabilt jordplan med tillräcklig storlek relativt våglängden och korrekt utförda transmissionsledare osv, så kan man få hyggligt resultat mha av de guider som finns på nätet även utan mät-instrument. Hyggligt innebär att man kanske når 20% antenn-effektivitet utan att mäta och med lite tur.
En start kan vara: http://www.ti.com/lit/an/swra161b/swra161b.pdf
och http://www.ti.com/lit/an/swra088/swra088.pdf
Avskräcker diagrammen och formlerna så skippa dessa och försök hitta antenn-exempel med PCB i samma formfaktor som din apparat och kopiera det.

Man ska ha mer än tur för att lyckas få hyggliga prestanda om resten av PCB och elektroniken inte är välgjort.
Då behövs mätinstrument såsom nätverkare för att få ordning på RF-strömmar i jorden och matcha till lämplig antenn-impedans, men det går komma rätt långt med fintrimning mha en multimeter och en diod-detektor om man bara är envis samt har så mycket RF-kunnande att man kan arbeta systematiskt.

De flesta 433MHz-kretsar tål att arbeta mot dåligt avstämd antenn, så det är inte några bekymmer att hänga på en random antenn om man vill testa och är prestandabehovet litet så kanske det ger tillräcklig funktion.

En nackdel som många inte tänker på för handhållen batteriutrustning är att ofta drar sändaren mer ström om den inte får arbeta mot sin ideala antenn-impedans, som sällan är 50 Ohm, men är det typ fjärrkontroll så kan batteriets själv-urladdning vara den största förbrukaren och om sändare dra några mA extra under korta sänd-ögonblick så har det ingen betydelse på totala batterilivslängden.

En hel del att tänka på alltså. Tack för inputten. Jag återkommer säkert med lite fler frågor. Lite för ny än för att ens fatta vilka frågor jag ska ställa, så jag ska inte ge mig in i det förren jag vet mer.

Ett relativt enkelt sätt att lösa det på kan vara att inte inbaka antennen i kretskortet men istället ha den som en gles luftlindad spole (helical) antenn inuti kapslingen.

Ser inte att man löser något med en lindad spole, eller förstår egentligen inte vad som avses med spolen, men kanske missar något.

Om huvudfrågan är hur göra en bra antenn, törs åtminstone jag inte uttala mej om en lindad spole är det bästa alternativet att bygga antenn av, då det beror så pass mycket på resten av innehållet i en box och hur man bäst nyttjar tillgängligt utrymme och formfaktor i denna box.
Utgick i detta fallet att TS byggt en mindre apparat typ handhållen fjärrkontroll vars största box-längd är ungefär 0.1 lambda. Det är ett kort utrymme som handikappar max möjlig effektivitet för de flesta antenn-alternativ vid 433 MHz.
Mitt generella och kanske förhastade antagande är att under dessa storleks-förutsättningarna är en luftlindad spole normalt inte att rekommendera som ett lämpligt byggelement för en antenn. Förklaring längre ned, men först några fler generaliseringar.

Är invändiga jordplanet dåligt och utrymmet mycket kort talar det för att man har större chans att få god funktion med loop-antenn. Det är t.ex. vanlig antenn-typ i fjärren för bil-lås som arbetar på dessa frekvenser.
Melllanstort utrymme och en PIFA ger lika bra prestanda som en kortad monopol, men har även fördelen att misstunas mindre pga handeffekt jämfört med monopolen. PIFA kan placeras över jordplan som har andra (låga) komponenter på samma yta och på så vis dubbel-utnyttja utrymme, vilket kan vara av värde om bygget ska vara så kompakt som möjligt.

En del antenn-alternativ utgår pga frekvensen såsom patch-antenn då det blir väl stor vid 433 MHz men är bland de vanligare antenn-typerna för t.ex. GPS på 1560 MHz. Ofta får man designa något mellanting mellan dessa antenn-typer för att få så bra antenn-förutsättningar som utrymmet medger. En annan faktor som påverkar antennvalet är bandbredden, men om det enbart
är 433 MHz så är ett relativt smalt band som de flesta antenntyper klarar.

En lindad spole är i sej ingen definition av antenntyp.
Spolen kan användas som byggelement av monopol, loop eller (P)IFA likväl som man kan göra samma sak direkt på PCB. För FR4 kommer ett antenn-mönster fungera ungefär likartat som för luftlindad spole förutom den lägre dielektricitetskonstanten vilket har både för och nackdelar pga den lägre våghastigheten.
I detta fallet kan man misstänka att det är en fördel, då det ger en mindre antenn-struktur att bygga den på PCB jämfört med att bygga den som luftisolerad struktur.
Vanligen ger det antennen smalare användbar bandbredd men troligen fullt tillräckligt för detta frekvensbandets totala bredd.
Det är först på betydligt högre frekvenser som man måste ta hänsyn till evt. förluster orsakade av FR4.

Skulle mitt antagande vara fel angående boxens max-storlek, att den är mycket större på alla dimensioner och medger antenn-utbredning typ 30 cm eller mer, så kommer det ge luftisolerad antenn, oavsett antenn-typ, fördelar jämfört med en relativt platt 2D-struktur på PCB.
Om lådans dimensioner är stor är PCB't kanske inte ens det dominerande jordplanet, vilket annars är halva antennen, och man kan då fundera kring andra typer av antenn-lösningar eller ett separat jordplan som kan designas för bättre antenn-egenskaper än vad PCB't ensamt kan ge.

Vanliga verkar "spolarna" i alla fall vara. Såg ingen 433 lösnining med enbart kretskortmönster i TI appnoten som länkats ovan. Nästan alla 433 MHz eller lägre hade nån form av helix. Enda undantaget för 433 var nr. 12 "Mitsubishi Chip".

E Kafeman: du har helt rätt - men ofta - när platsen är trång - kan en förkortat antenn (helical) vara en lösning som kan vara lättare att implementera.

Och med 10m räckvidd duger snart sagt allt ju.

Jag läser och suger åt mig. Tack för all respons.
Radionkretsen (TX/RX) är på ett litet kort och innesluten i ett metallrör kvadratiskt utformad (2.5 dm lång, 7x7 cm). Den har en öppning på ca. 2x1 cm framtill i mitten på långsidan och är dessutom helt öppen (plastlock) på ena sidan. Kan denna "2x1 cm öppning" presentera en spets av antennen? En trådantenn alltså. Jag påminner om kraven på räckvidd. Ca. 10-20m genom klent innertak alt. genom vägg.
(Du ser vilka newbee-frågor jag ställer!)

2*1 cm är en liten öppning, inte mycket signal kommer att ta sej ut den vägen vid 433 MHz. Däremot kan t.ex. BT eller WIFI , 2,4GHz utnyttja en sådan öppning med lite tanke, utan större förluster.
För att inte dämpa signalen vid 433 MHz behövs en cirkel-öppning som är minst 35 cm i diameter eller en slits med den längden, använd som invers dipol, om boxen är i övrigt tät.
Grovt räknat, varje halvering av dessa längder, halverar signalen som tar sej igenom.

Praktisk räckvidd är inte bara en antenn-fråga, mycket hänger på radions kvalitet, bandbredds-behov, känslighet på mottagaren och sänd-effekt.
Billigaste Ebay-radion relativt en kvalitets-radio med effektiv modulering, anpassad bandbredd och bra filter kan skilja en faktor 100 i praktisk räckvidd trots samma sändeffekt.

Som exempel på längre räckvidd, designade förr regelbundet 433 MHz RF-delen för en serie enheter stora som ett cigg-paket med inbyggd antenn. Att det var regelbundet återkommande jobb berodde på mindre variationer av sensorer mm. som krävde att antenn och radio måste trimmas om för att behålla räckvidden.
Det var lågeffekt radio som sände smalbandig data och fungerade utmärkt på 10 km avstånd över någorlunda öppen terräng. Typiska överföringsavståndet där dessa enheter används är 1-5 km och på mottagande sidan finns fullstor takmonterad rundstrålande antenn.
Som räckvidds-jämförelse går det köpa fjärr-strömbrytare för styrning av lampor inomhus av billigare typ som knappt klarar från ett rum till ett annat trots samma datamängder sändeffekt och storlek.
Det innebär inte nödvändigtvis att lamp-fjärren är sämre designad, men man har använt billigare radio-delar och inte ens försökt optimera radio och antenn-funktion, för att hålla kostnaden nere och oftast är räckvidden just precis lagom för sitt ändamål. Tyvärr innebär det att några med större hus och tjockare innerväggar blir missnöjda men stora flertalet konsumenters behov är täckta nog bra för att produkten ska vara säljbar.

Om någon konstruktion ska förmedla sej med omvärlden via radio är den kostnadseffektivaste lösningen att man börjar designen med radio och placering av antenn på optimal plats. Bra antenn-funktion sparar kostnader på sändareffekt, kvalitet på mottagare kan vara lägre, batterilivslängd ökar och kan även spara komponenter typ SAW-filter(något sänkt uteffekt-> kraftigt mindre harmonisk distorsion) och ger en kompaktare antenn och därmed en kompaktare slutprodukt för en viss effektivitet än vad som är möjligt om antennen designas in i efterhand i ett "överblivet" utrymme.
Om jag förstår rätt så har du valt design och material i boxen innan du funderat på antenn och får nu hela raddan av nackdelar av detta. Risken att du får nöja dej med reducerad radio-funktion för denna design är stor.
Är det hobby-projekt så är det kanske inte så stort problem att korrigera?

Denna typen av misstag är delvis mitt levebröd att korrigera åt oerfarna företag.
Många företag som inte har tidigare radio-kunnande ska plötsligt bli modernisera sin produkt med IoT eftersom det är modernt och säljande.
De inser försent att antennen inte kunde köpas som hyllvara och stoppas in i ett ledigt utrymme mellan batteri och PCB och få den räckvidden som stod på databladet.
Inte sällan kostar det företagen dyra pengar då månader av design går åt skogen på att det man placerade dit sist skulle varit först.

Är det så att du har en öppning som är 7*7 cm täckt med plast som inte är RF-absorberande, går det göra en semi-loop antenn på denna ytan. Det kan ge hyggligt resultat då man kanske kan utnyttja boxens rätt stora metall-omkrets som passivt element och på så viss få bättre effektivitet.
Det man försöker uppnå är att öka något som brukar kallas för antenn-horisont. Ju större del av del av rymdsfären antennen kan koppla till, ju högre effektivitet är möjlig.
Kräver dock instrument och kunnande, ingen antenn man köper på hyllan.

Enklare alternativ är 3,5 cm hög koppartråd placerad nära utmed plastlockets yta, ståendes från ena metall-sidan.
Antenntypen kalas för kortad monopol. Den måste avstämmas kraftigt på grund av sin längd. En del av avstämningen kan vara att bottendelen, första 1-2 cm har en bottenspole som i toppen av antennen kompenseras med en kapacitiv hatt.
Samma här att man måste kunna matcha med instrument för att få effektivitet och min bedömning är att den antenn-typen har 5-6 dB sämre förutsättningar än semi-loopen även när den är väl matchad.
Omatchad med random tråd-nystan och man kan tappa bort ytterligare 5-50 dB.

Enklast är en kvartsvåg full-längds extern monopol-antenn som placeras mitt på metall-längden alternativt i toppen av en ände.
Den fungerar oftast hyggligt utan åtgärder även om ej optimal matchning kan kosta några dB.

Det som tagits upp nu är en av medspelarna. En litet "rör" med radio. Om den enhet den kommunicerar med har bra antenn då? Kan inte den kompensera till viss del bristerna i den lilla enheten? Det blir lixom en basstation som sänder korta datapaket och samt tar emot svaga signaler från det lilla "röret".
Det låter på mig som att man ska konsultera på ett seriösare sätt än att labba själv. Då kan det ju bli hur fel som helst och ta hur lång tid som helst och ÄNDÅ få ett dåligt resultat.
Har varit med om samma resa inom optik. Måste lära av misstagen....

När avståndet är bara 10 meter, så borde det inte behövas nån alltför märkvärdig antenn. Om jag var en liten radiovåg inne i din burk, skulle jag antagligen hellre ta mig ut genom 7x7 cm hålet än genom det mindre.

Om det är ett kommersiellt projekt, redan på planerings-stadiet ska man göra en länkbudget.
I länkbudgeten kan man stoppa in värden för sändar-effekt, hur bra resp antenn är, hur mycket signal som förloras mellan antennen för den täckning man vill uppnå och hur mycket signal som slutligen måste nå mottagaren för att överförd signal ska kunna tolkas.
Man kan sedan bolla lite med olika radio och antenn-alternativ typ att bristande antenn i ena änden kan kompenseras med bättre antennen i den andra änden, olika sändare-effekter och mottagar-känslighet.
För att ta fram värdena i länkbudgeten behövs någon som kan RF men det är ingen spets-teknik, många radio-amatörer är t.ex. väl bekanta med hur det fungerar.

För amatör-projektet duger att jämföra vad man själv eller andra har uppnått med liknande radio-material och omständigheter, för att få en uppfattning om hur bra det kan tänkas fungera i slutänden. Då är man iofs hänvisad till t.ex. standard-antenner, inte något som är optimerat för just denna produkten.

Sämsta alternativet är att inte tänka alls, med risken för att man inte nådde tänkt funktionalitet.

Nu är jag färgad av att mina kunder skulle bli rysligt missnöjda ifall jag levererade en felaktig länkbudget, så för min del är förarbetet innan man köpt in ett enda motstånd den viktigaste biten.
För amatörprojektet, köp radio-länk för ett par tior inkl. tråd-antenn. Blir resultatet kass, ja då får man skaffa bättre radio och bättre och större externa antenner.
Att designa egna antenner med bättre prestanda och bättre anpassad till den egna hårdvaran är fullt möjligt även för amatör-projekt och enkla mätverktyg, men kräver en bra portion kunskap och inte minst erfarenhet.

Vill man orientera sej lite om hur man som amatör kan designa för bättre radio med inbyggda antenner är detta min förstahands-rekommendation:
http://www.antenna-theory.com/intro/main.php
Ingen tung teori men ändå väldigt korrekt fakta. Känner till vem som ligger bakom saiten och han är ytterst kompetent även på det teoretiska planet och är noga med med att det som finns på saiten ska vara korrekt. Att saiten ser 20 år gammal ut har ingen betydelse.

Tyvärr, med antenner som med allt annat, internet är fullt av saiter som beskriver hur man bygger super-antenner av en klädgalge och liknande. Undvik dessa.
Funnes det ett uns av sanning skulle det finnas kommersiella tillverkare av dessa antenner.

Undersök hur liknade och välfungerande kommersiell produkt är designad invändigt, val av radio och antenn-typ mm.
Chansen är stor att någon redan har plockat sönder en sådan produkt och dokumenterat med bilder som lagts ut på internet och jag använder mej själv av sådan information för att få uppslag till hur man ska lösa olika problem. Är det en produkt med dålig funktion, är även det information för hur man inte ska göra.