[S] Layoutvorlage für 433MHz-Print-Antenne

[Christoph (Gast)]

Hallo zusammen,

ich suche eine Vorlage für eine Print-(PCB-)Antenne für 433MHz. Ich 
würde gerne auf eine Chip-Antenne verzichten, da auf der Leiterplatte 
noch relativ viel freier Platz ist, wo eine Antenne als Leiterbahnzug 
hin kann. Bei den meisten Chip-Herstellern habe ich nur App-Notes finden 
können für 2,4GHz, vereinzelt auch mal 868MHz.

Viele Grüße

Chris

[Marcel B. (mabu1)]

Was sind denn deine Anforderungen an die Antenne? Hast du dir mal 
angeschaut, wie viel Platz sowas bei 2,4 GHz und bei 868 MHz jeweils 
einnimmt und was da so ne geschätzte Skalierung ist?

Ich glaube dein vieler Platz wird dann vielleicht doch nicht reichen.

[Chris K. (Gast)]

Für 433 MHz kannst du einfach eine Loop machen. Die Loop dann mit 
Serien- und Fußpunktkondensatoren per Netzwerkanalysator abstimmen. 
Fertig.

[Volker M. (Gast)]

Wie Marcel beschreibt ist bei 433MHz "viel" freier Platz auf dem PCB 
sehr relativ, deshalb die Frage: wieviel Platz hast du?

Bei den kurzen Antennen, die man auf dem PCB unterbringen kann, wird oft 
auch das Größe des PCB selbst eine Rolle spielen, weil die PCB-Masse als 
Gegengewicht (Masse) zur Antenne (Monopol) wirkt und diese Masse 
ebenfalls klein ist bezogen auf die Wellenlänge => beides beeinflusst 
die Antennenresonanz. Man wird also die Antennenresonanz in jedem Fall 
prüfen und nachtrimmen müsssen.

Aber wenn du uns Abmessungen nennst kann ich mal etwas rechnen.

Viele Grüße
Volker

[Fehlanzeige (Gast)]

Einfach 17.5 cm Cu als Mäander.

[Volker M. (Gast)]

Fehlanzeige schrieb:
> Einfach 17.5 cm Cu als Mäander.

Manchmal sind die einfachen Lösungen zu einfach.

Die lambda/4 einfach als Mäander layouten führt dazu, daß die 
Antennenresonanz deutlich zu hoch liegt. Man muß das schon etwas 
präziser dimensionieren, wenn die Antenne auch funktionieren soll.

Hier ein Berechnungsbeispiel, wo die 17.5cm als Mäander mit 20 Segmenten 
realisiert ist, die Resonanz landet dann bei 780 MHz (nicht 432 MHz).

Ich hoffe die Bilder sind sichtbar.

[Antennenator (Gast)]

Volker M. schrieb:
> Bei den kurzen Antennen, die man auf dem PCB unterbringen kann, wird oft
> auch das Größe des PCB selbst eine Rolle spielen, weil die PCB-Masse als
> Gegengewicht (Masse) zur Antenne (Monopol) wirkt und diese Masse
> ebenfalls klein ist bezogen auf die Wellenlänge => beides beeinflusst
> die Antennenresonanz. Man wird also die Antennenresonanz in jedem Fall
> prüfen und nachtrimmen müsssen.

Volker M. schrieb:
> Manchmal sind die einfachen Lösungen zu einfach.

Ja, ich  vermisse die vielbesagte "Masse", die macht nämlich
"massig" was aus. Man braucht nur mal (siehe "Handeffekt") mit
der Hand ein paar Zentimeter an die Antenne hin- oder weggehen.
Wer die Resonanzveränderung dabei live am Netzwerkanalysator
beobachet hat verliert den Glauben an irgendeine Abstimmung
auf Resonanz. Gleicher Effekt wenn man eine Metallfläche als
Gegengewicht benutzt.

[Christoph (Gast)]

An freier Fläche stehen etwa 54x56mm²zur Verfügung. Da muss zwar auch 
der Empfangschip drauf, aber der ist mit 10x10mm² inkl. Hühnerfutter 
fast schon vernachlässigbar.

[Christoph (Gast)]

Optimal als Fläche wären 54x44mm² - die Angabe einen Beitrag höher wäre 
die maximale Fläche.

[Georg M. (g_m)]

> PCB-Antenne für 433MHz

[Anal Ysator (Gast)]

Ahhh ... ja ...

.... auf dem Board erkennt man auch gleich das
frequenzbestimmende Bauteil.

[Volker M. (Gast)]

Christoph schrieb:
> Optimal als Fläche wären 54x44mm² - die Angabe einen Beitrag höher
> wäre die maximale Fläche.

Ok, ich habe mit deiner Flächenangabe mal eine Loop ähnlich der 
gezeigten Fernbedienung berechnet, mit 1pF Trimmer am Ende gegen Masse.

So ein Antennendesign ist aber ziemlich empfindlich gegen Toleranzen, 
zur Verdeutlichung habe ich einmal die Anpassung bei nominellen 
Bauteilen und dann die Streuung bei 5% Toleranz von C1,C2 und 0.02pF 
Toleranz von C3 dargestellt. Kritisch ist hier vor allem C3. Den Trimmer 
braucht man also.

Durch Fehlanpassung hat man - ohne Toleranzen - über den Frequenzbereich 
431-435 MHz Anpassungverluste von 1.5dB
Dazu kommen aber die Verluste in der Antenne selbst (Leiterverluste und 
Verluste im FR4). Der berechnete Wirkungsgrad der Antennenstruktur ist 
30% bei 433 MHz, der Rest sind Verluste in der Antenne.

Wenn du noch was brauchst melde dich. Ich schreibe das Antennendesign 
nachher nochmal als Blogpost zusammen und verlinke es hier.

Viel Erfolg!
Volker

PS: Für den Abgleich kann man einen Netzwerkanalysator verwenden, 
inzwischen gibt's für sehr wenig Geld den NanoVNA aus China. Der ist 
verblüffend gut, gemessen am Preis.

[Christoph (Gast)]

Danke für die Skizze und die Erklärungen. Ich werde mal eine passende 
Leiterplatte beim nächsten Muster-Nutzen mit drauf setzen, eventuell 
auch mal als Vergleich eine Variante mit SMD-Chip-Antenne. Das ist ja 
alles recht schnell im CAD gezeichnet.

[Volker M. (Gast)]

Christoph schrieb:
> eventuell
> auch mal als Vergleich eine Variante mit SMD-Chip-Antenne. Das ist ja
> alles recht schnell im CAD gezeichnet.

Denk dran, daß auch die Chip-Antennen vor allem von der passend 
dimensionierten Massefläche leben ... ohne diese bricht die Performance 
ein.

Zum Thema Einfluß der Masse hatte ich hier mal was veröffentlicht 
(Artikel in hf-praxis 5/2019 "Optimierung von PCB-Antennen für reale 
Umgebungen")

http://antennensimulation.de/optimierung-pcb-antennen

[Volker M. (Gast)]

Volker M. schrieb:
> Ich schreibe das Antennendesign
> nachher nochmal als Blogpost zusammen und verlinke es hier.

So, wie versproche ein Blogpost mit etwas ausführlicheren Erklärungen.

Ich habe ergänzend auch noch ein modifiziertes Layout mit größerer 
Massefläche untersucht, Performance ist ähnlich, der Wert des Trimmers 
dann ca. 1pF

Blogpost: http://antennensimulation.de/loop-433

Hier gibt es auch noch einen Artikel zur Anpassung einer 433 MHZ Loop 
auf PCB, aber das PCB ist dort größer:
"433 MHz Trimmed Antenna Tutorial"
https://www.optenni.com/technical-resources/tutorials