Antennen und Bodenebenen

Ich suche in diesem Datenblatt nach der Antenne ANT-433-HETH . In der Box mit der Bezeichnung "Vorgeschlagenes Platinenlayout" sehe ich ein Maß mit der Bezeichnung "Mindestabstand zur Bodenebene" von 0,5 Zoll.

Ich habe immer gedacht, Sie sollten Ihren Antennen-Einspeisepunkt grundsätzlich direkt über (oder eingebettet in ein Durchgangsloch) einer Erdungsebene haben ... irre ich mich ernsthaft?

Ist es eine gängige Praxis, dass Ihr Antenneneinspeisungspunkt (mindestens) um einen gewissen Betrag von Ihrer Erdungsebene getrennt ist?

Die Idee eines Mindestabstands zur Bodenebene wirft auch die Frage auf, was ein "angemessener" Abstand ist, denn wenn die Bodenebene weit genug entfernt ist, worum geht es dann?

Es gibt viele, viele verschiedene Designs für Antennen, und einige Designs sind ziemlich ungewöhnlich. Antennen verwenden normalerweise eine Grundplatte, dies ist jedoch keine strenge Anforderung. Eine Rahmenantenne und ein Dipol sind zwei Beispiele, für die keine Erdungsebene erforderlich ist.

Die Grundvoraussetzungen für eine Antenne sind:

1. eine gute Übereinstimmung mit der Schaltung, die sie antreibt (und bei der Betriebsfrequenz fast immer resonant ist), so dass die Antenne mit der größtmöglichen Leistung betrieben werden kann, und

2. Strom fließt entlang seiner Länge, so dass die resultierenden Felder diese Energie in den Raum abstrahlen. (Empfangsantennen sind genau dieser Vorgang in umgekehrter Reihenfolge).

Punkt (2) erklärt, warum man einen kleinen Tankkreis nicht einfach auf eine Platine kleben kann und erwartet, dass er effizient strahlt.

Punkt (1) fällt im Allgemeinen unter das Thema "Abstimmung", wo Sie die Antenne in Resonanz bringen oder wo immer sie abgestimmt werden soll. Eine Dipolantenne ist effektiv eine resonante Drahtlänge, die in der Mitte unterbrochen ist, damit der Speisepunkt eingeführt werden kann. Eine "Groundplane" -Antenne entfernt den halben Dipol und ersetzt diesen durch die Groundplane. Die Induktivität des Strahlungselements wirkt mit der Kapazität zwischen ihm und der Masseebene zusammen, um den Resonanzkreis zu bilden, der der Antenne eine ordnungsgemäße Abstimmung verleiht. Bei dieser Verwendung kann die Grundebene als "Gegengewicht" bezeichnet werden.

Eine Wendelantenne wickelt den Strahler etwas auf, um die Induktivität zu erhöhen und die Länge zu verkürzen. Das Kürzen der Antenne beeinträchtigt, wie bereits erwähnt, die Leistung.

Bisher steht ein gewickelter Kühler über einer Grundplatte. Aber sie haben eine Surface-Mount-Version, die parallel zur Platine liegt. Ich kann dem Datenblatt nicht entnehmen, ob beide Enden verbunden sind, aber ich muss vermuten, dass ein Ende noch offen ist ... es ist nur verlötet, um es an Ort und Stelle zu halten. Wenn Sie diese Anordnung zu nahe an die Masseebene bringen, wird die Kapazität des Schaltkreises erhöht und eine niedrigere Frequenz eingestellt. Ein Teil der Energie wird auch an den Boden gekoppelt und geht verloren oder stört zumindest das beabsichtigte Strahlungsmuster.

"Ich habe immer gedacht, Sie sollten Ihren Antennen-Einspeisepunkt grundsätzlich direkt über (oder eingebettet in ein Durchgangsloch) einer Erdungsebene haben."

Dies gilt nur für einige Antennen.

Am allgemeinsten : Versuchen Sie, die Antenne so weit wie möglich von elektrisch leitenden Materialien, insbesondere von Metalloberflächen, entfernt zu halten.

Ausnahme: Mit jeder Antenne wird eine spezifische Feldkonfiguration geliefert (E-Feld & H-Feld). Metalloberflächen sind fein, solange sie genau senkrecht zum E-Feld stehen. Das Problem bei leitenden Oberflächen ist, dass sie das E-Feld kurzschließen (auf 0 setzen). Solange das E-Feld genau senkrecht auf die Oberfläche trifft, ist die Oberfläche in Bezug auf das E-Feld äquipotential und die Feldkonfiguration bleibt ungestört.

Die Ausnahme tritt am häufigsten auf, wenn Ihre Antenne eine symmetrische Eigenschaft aufweist. Ein kompletter Di-Pol hat zB zwei Achsen, Einspeisepunkt in der Mitte. In der Ebene senkrecht zum Di-Pol, direkt am Einspeisepunkt, ist das E-Feld zufällig senkrecht zur Ebene. Sie können also eine Achse des Di-Pols durch eine "Masseebene" ersetzen, dh genau dort, wo der Mono-Pol auf die Masseebene trifft. Dies gilt auch für einige andere häufig verwendete Antennen.

Andererseits können Sie den Effekt als Teil des Antennendesigns verwenden, um das E-Feld in eine bestimmte Konfiguration zu zwingen. Dies geschieht zB bei einigen Richtantennen.

Nahfeld vs. Fernfeld : Das Feld einer Antenne kann in Nahfeld und Fernfeld unterteilt werden. Feldstörungen im Nahfeld sind in Bezug auf die beabsichtigte Antennenleistung im Allgemeinen katastrophal, Feldstörungen im Fernfeld wirken sich nur auf die Leistung in Richtung der Störung aus. Es ist nicht offensichtlich, wo das Nahfeld endet und wo das Fernfeld beginnt: Einige Antennen sind empfindlicher als andere. Als Faustregel gilt: Alles was 3-5 Lambdas entfernt ist, ist definitiv Fernfeld. Alles, was näher kommt, kann die Antenneneigenschaften stören oder nicht, indem die Mittenfrequenz, die Richtwirkung, die Anpassung usw. geändert werden.

Die konkrete Antenne, auf die Sie sich beziehen, hat eine schraubenförmige Form. Diese Arbeit über Wendelantennen beschreibt Wendelantennen anhand zweier Modelle:

1. gefalteter Di-Pol (Umfang << Wellenlänge): Verhält sich ungefähr wie ein Di-Pol
2. axial strahlende Wendelantenne (Umfang ≈ Wellenlänge)

Nach dem Strahlungsdiagramm befindet sich die betreffende Antenne irgendwo zwischen diesen beiden Extremen, zumindest wenn sie senkrecht zur Grundebene montiert ist. In diesem Fall ist das E-Feld senkrecht zur Grundebene. Der Einspeisepunkt sollte genau auf der Grundebene liegen und die Grundebene sollte sich optimalerweise einige Zentimeter in alle Richtungen um den Einspeisepunkt herum erstrecken.

Wenn die Antenne parallel zur Masseebene montiert ist, wird das E-Feld kurzgeschlossen. Die Grundebene wird die Nahfeldkonfiguration grundlegend ändern, und Sie müssen sie daher als Teil der Antennenkonfiguration betrachten. Tatsächlich betrachten Sie jetzt eine völlig andere Antenne, weshalb die Theorie in der verknüpften These nicht mehr gilt. Ich wette, die Antenne induziert auch einen angemessenen HF-Pegel in der Grundebene (normalerweise als problematisch angesehen). Wie Sie aus dem Strahlungsdiagramm ersehen können, ist die neue Antenne auch sehr gerichtet und strahlt praktisch nicht in Richtung der Grundebene.

Ich habe keine Ahnung, warum es vorteilhaft ist, einen minimalen Abstand zwischen Antenne und Grundplatte einzuhalten. Vielleicht, um Verluste in der Grundebene zu enthalten, aber könnte genauso gut auf Matching oder Tuning oder Richtwirkung zurückzuführen sein oder alles zusammen.

Zitat aus Seite 10 der Veröffentlichung "Verbesserte Leistung einer Radio Frequency Identification Tag-Antenne auf einem Metallboden" :

Wenn der Metall-Antennen-Abstand viel kleiner als ein Viertel einer Wellenlänge ist, beginnen die Antenneneigenschaften zu leiden, weil die reflektierte Welle eine Phasenverschiebung von annähernd 180 Grad aufweist und eine Phasenverschiebung von 180 Grad eine zerstörerische Gesamtstörung des kommenden Signals verursacht direkt von der Antenne.

Nicht die gleiche Antennenform (oder?), Aber hoffentlich noch nützliche Informationen.

Ebenfalls potenziell nützlich: "Die Auswirkungen eines Metallbodens auf RFID-Tag-Antennen" .

Ich bin auch kein RF-Experte, möchte aber meine Erfahrungen als Antwort posten, da das Kommentarfeld zu voll zu sein scheint.

Und ja, das ist wirklich komisch! Bei allen Antennen, mit denen ich gearbeitet habe, befand sich der Antenneneinspeisungspunkt immer über einer Grundebene, die HF-Spur zur Antenne erfüllt einen bestimmten maximalen Abstand und eine bestimmte Dicke Die Antenne befindet sich am Rand ohne Grundplatte.

In vielen Dokumenten wird empfohlen, die Impedanz an die Frequenz anzupassen. Aus meiner Erfahrung heraus kann ich jedoch einen Balun ohne zusätzliche Tuning-Komponenten verwenden, und alles funktioniert gut.

Mir ist aufgefallen, dass Sie von 433 MHz sprechen. Der größte Teil meiner Erfahrung liegt bei 2,4 GHz.

Es ist möglich, dass Ihr Speisepunkt bei Sub-Giga-Frequenzen nicht unbedingt über einer Grundebene liegen muss, solange Ihre Spule die Frequenz kompensiert.

Dieses Dokument von TI , auch diesen und auch diese könnten Ihnen helfen, weiter zu verstehen , wie Sie mit Ihrem Engineering beschäftigen. Es bezieht sich auf die häufig verwendeten Frequenzen und darauf, wie HF-Probleme behoben werden können.

Ich kann keine definitive Antwort geben - da die RF-Welt sehr kompliziert und empfindlich ist. Ich hoffe, dies kann Ihnen helfen, Ihre Antwort zu finden.

Wenn Sie sich das Diagramm ansehen, sehen Sie ein Oberflächenmontage-Layout - die Pads haben den gleichen Abstand wie die Länge der Spule - und ich denke, dass der 0,5-Zoll- "Abstand von der Grundebene" genug Platz ist, um den 0,35-Zoll-Abstand aufzunehmen Spule mit Durchmesser - Ich denke, die Idee ist, zu vermeiden, dass die gesamte Antenne im Bruchteil eines Millimeters flach auf einer Kupfermasse liegt - sie versuchen, die parasitären kapazitiven Effekte zu vermeiden, die möglicherweise auftreten können