Brauche Hilfe beim Antennenlayout

[Philip P. (nerb)]

Hallo zusammen,

ich bin heute mit dem routen einer XMega Plattform mit 433Mhz und WLAN 
Anbindung fertig geworden, allerdings sind mir ein paar Dinge bei der 
Anordnung der WLAN-Antenne noch nicht ganz klar:

Die Wlan-Antenne des Moduls RN171 von Roving 
Networks(http://www.rovingnetworks.com/products/RN_171) wurde aus der 
Application Note AN043 von TI entnommen 
(http://www.ti.com/lit/an/swra117d/swra117d.pdf) allerdings habe ich 
keine Multilayerplatine mit 1mm Dicke, sondern eine normale FR4 mit 
1,6mm. Die Antenne muss also verkürzt werden, damit die Frequenz wieder 
ansteigt, aber um wie viel?
Aus dem TI-Forum konnte ich einem Thread entnehmen, dass man den letzten 
Stummel etwas kürzen soll. Ich habe ihn einfach um 1,3mm gekürzt, nach 
Gefühl. Leider habe ich kein Messequipment, um das richtig zu bestimmen, 
deswegen wollte ich mal in die Runde fragen, wie ich das machen kann, 
dass ich gleich von Anfang akzeptablen Empfang habe? Die Platine wird 
erst noch bestellt, testen konnte ich das also noch nicht.
Vor der Antenne habe ich Footprints für einen Pi-Filter vorgesehen,damit 
die auch nachträglich abgestimmt werden kann, falls ich mal an einen 
Spektrumanalyser kommen sollte.

Jetzt die zweite Unklarheit:

Die Zuleitung der Antenne hat keine 50 Ohm, dazu müsste die die Leitung 
viel zu dick sein, etwa 2mm bei Automasse mit 0,4mm Isolate 
(http://chemandy.com/calculators/coplanar-waveguide-with-ground-calculator.htm). 
Jetzt meine Frage an die HF-Profis: Wie kann ich unter gegebenen 
Umständen das beste aus dem Layout rausholen? Sollte ich noch 
irgendwelche Bahnen anders ziehen? Muss ich mit größeren 
Empfindlichkeitseinbußen durch die Nichtanpassung rechnen?

Danke schon mal für das Interesse am Beitrag.

Viele Grüße,
Philip

[Abdul K. (ehydra)]

Bei der kurzen Verbindungslänge, spielt das keine große Rolle. Da sind 
die Geometrie- und Nahbereichs-Abhängigkeiten ein viel größeres Problem. 
Diese Winzigantennen sind halt alle nicht gutmütig.

[michael_ng (Gast)]

Philip P. schrieb:
> Leider habe ich kein Messequipment, um das richtig zu bestimmen,
> deswegen wollte ich mal in die Runde fragen, wie ich das machen kann,
> dass ich gleich von Anfang akzeptablen Empfang habe?

Was ist akzeptabel? Wie lauten die Design-Vorgaben?

Wie schon geantwortet wurde, die paar Millimeter 'Nicht-50-Ohm' machen 
es auch nicht mehr. So ein Antennenkonzept ist eher unglücklich, da gibt 
es erfolgversprechendere, Risiko-armere Möglichkeiten. Aber das kommt 
auf die Produkt-Vorgaben an. PCB-Antennen sind für Low-Cost, bei 
entsprechenden Stückzahlen und Know-How. Design-Risiko und Aufwand sind 
eben ziemlich hoch.

Mein Rat: Ohne entsprechende Erfahrung, jetzt oder später etwas an dem 
HF-Design optimieren zu wollen, ist eine Illusion. Was spricht z.B. 
gegen die auch bei Roving erwähnte Chip-Antenne?

Soll das eine kommerzielle Lösung werden?

[Philip P. (nerb)]

Danke für die Antworten soweit.

Gut, dass das mit den 50 Ohm nicht viel ausmacht. Wie gesagt, bei so 
kleinen Abmessungen ist es schwer, die erforderliche Leiterbahnbreite 
hinzubekommen.

Zur Antenne:
Ich könnte noch eine Chip-Antenne verwenden, aber die muss ich ja auch 
an die Platinendicke anpassen, deshalb habe ich mich damals für eine PCB 
Antenne entschieden. Ich könnte mir vorstellen, dass die die 
Keramikantenne nicht so empfindlich wie die PCB Antenne ist, was die 
Auswirkung der Platinenbeschaffenheit angeht (also Abweichungen in der 
Dicke, usw.).
Im Datenblatt des RN171 
(http://www.rovingnetworks.com/resources/download/12/RN_171) wird die 
Keramik Chip-Antenne 2450AT42A100 von Johanson erwähnt, leider finde ich 
die passende nicht, nur ähnliche:

- AT43A 
http://de.farnell.com/johanson-technology/2450at43a100e/antenne-keramik-2-45ghz/dp/1885498

- AT18A 
http://de.farnell.com/johanson-technology/2450at18b100e/antenne-keramik-2-45ghz/dp/1885497

Welche passt besser und wie passe ich die dann am besten an? Es gibt 
diese Antenne als 3W Version und als 500mW, welche nehme ich am besten?

Das Projekt ist nicht kommerziell, sondern entstand im Rahmen einer 
Studienarbeit für TU München. Das ganze wird noch etwas ausgebaut und 
soll dann veröffentlicht werden (openSource).

Grüße,
Philip

[Philip P. (nerb)]

akzeptabel = Empfang ist ohne Anpassung schon so gut, dass man Wlan in 
fast jeder Hausecke bekommt.

Eins habe ich noch vergessen:
In den Datenblättern der oben erwähnten Chip Antennen ist immer ein 
Layout Beispiel mit Anpassungsnetzwerk gegeben, nur auf welche 
Platinendicke beziehen die sich? Ich schätze mal auf 0,8mm, dann könnte 
ich das nicht ohne weiteres übernehmen, wenn ich 1,6mm FR4 benutze..

Grüße,
Philip

[Abdul K. (ehydra)]

Unter der Antenne ist kein Kupfer! Daher ist die Dicke der Platine 
zweitrangig. Und laut dem Datenblatt sollst du eben eine 50 Ohm Leitung 
basteln. Die Breite richtet sich demnach nach der Dicke der Platine.

Andererseits kann man die Hersteller auch einfach mal fragen oder in 
deren AppNotes schauen.

Und wenn du nicht einmal weißt, wieviel Leistung dein Chip raushaut, na 
dann gute Nacht. Das heißt dann also im Klartext illegales Senden??

[Philip P. (nerb)]

Ich bin kein HF-Techniker, sonst würde ich hier nicht nachfragen. Also 
nicht gleich wütend werden, wenn ich vllt einfache Zusammenhänge nicht 
sofort erkenne ;)

Also nochmal zusammengefasst:
In dem Datenblatt des Rn171 steht, wenn die Microstrip unter 10mm 
bleibt, ist die Impedanzanpassung zu vernachlässigen.
Laut Datenblatt der Chip Antennen liegt die Resonanzfrequenz etwas über 
der angegebenen Frequenz (etwa 2,7GHz), also ist eine Anpassung 
erforderlich. Ich nehme nun das Anpassungsnetzwerk aus dem Datenblatt, 
welches allerdings für eine 0,82mm dicke FR4 Platine gemacht wurde, also 
wird das Ergebnis als solches nicht optimal sein. Wie groß wird die 
Frequenzverschiebung durch die doppelt so dicke PCB in etwa sein?

Das WLAN Modul hat max 12dBm Ausgangsleistung, also ca 15mW. Wie groß 
die Spitzenpulse folglich sind, kann ich nicht genau sagen, aber ich 
schätze, dass auch die kleinere Antenne mit 500mW (ist das die max. 
Spitzenleistung oder auch mittlere Leistung?) vollkommen ausreicht. Da 
die 500mW und 3W Versionen preislich gleich sind, kann ich doch fragen, 
ob mir eine größere Belastbarkeit Vorteile bringen kann.

Grüße

[Abdul K. (ehydra)]

Deine 0,82mm habe ich beim Querlesen nicht gesehen. Und ich bin nicht 
wütend - das würde ganz anders aussehen ;-)

Bei Sendemodulen ist immer die Spitzenleistung angegeben. Eine Antenne 
für mehr Belastbarkeit bringt dir erstmal nichts, aber sie könnte auch 
physikalisch größer sein und dann ist ihr Wirkungsgrad besser. Also 
könnte sie sich lohnen, wenn du in der Endstufe leistungsbegrenzt bist. 
Auch der Empfang würde dann empfindlicher werden.

Wie weit sich die Antenne elektrisch verändert wenn du die Mechanik 
veränderst, ist schwer abzuschätzen. Du wirst messen müssen. Manche 
Module haben auch einen Antennentuner drinnen.

Ein Stück langer Draht läßt sich als Amateuer viel besser in den Griff 
kriegen.