(PCB)-Antenne für den Atmega128RFA1

[Johannes O. (jojo_2)]

Hi,

gibt es irgendwo eine gut verständliche AN zum Atmega128RFA1, speziell 
zum Antennenteil?

Die AN auf der Atmelseite scheint nur eine Beschreibung für eine externe 
Antenne zu enthalten (bzw. den Antennenanschluss).

Nach ein wenig googeln hab ich folgendes gefunden, soweit ich weiß war 
da Jörg Wunsch auch beteiligt?
http://uracoli.nongnu.org/clt2012/
Dort wurde eine simple PCB-Antenne verwendet. Wie siehts denn da mit 
Reichweite und Abmessungen aus?

Bei TI habe ich noch eine andere AN für 2.4GHz PCB-Antennen gefunden:
http://www.ti.com/lit/an/swra117d/swra117d.pdf
Sieht soweit ganz interessant aus.
Wenn ich das aber richtig verstehe, dann benötige ich noch einen Balun 
für 2.4GHz um vom Ausgang des Atmega an die Antenne zu kommen?


Habt ihr irgendwelche Tipps für mich oder evtl. sogar ein Antennenlayout 
für den Atmega?
Bin auch gerne bereit mir etwas tiefergehende Sachen anzusehen und mich 
einzulesen! :-) Nur weiß ich nicht so recht wo ich da genau anfangen 
soll.

Danke schonmal! :-)

[A. W. (uracolix)]

Johannes O. schrieb:
>Die AN auf der Atmelseite scheint nur eine Beschreibung für eine externe
>Antenne zu enthalten (bzw. den Antennenanschluss).

Du hast recht, wenn man nach "PCB Atmel Antenne" googelt kommt man 
zunaechst
auf die AN2005, aber schau mal in die AN2006: "Design and 
characterization
of the Radio Controller Board's 2.4GHz PCB Antenna". Joerg hat diese 
Antenne
auf dem tiny230 Board verbaut und natuerlich genauestens untersucht:
http://www.sax.de/~joerg/tiny230/. Sie funktioniert auch fuer den RFA1.

>Nach ein wenig googeln hab ich folgendes gefunden, soweit ich weiß war
>da Jörg Wunsch auch beteiligt? http://uracoli.nongnu.org/clt2012/
Ja, Joerg hat die Antenne entworfen, sie ist aber nicht offiziell
zugelassen und wir haben im Workshop die Teilnehmer angehalten mit
reduzierter Sendeleistung zu fahren. Der Ansatz bei diesem Design war
es mit einer minimalen Bauteileanzahl auszukommmen, dem fiel auch der
Balun zum Opfer. Wenn man das Board in der Hand haelt, dann treten
Verstimmungen auf, deshalb auch die reduzierte Sendeleistung.

[Jörg W. (dl8dtl) (Moderator)]

Johannes O. schrieb:

> gibt es irgendwo eine gut verständliche AN zum Atmega128RFA1, speziell
> zum Antennenteil?

Antennenbau ist eine Kunst, da haben Leute wir Karl Rothammel (DM2ABK)
ganze Bücher drüber geschrieben. ;-)  Du solltest also nicht erwarten,
dass man das alles in einer Appnote durchkauen kann.

> http://uracoli.nongnu.org/clt2012/
> Dort wurde eine simple PCB-Antenne verwendet. Wie siehts denn da mit
> Reichweite und Abmessungen aus?

Reichweite habe ich (noch) nicht getestet, weil das kein Entwurfs-
kriterium für dieses einfache Spiel war.  Entwurfskriterium hier war
"KISS" (keep it simple, stupid), und so wurde beispielsweise das
Ausgangsfilter weggelassen, einhergehend mit dem dringenden Ratschlag,
zwecks sicherer Einhaltung der unerwünschten Aussendungen gemäß EN
300328 / 300440 mit maximal -5 dBm Sendeleistung zu arbeiten.

Da wir aus Kostengründen die PCBs sehr frühzeitig in Auftrag geben
mussten, konnte ich die Antenne selbst vorher nicht mehr optimieren.
Es hat sich nachträglich gezeigt, dass sie mit auf 40 mm Gesamtlänge
gekürzten Schenkeln optimal arbeitet (um die 10 dB besser als in der
Ursprungsversion!).

> Bei TI habe ich noch eine andere AN für 2.4GHz PCB-Antennen gefunden:
> http://www.ti.com/lit/an/swra117d/swra117d.pdf

Ich habe schon schlimmere Antennen gesehen. ;-)  Kürzlich kam jemand
mit einer von Microchip publizierten Mäanderantenne an, bei der man
überhaupt nicht mehr erkennen konnte, welcher Teil da eigentlich
strahlen soll ...  Bei der Antenne von TI kann man das zumindest noch
einigermaßen erkennen.  Aber es ist natürlich trotzdem eine verkürzte
Antenne, und damit in jedem Falle schlechter als eine mit voller
Länge.  Meist sind bei verkürzten Antennen die sogenannten Keramik-
oder Chip-Antennen die bessere Wahl, weil sie weniger empfindlich auf
Umgebungseinflüsse ("Handempfindlichkeit") reagieren als ihre mit
Drähten oder Leiterzügen aufgebauten Kollegen.

> Wenn ich das aber richtig verstehe, dann benötige ich noch einen Balun
> für 2.4GHz um vom Ausgang des Atmega an die Antenne zu kommen?

Wenn du eine unsymmetrische Antenne (wie die F-Antenne von TI)
benutzen willst, ja.  Wenn du eine symmetrische Antenne (klassischer
Dipol wie im Tic-Tac-Toe-Board oder verbesserter Dipol gemäß der
Appnote AVR2006, die Axel dir genannt hat) nehmen willst, brauchst du
keinen Balun.  Aber wie ich oben schon schrieb, solltest du dann in
jedem der beiden HF-Zweige (RFN und RFP) einen Tiefpass (Pi-Glied)
einfügen, um genügend Reserve für die von den Richtlinien geforderten
unerwünschten Aussendungen (insbesondere Harmonische) zu haben.

(Vorteil der beim ATmega128RFA1 genannten Balune ist, dass sie das
Filter bereits beinhalten.  Aber man muss sich sehr sauber an die
Layoutempfehlungen der Balunhersteller halten.)

> Habt ihr irgendwelche Tipps für mich oder evtl. sogar ein Antennenlayout
> für den Atmega?

Die Appnote AVR2006, die Axel dir genannt hat, ist aus allen Messungen,
die ich bislang gemacht habe, als der klare Sieger hervorgegangen.
Sie schlägt selbst längere "Spargel-Antennen" problemlos.  Die in der
Appnote genannten 6,5 dBi Gewinn in der Hauptstrahlrichtung scheinen
real (wenn ich sie beispielsweise mit dem Dipol und seinen bekannte
2,15 dBi vergleiche).

Wenn du "richtig" Antennengewinn haben willst, dann muss man schon
einiges Material ins Geschehen werfen.  Ich hatte mal einen
quick&dirty-Prototypen gezimmert vor einiger Zeit:

Beitrag "Re: Billig-WLAN-Yagi Beschiss?"

Das demonstriert zumindest, wieviel man dann für "ein paar dB mehr"
drauflegen darf und wie gut (im Vergleich zum Aufwand) die AVR2006-
Antenne wirklich ist.  Sie erreicht ihren guten Gewinn offenbar, indem
sie zusätzlich zur X-Richtung noch die Y-Richtung ausnutzt und dabei
eine gute vom Feld durchsetzte Fläche aufbringt.

Grundsätze:

. Antennengewinn geht nur über Richtwirkung, eine kugelförmig
  abstrahlende Antenne kann (höchstens) 0 dBi "Gewinn" haben.

. Antennenverluste kann man natürlich auch einfahren, ohne dass es
  deshalb zwingend eine gleichmäßig rundstrahlende Antenne ist. ;-)
  Ein 50-Ω-Widerstand hat eine ideale Anpassung, aber er strahlt eben
  rein gar nichts ab.

. Ein Dipol ist lambda/2 in einer Richtung, ein Monopol ist lambda/4,
  aber er benötigt eine Erdfläche ("ground plane") von mindestens
  lambda/2 durchmesser unter sich.  Beide haben nominell 2,15 dBi
  Gewinn.  Alle Strukturen, die nennenswert kleiner als diese
  Abmessungen sind, haben (rein physikalisch bedingt) weniger
  Antennengewinn.