Silicon Labs WF200/Microchip ATWINC1500 - Värt att testa?

PIC, AVR, Arduino, Raspberry Pi, Basic Stamp, PLC mm.
Användarvisningsbild
AndLi
Inlägg: 17048
Blev medlem: 11 februari 2004, 18:17:59
Ort: Knivsta
Kontakt:

Re: Silicon Labs WF200/Microchip ATWINC1500 - Värt att testa?

Inlägg av AndLi »

Det är avancerat att lyckas kopiera något och lyckas vara först på marknaden och bli störst 😀
DanielM
Inlägg: 2166
Blev medlem: 5 september 2019, 14:19:58

Re: Silicon Labs WF200/Microchip ATWINC1500 - Värt att testa?

Inlägg av DanielM »

Jag har börjat skissa på WF200. Lägger upp lite bilder snart. Har några frågor kring antenn och överföringsfunktioner :)
DanielM
Inlägg: 2166
Blev medlem: 5 september 2019, 14:19:58

Re: Silicon Labs WF200/Microchip ATWINC1500 - Värt att testa?

Inlägg av DanielM »

Här är några frågor. Det rör sig om konstruktion av lågpassfilter och bandpassfilter. Det är inte frågan hur man räknar på det, utan snarare vad man ska välja för resistorer och linjer.

Vi kan börja med denna. Detta är från designmanualen av WF200. Jag har bara följt punkt och pricka dess rekommendationer. Inte avvikit en millimeter.
Skärmbild 2023-02-21 233220.png

Men jag har några frågor.

Kristallen - Grön

Fråga 1:
Enligt designmanualen så skriver den
Connect the crystal case to the ground using many vias to avoid radiation of the ungrounded parts. Do not leave any metal unconnected and floating that may become an unwanted radiator. Avoid leading supply traces close or beneath the crystal or parallel with a crystal signal or clock trace
Tittar vi på det som är grönt inringat så är det typ en "resistor" med tre paddar. Men pinnen som heter RESERVE_2 skall vara icke ansluten.
Skärmbild 2023-02-21 234047.png
RESERVE_2 Reserved. This pin should be left unconnected.
Varför är den då ansluten till en padd?

Fråga 2:

Vad skall jag ha för resistor som går mellan kristallens (38.4 MHz) skal till GND? Som ni ser i den gröna ringen och på denna bild så har jag lagt till en resistor. Det vore konstigt om det ska vara en kondensator där. Men varför det ens ska vara en resistor där, har jag ingen förståelse för.
Skärmbild 2023-02-21 232635.png
Jag kan dessutom se att det ska vara en resistor.
Skärmbild 2023-02-21 234435.png
Lågpassfilter - Gul
Enligt designmanualen så skall (se pinnarna på WF200 - Ovan)
VDD_RF supplies the RF transceiver part. WF200 performance requires that the voltage be properly filtered.
Fråga 3:
Så detta betyder att jag ska filtrera med ett lågpassfilter. Alltså kondensator och resistor. Kondensatorerna är dock redan förvalda och dess placering är väl dokumenterad i rekommendationerna. Men inte resistorn. Så vad kan det vara för val utav resistor här?

Min teori är att om jag vet den typiska strömmen är som WF200 vill dra, det är 25 mA. Då borde jag väll kunna räkna på resistansen då jag kan väll hävda att det ska vara 3.3V spänningsfall över resistorn då jag ska mata VDD_RF med 3.3V. Men med tanke på att den drar ström, så lär det vara lägre spänning där.

3.3V / 0.0025A = 1320 Ohm

Kan detta vara ett bra val utav resistor för att filtrera propert?

Lågpassfilter - Röd
Fråga 4:
Detta är till för LP_CLK pinnen som är för en 32.768 kHz oscillator som driver Low Power klockan. Men även denna ska filtreras. Före och efter.
Här kan vi se att oscillatorn har en kondensator före och en resistor efter. LP_CLK pinnen har också en kondensator kopplat till GND. Alltså filter.
Finns det några bra förslag och metoder hur man väljer R och C i detta fall?

Bandpassfilter - Lila/Brun
Fråga 5:
Detta är något helt nytt för mig. Jag kan dock modellera överföringsfunktioner och analysera dessa, men nu är det att dimensionera en viss typ av resistans på 50 Ohm som får kallas för antenn (brun). Där har jag svårt att avgöra. Den inringade delen är ett bandpassfilter efter rekommendation.


Denna bild visar PCB-antennen.
Skärmbild 2023-02-22 000218.png
Silicon Labs development kit utilizes a printed inverted-F antenna to provide a 50 Ω in/output. An inverted-F antenna can inherently be
matched to 50 Ω without using any external tuning component. However, board size, plastic enclosures, metal shielding, and components in close proximity to the antenna can affect antenna performance. For best performance, the antenna might require tuning that
can be realized in two ways:
• Dimensional changes in the antenna layout structure, or
• Application of external tuning component
Som ni ser så försöker jag kopiera WF200 så bra som det går. :)
Skärmbild 2023-02-21 232437.png
Denna bild visar rekommendation för den externa antennen.
Skärmbild 2023-02-22 000218.png
The figure below shows the recommended RF matching structure that contains of the 50 Ω matching of the WF200 device together with
the separate antenna matching components. When both matching networks are located next to each other, the capacitors, C2 and C3,
can be combined into one, and, thus, the network can be simplified down to five elements. C1, L1, and C2 should be located close to
the WF200 RF output port. C3, L2, and C4 should be located close to the antenna input port.
Åter igen. Det visas inte vilka värden jag ska ha. Dock så ser jag att den denna bild ovan har samma antennkonfiguration som den interna PCB-antennen har, men den externa antennen har några komponenter till som ej har några värden.

Så den stora frågan här är: Hur designar jag en proper antenn?.
För den externa antennen så finns det redan färdiga anslutningar och antenner att köpa, så det är inte så mycket konstruktion där.
https://en.wikipedia.org/wiki/Hirose_U.FL

Men för PCB-antennen så blir det svårare.
Skärmbild 2023-02-22 001608.png
Edit:
Jag hittade ett blad hos Silicon Labs: AN1088 som beskriver hur man konstruerar PCB antennen.

Så fråga 5 är då besvarad.
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
E Kafeman
Inlägg: 3238
Blev medlem: 29 april 2012, 18:06:22

Re: Silicon Labs WF200/Microchip ATWINC1500 - Värt att testa?

Inlägg av E Kafeman »

>men nu är det att dimensionera en viss typ av resistans på 50 Ohm som får kallas för antenn

Nej det är inte resistans, det är impedans. Det finns inga antenner som är rent resistiva, där finns alltid en reaktiv part. Formellt är ofta målet att impedansmatcha antenn samt filter till 50 Ohms impedans, eller det är vad man för enkelhets skull skriver, man skriver inte alltid ut reaktiva delen eftersom den underförstått är j0 Ohm vid enklare fall men vill man vara lite mer tydlig skriver man 50+jX där X är reaktansen, ett imaginärt värde uttryckt i Ohm.
Den komplexa impedansen kan inte beskrivas utan sin imaginära del. Om man önskar konjugatmatcha en impedans så innebär det att man neutraliserar reaktiva delen till 0. Ofta är impedansmålet 50+j0 Ohm men man skippar j0 och anger impedansen till 50 Ohm.

En multimeter kan användas för att mäta resistans och en VNA (Vector Network Analyzer) används för att mäta impedans.

Det finns mängder av varianter på PCB-antenn som har olika för och nackdelar, t.ex. hur dess närfält påverkar, bandbredd, impedansstabilitet...
Antenn-typen du tittat på kallas IFA och är vanlig i dessa sammanhang. Det som är lätt att missa om man inte vet så mycket om antenner är att denna inverterad F-struktur bara är halva antennen.
Strukturen för denna antenntypen har normalt en längd som motsvarar 0.25 våglängder. Minsta resonanta antennen är minst 0.5 våglängder lång.
Halva antennen fattas om man bara ser IFA-antennen, men om det alls ska fungera måste andra halvan finnas.
Den andra halvan speglas i jordplanet. Det innebär att antennens impedans beror inte bara på antennens utformning utan även av hur stabilt och hur långt jordplanet är, sett från antennens mittpunkt.
Den ideala 0.5 våglängder långa antennen, kallas dipol-antenn (di eftersom antenntypen alltid har två poler). En sådan antenn har impedansen 73 + j42.5 Ohms.
Om halva antennen är virtuell och speglas i jordplanet så brukar man kalla resterande synliga antennen för monopol. Mono i betydelsen en enda pol fungerar inte för ficklampsbatterier och inte heller för antenner så uttrycket mono i sammanhanget är mer den bildmässiga beskrivningen av den del av antennen som man ser.

Eftersom monopolen bara är halva antennen så är dess ideala impedans bara hälften, ca 36+j21Ohm. Denna impedansen ska ofta sedan konverteras till 50+j0 Ohm genom ett matchningsnät.
IFA-strukturen är monopoldelen av hela halvvågs-antennen. Den avviker från enklaste monopolen genom att den är vinklad och matas en bit upp på elementet.

Eftersom man oftast kommer långt från idealt till med kretskortets design ur RF-synpunkt så är resulterande impedans-siffrorna alltid något annat. Dessutom så kan IFA-antennen matas på olika platser utefter dess längd som påverkar resulterande impedansen och eftersom man viker ner en del av antenn-elementet att löpa utefter jordplanet påverkar även det resulterande impedansen.

Om man har tillgång till VNA så anpassar man ofta en IFA genom att justera på aktuellt PCB antenn-längd, ledarbredder, matningspunkt mm så att man får en enkel konjugatmatchning. Enkelt är t.ex. om resulterande impedanskurvan i Smith-diagrammet redan är på linjen som skär 50+j0 Ohm.
Ofta vill man redan här ta hänsyn till i vilka miljöer kretskortet ska användas i, vilket påverkar impedansen.
Om man inte vet hur slutlig miljö ser ut i detalj så gör man antagandet att antennens impedans kommer lastas mer än om kretskortet hålls helt fritt i rymden om det bara är kretskortet man har tillgång att mäta på.
Jag brukar t.ex ibland i snarlika situationer designa antennen vid till 50-j40 Ohm i "free space" om jag inte ännu vet hur slutliga närfältet kring antennen kommer se ut.
Det är troligt att reaktansen kommer öka i den verkliga situationen så initialt räcker det med en enda komponent i ditt matchningsnät för att matcha till 50+j0 Ohm, en seriell induktor, L2 i ditt schema. C3 och C4 lämnas tomma tills vidare.
Det är naturligtvis inte troligt att man lyckas träffa exakt med antenn-designen efter dessa siffror. Det blir inte 50-j40 Ohm utan kanske 40-j20 Ohm. Det kan man lämna därhän tills man fått dit alla andra komponenter som påverkar genom sin närvaro och påverkar jordströmmar i PCB.
Man kommer senare att behöva kompensera för detta om man vill få en väl fungerande radio med hög funktionsgrad, låg energi-förbrukning och undvika allt för höga spurioser. För höga spurioser och man fallerar radio-testningen.
Denna efterkompensering, det är nu man vill justera komponentvärden och lägga till nya komponenter för L2, C2 och C3. Det är i detta fallet ett sk PI-nät och ditt nät är lite av skolexempel där man följer upp med ett andra PI-nät mot radion, C1,L1 och C2. Det är aldrig så man gör verkligheten, lägger två PI-nät efter varandra men för att enklare åskådliggöra matchningen kan det tjäna ett syfte.

Inte heller radions impedans är ideala 50+j0 Ohm så den behöver också kompenseras för. Här kan det bli lite rörigt eftersom radion har två impedanser, en när mottagning pågår, då man ser mottagarens in-impedans och en annan impedans när sändaren är aktiv.
Denna impedansen ändrar sej med frekvensen precis som för antennen så här kommer man in på att impedansmatchningen måste väljas diplomatisk för att passa både vid TX och RX och dessutom över hela frekvensområdet, typiskt 2400-2480 MHz.
Om det är en kritiskt batteridriven sak är oftast viktigare med god batteriekonomi än räckvidd och då kanske man enbart optimerar mot TX-impedansen för bästa batteridriftstid.

Då det är ett skolexempel med antagna 50+j0 Ohm mellan C2 och C3 så nej det behövs inte, har ingen praktisk funktion. Man behöver knappast dubbla PI-filter, det blir tårta på tårta.

Antag att TX impedans mäts till 35+j10 Ohm vid 2440 MHz och antennen mäter 55-j30 Ohm vid 2400MHz och 45-j40 Ohm vid 2480 MHz så räcker det normal med tre komponenter för konjugatmatchningen. Man behöver inte alla 6 komponenterna eller mellanledet för att färsöka nå 50+j0 Ohm helt i onödan.

Man få se upp om det i datablad är specat eller om känt på annat vis att radion har problem med spurioser och t.ex. kräver en specifik impedans vid säj 7500 MHz för att inte stråla otillåtet med skräp. Den impedansen får vägas in i PI-filtrets beräkning.
Dessutom så finns andra aspekter på filterfunktionen. Om man t.ex. vill undertrycka att statisk elektricitet letar sej in i radion antenn-vägen, vill man ofta ha en spole till jord. Det är mycket effektivt att till obetydliga förluster ta hand om ett möjligt problem ESD.
Vidare så bör man kolla databladet så att det inte är DC-bias på radions antenn-utgång. Om det är så måste filtret hantera även det. Det är inte alltför ovanligt att det annars blir en puff av blå rök.

Att få en radio att prestera riktigt bra och få till en antenn med hög effektivitet är inte något som man sysslar med för hobbybyggen. Det är först om man vill att produkten ska vara säljbar i seriösa sammanhang och t.ex. FCC.certifierad.
Inte helt ovanligt så nöjer man sej med "good enough", man har inte kompetensen och projekttiden för enklare projekt att suga ut mesta möjliga av radions egenskaper. Varken radio eller antenn blir då kanske riktigt som tänkt men tillräckligt bra för att last-impedansen inte gör radion instabil och matchningen mellan radio och antenn inte medför att man tappar allt för mycket i duglig räckvidd och driftsekonomi.
Detta "good enough" innebär ofta att man följer av radio-tillverkaren tillhandahållna applikations-exempel PCB-design och fysisk storlek samt ritar in en antenn enligt beskriven implementering. Det kommer inte bli exakt men tillräckligt bra.
Sedan överlåter man matchningsjobbet till någon som har en nätverksanalysator och kan räkna matte för matchning av bredbandigt av irreguljär radio-impedans mot en lika irreguljär antenn-impedans samt då även mäter in så spurioserna är tillräckligt låga.
Det är mycket billigare att ta hand om och korrigera sådan brister nu än efter att designen är fryst och radion blivit ivägskickad för uppmätning av FCC.

Om det är en snäll radio och man accepterar att tappa kanske 3-10 dB i räckvidd så kan man helt förlita sej av tillverkaren angivna mått och med angivna förslag på matchningsnätens komponentvärden.
10 dB förlust kan låta mycket men är inte särskilt ovanligt i mindre välgjorda designer. 3dB effektivitetsförlust på radion då den inte blir idealt lastad samt ett par db matchningsförlust, effekt som reflekteras tillbaka eller eldas upp i jordströmmar och en antenn som är under 50% effektiv och man hamnar på dessa siffror.

Två verktyg man bör ha för att kunna göra jobbet lite bättre än att bara försöka halvträffa genom att rita av en radio-tillverkarens exempel-PCB är paper med Smith-diagram samt en nätverksanalysator.
I gymnasie-skolan på tele-linjen lärde man sej kanske att impedansmatcha med ideala komponenter och för en enda frekvens med enkla målvärden typ 50+j0 Ohm. Räckte med ett Smith-diagram en penna och linjal för att kunna beräkna ett passande matchningsnät på max 2 komponenter.

I verkligheten är inget idealt och det är olinjärt beroende av frekvens. 2nH är kanhända värdet som står på komponenten men det är uppmätt vid 100 MHz av tillverkaren. Det kan skilja en hel del vid 2 GHz och det skiljer dessutom mellan olika tillverkare och typ av induktor, om trådlindad eller om etsat mönster.
Av den anledningen måste man lägga in S-parametrar för allt i Smithdiagrammet. För komponenter, för radio för antenn och för PCB-förluster och finna optimerade värden som ger total bästa resultatet över hela frekvensområdet.
En del av dessa S-parametrar är individuella för just ditt PCB och måste mätas med VNA för att kunna skapa användbara S-parametrar.
Det är av denna anledning tillverkare alltid håller med S-parametrar för de egna induktanserna och kondensatorerna om de kan användas för filter-ändamål.

Bredbandig impedansmatchning är i sej inte så svår matte men jag låter oftast datorn jobba åt mej. Det är ändå viktigt att man förstår vad man gör om det ska fungera. Här en bra introduktion: https://handsonrf.com/wideband-impedanc ... nceptions/

Man kan också mäta med VNA och låta ett analysprogram hämta värdena från mätinstrumentet och automatiskt räkna ut bästa värdena för konjugatmatchning. Det är så man ofta gör då det är tidseffektivt.
En VNA är ett relativt dyrt instrument men de finns numera i billighetsversioner.
Användarvisningsbild
hcb
Moderator
Inlägg: 5739
Blev medlem: 23 februari 2007, 21:44:50
Skype: hcbecker
Ort: Lystrup / Uppsala
Kontakt:

Re: Silicon Labs WF200/Microchip ATWINC1500 - Värt att testa?

Inlägg av hcb »

>En VNA är ett relativt dyrt instrument men de finns numera i billighetsversioner.

Ja, och att mäta med en har för noviser som jag gett en del insikter, som att "avkopplingskondensator" inte nödvändigtvis beter sig som en kondensator vid ens måttliga frekvenser.

Det jag ser av "billighetsversioner" är nanoVNA (ingen egen erfarenhet) samt DG8SAQ VNWA (som jag har). Den senare är så vitt jag förstår ett rätt kapabelt instrument och DG8SAQ har bra koll på mätteknik. Programvaran är för priset förvånansvärt bra.
DanielM
Inlägg: 2166
Blev medlem: 5 september 2019, 14:19:58

Re: Silicon Labs WF200/Microchip ATWINC1500 - Värt att testa?

Inlägg av DanielM »

E Kafeman skrev: 22 februari 2023, 06:11:59 >men nu är det att dimensionera en viss typ av resistans på 50 Ohm som får kallas för antenn

Nej det är inte resistans, det är impedans. Det finns inga antenner som är rent resistiva, där finns alltid en reaktiv part. Formellt är ofta målet att impedansmatcha antenn samt filter till 50 Ohms impedans, eller det är vad man för enkelhets skull skriver, man skriver inte alltid ut reaktiva delen eftersom den underförstått är j0 Ohm vid enklare fall men vill man vara lite mer tydlig skriver man 50+jX där X är reaktansen, ett imaginärt värde uttryckt i Ohm.
Den komplexa impedansen kan inte beskrivas utan sin imaginära del. Om man önskar konjugatmatcha en impedans så innebär det att man neutraliserar reaktiva delen till 0. Ofta är impedansmålet 50+j0 Ohm men man skippar j0 och anger impedansen till 50 Ohm.
Då förstår jag. Impedansen orsakas av strömförändringshastigheter, eller är det strömförändringsaccelerationer också?
En multimeter kan användas för att mäta resistans och en VNA (Vector Network Analyzer) används för att mäta impedans.
Tror du jag kan mäta med ett FFT-instrument också?
Det finns mängder av varianter på PCB-antenn som har olika för och nackdelar, t.ex. hur dess närfält påverkar, bandbredd, impedansstabilitet...
Antenn-typen du tittat på kallas IFA och är vanlig i dessa sammanhang. Det som är lätt att missa om man inte vet så mycket om antenner är att denna inverterad F-struktur bara är halva antennen.
Strukturen för denna antenntypen har normalt en längd som motsvarar 0.25 våglängder. Minsta resonanta antennen är minst 0.5 våglängder lång.
Halva antennen fattas om man bara ser IFA-antennen, men om det alls ska fungera måste andra halvan finnas.
Den andra halvan speglas i jordplanet. Det innebär att antennens impedans beror inte bara på antennens utformning utan även av hur stabilt och hur långt jordplanet är, sett från antennens mittpunkt.
Den ideala 0.5 våglängder långa antennen, kallas dipol-antenn (di eftersom antenntypen alltid har två poler). En sådan antenn har impedansen 73 + j42.5 Ohms.
Om halva antennen är virtuell och speglas i jordplanet så brukar man kalla resterande synliga antennen för monopol. Mono i betydelsen en enda pol fungerar inte för ficklampsbatterier och inte heller för antenner så uttrycket mono i sammanhanget är mer den bildmässiga beskrivningen av den del av antennen som man ser.
Alltså en sådan. En halv sinusvåg som orsakas av strömmen i en ledning, vilket skapar magnetism.
L20T3.gif
Om man har tillgång till VNA så anpassar man ofta en IFA genom att justera på aktuellt PCB antenn-längd, ledarbredder, matningspunkt mm så att man får en enkel konjugatmatchning. Enkelt är t.ex. om resulterande impedanskurvan i Smith-diagrammet redan är på linjen som skär 50+j0 Ohm.
Ofta vill man redan här ta hänsyn till i vilka miljöer kretskortet ska användas i, vilket påverkar impedansen.
Jag har tyvärr ingen aning vart den ska vara. Men jag antar att jag måste ha en Front End Modul också för att kunna stärka mina signaler.
Om man inte vet hur slutlig miljö ser ut i detalj så gör man antagandet att antennens impedans kommer lastas mer än om kretskortet hålls helt fritt i rymden om det bara är kretskortet man har tillgång att mäta på.
Jag brukar t.ex ibland i snarlika situationer designa antennen vid till 50-j40 Ohm i "free space" om jag inte ännu vet hur slutliga närfältet kring antennen kommer se ut.
Finns det några program som man kan räkna på detta? Jag menar, om jag ska göra en inverterad-F antenn så måste jag veta längd, tjocklek och bredd.
Det är troligt att reaktansen kommer öka i den verkliga situationen så initialt räcker det med en enda komponent i ditt matchningsnät för att matcha till 50+j0 Ohm, en seriell induktor, L2 i ditt schema. C3 och C4 lämnas tomma tills vidare.
Det är naturligtvis inte troligt att man lyckas träffa exakt med antenn-designen efter dessa siffror. Det blir inte 50-j40 Ohm utan kanske 40-j20 Ohm. Det kan man lämna därhän tills man fått dit alla andra komponenter som påverkar genom sin närvaro och påverkar jordströmmar i PCB.
Man kommer senare att behöva kompensera för detta om man vill få en väl fungerande radio med hög funktionsgrad, låg energi-förbrukning och undvika allt för höga spurioser. För höga spurioser och man fallerar radio-testningen.
Denna efterkompensering, det är nu man vill justera komponentvärden och lägga till nya komponenter för L2, C2 och C3. Det är i detta fallet ett sk PI-nät och ditt nät är lite av skolexempel där man följer upp med ett andra PI-nät mot radion, C1,L1 och C2. Det är aldrig så man gör verkligheten, lägger två PI-nät efter varandra men för att enklare åskådliggöra matchningen kan det tjäna ett syfte.
Detta blir lite som att gissa. Mitt mål är att konstruera en antenn som har 50 ohm i impedans. Borde jag inte räkna lite på överföringsfunktioner här?
Man få se upp om det i datablad är specat eller om känt på annat vis att radion har problem med spurioser och t.ex. kräver en specifik impedans vid säj 7500 MHz för att inte stråla otillåtet med skräp. Den impedansen får vägas in i PI-filtrets beräkning.
Dessutom så finns andra aspekter på filterfunktionen. Om man t.ex. vill undertrycka att statisk elektricitet letar sej in i radion antenn-vägen, vill man ofta ha en spole till jord. Det är mycket effektivt att till obetydliga förluster ta hand om ett möjligt problem ESD.
Vidare så bör man kolla databladet så att det inte är DC-bias på radions antenn-utgång. Om det är så måste filtret hantera även det. Det är inte alltför ovanligt att det annars blir en puff av blå rök.
Detta datablad visar hur man bygger en inverterad F-antenn. Jag ska följa den.
https://www.silabs.com/documents/public ... ntenna.pdf
Att få en radio att prestera riktigt bra och få till en antenn med hög effektivitet är inte något som man sysslar med för hobbybyggen. Det är först om man vill att produkten ska vara säljbar i seriösa sammanhang och t.ex. FCC.certifierad.
Inte helt ovanligt så nöjer man sej med "good enough", man har inte kompetensen och projekttiden för enklare projekt att suga ut mesta möjliga av radions egenskaper. Varken radio eller antenn blir då kanske riktigt som tänkt men tillräckligt bra för att last-impedansen inte gör radion instabil och matchningen mellan radio och antenn inte medför att man tappar allt för mycket i duglig räckvidd och driftsekonomi.
Detta "good enough" innebär ofta att man följer av radio-tillverkaren tillhandahållna applikations-exempel PCB-design och fysisk storlek samt ritar in en antenn enligt beskriven implementering. Det kommer inte bli exakt men tillräckligt bra.
Sedan överlåter man matchningsjobbet till någon som har en nätverksanalysator och kan räkna matte för matchning av bredbandigt av irreguljär radio-impedans mot en lika irreguljär antenn-impedans samt då även mäter in så spurioserna är tillräckligt låga.
Det är mycket billigare att ta hand om och korrigera sådan brister nu än efter att designen är fryst och radion blivit ivägskickad för uppmätning av FCC.
Jag har tänkt att räkna på detta.

Så om vi tar det lite från början.
Denna antenn är PCB-antennen. Denna vill ha en 50 ohm impedansantenn.
Bild

Databladet AN1088 rekommenderar denna för 1.6 mm kretskort.
Skärmbild 2023-02-22 201239.png
y
Med 4 lager. Men vid antennen så skall det ej vara något GND-plan under antennen. Så dessa 2 lager i mitten måste alltså vara Vcc? Jag antar att jag rekommenderas att använda 4 lager.
Skärmbild 2023-02-22 201416.png
Om det är en snäll radio och man accepterar att tappa kanske 3-10 dB i räckvidd så kan man helt förlita sej av tillverkaren angivna mått och med angivna förslag på matchningsnätens komponentvärden.
10 dB förlust kan låta mycket men är inte särskilt ovanligt i mindre välgjorda designer. 3dB effektivitetsförlust på radion då den inte blir idealt lastad samt ett par db matchningsförlust, effekt som reflekteras tillbaka eller eldas upp i jordströmmar och en antenn som är under 50% effektiv och man hamnar på dessa siffror.
Jag har aldrig konstruerat en antenn förut, så jag har svårt att avgöra signalstyrkan.
Två verktyg man bör ha för att kunna göra jobbet lite bättre än att bara försöka halvträffa genom att rita av en radio-tillverkarens exempel-PCB är paper med Smith-diagram samt en nätverksanalysator.
I gymnasie-skolan på tele-linjen lärde man sej kanske att impedansmatcha med ideala komponenter och för en enda frekvens med enkla målvärden typ 50+j0 Ohm. Räckte med ett Smith-diagram en penna och linjal för att kunna beräkna ett passande matchningsnät på max 2 komponenter.
Som du ser så har jag rent kopierat själva Silicon Labs rekommenderade design till 99% och jag kommer fortsätta med det. Jag är väldigt petig när det kommer till sådant, som ni har säkert märkt. Jag har Smith-diagrammet. Borde jag inte kunna modellera detta med differentialsekvationer eller blir det partiella differentialsekvationer? Detta vore riktigt häftigt att kunna räkna på.
I verkligheten är inget idealt och det är olinjärt beroende av frekvens. 2nH är kanhända värdet som står på komponenten men det är uppmätt vid 100 MHz av tillverkaren. Det kan skilja en hel del vid 2 GHz och det skiljer dessutom mellan olika tillverkare och typ av induktor, om trådlindad eller om etsat mönster.
Av den anledningen måste man lägga in S-parametrar för allt i Smithdiagrammet. För komponenter, för radio för antenn och för PCB-förluster och finna optimerade värden som ger total bästa resultatet över hela frekvensområdet.
En del av dessa S-parametrar är individuella för just ditt PCB och måste mätas med VNA för att kunna skapa användbara S-parametrar.
Det är av denna anledning tillverkare alltid håller med S-parametrar för de egna induktanserna och kondensatorerna om de kan användas för filter-ändamål.

Bredbandig impedansmatchning är i sej inte så svår matte men jag låter oftast datorn jobba åt mej. Det är ändå viktigt att man förstår vad man gör om det ska fungera. Här en bra introduktion: https://handsonrf.com/wideband-impedanc ... nceptions/

Man kan också mäta med VNA och låta ett analysprogram hämta värdena från mätinstrumentet och automatiskt räkna ut bästa värdena för konjugatmatchning. Det är så man ofta gör då det är tidseffektivt.
En VNA är ett relativt dyrt instrument men de finns numera i billighetsversioner.
Så vi tar en sammanfattning här:
  • Det är inte resistans, det är impedans
  • Det är svårt att konstruera en antenn
  • Ett bra tips är att följa rekommendationer från tillverkaren
  • Matematiken är inte svår, men att ta hänsyn till fysiska aspekterna och parametrarna som påverkar är svårt
  • Följ Smith-diagrammet
  • Inget GND-plan under PCB-antennen
  • 4 lager PCB kort på 1.6 mm, därav 2 lager i mitten är Vcc.
Så om jag vill börja med detta, så skulle jag helst vilja bygga upp en simulering i form av numerisk algebra. Tror du detta är möjligt?
Jag menar, jag har denna del.
Bild

Denna är för både PCB-antennen och den externa antennen. Men PCB-antennen måste vara 50 ohm impedans. Den externa antennen är säkerligen redan 50 ohm impedans, så det är inte så mycket konstruktion där.

Som jag uppfattar detta. Radiosignalerna går via den gula och ned till GND planet. Då är det viktigt att förhindra så att radiosignalerna ej smiter iväg någon annanstans t.ex någon via eller GND-plan bredvid. Så det måste vara tomt. Den röda påverkar impedansen. Den röda + kondensatorerna + spolen måste forma en visst bandpassfilter så att filtret endast tar upp korrekt frekvenser som åker igenom antennen. Visst uppfattar jag detta korrekt? Varför har den externa antennen ett GND-plan under sig? Är inte detta lite hyckleri från databladet?
Skärmbild 2023-02-22 211238.png
Edit:

Tror du att AppCad kan vara en lösning för mig?
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
E Kafeman
Inlägg: 3238
Blev medlem: 29 april 2012, 18:06:22

Re: Silicon Labs WF200/Microchip ATWINC1500 - Värt att testa?

Inlägg av E Kafeman »

Inte ens SiLabs förväntar sej att deras exempel-antenn kommer bli 50+j0 Ohm och det är sällan ens det önskade målet.
Om man t.ex. designar antenn som ska ha bra funktion både som handhållet och free space, ungefär fritt på ett träbord som fallet är med mycket trådlös, fjärrkontroller, mobiler, så påverkar dess bägge driftsfall antennens impedansmässiga påverkan.
Idealt så förskjuts impedansen i en liten cirkel i Smithdiagrammet så att man i bägge fallen uppnår optimal impedansmatchning.
Om en första antenndesign görs på naket PCB i helt fritt utrymme, dvs man har enbart PCB utan anslutna kablar eller något i närfältet och ferriter runt mätkabeln för att den inte ska utöka jordplanet, då rent erfarenhetsmässigt är det bättre med en första ansats som inte är 50+j0 Ohm utan hellre något i stil med 50-j40 Ohm eller mer konkret sändarens [r+jx] - [0+j40] Ohm då 50+j0 Ohm bara är en omväg mellan sändaren och antennen impedans.
När kretskortet förses med kablar och komponenter och placeras i en låda med annan elektronik, med eller utan mänsklig kropp som håller i prylen, så är målet att antennens impedans ska närma sej konjugatimpedansen för sändaren.

> Impedansen orsakas av strömförändringshastigheter, eller är det strömförändringsaccelerationer också?
Impedansen består av två komponenter. Det är resistansen och reaktansen. Dess strömmars fasläge är 90 grader förskjutna.
Resistiva strömpåverkan ges av resistorer. Reaktans är strömpåverkande egenskaperna man får från spolar och kondensatorer.
Hur stor den faktiska påverkan av strömmen från en växelspänning är från t.ex. en spole kan uttryckas di/dt men det är något som är mest av intresse om spolen är ideal, vilket inga verkliga spolar är.

>Tror du jag kan mäta med ett FFT-instrument också?
FFT-instrument är mycket som är. Om du med det menar oscilloskop så finns sådana med med FFT-funktion. Det knappast billigare med skåp som klarar 2.4GHz och om det klarar frekvensen och har FFT-funktion så är funktionen vanligen skalär, dvs man kan inte separera resistans från reaktans på fungerande sätt.

En tydlig funktion för en VNA är att den aktivt skickar ut signal, ett frekvensspektra, på en eller flera portar och därefter lyssnar på vad som reflekteras tillbaka eller överförs från en port till en annan. Att lyssna på samma port som man skickar ut signal är vad man gör när man mäter antennen impedans. Det finns ingen andra port att mäta på för det ändamålet.
Däremot mäta filter och kabelförluster eller vad som överförs mellan två antenner , ja då finns två portar att mäta på men för att verkligen mäta vad som överförs mellan tå antenner måste man dra ifrån den effekt som inte sänds i väg av antennen utan reflekteras tillbaka till sändaren, det man kallar VSWR och det gäller motsvarande för den mottagande antennen, att man måste även där mäta VSWR för att verkligen kunna mäta effektöverföringen mellan antennerna.

Det går bygga sin egenkomponerade VNA med hjälp av spektrumanalysator och synkroniserad signalgenerator samt lite cirkulatorer. Resultatet är i frekvensdomänen och man måste kalibrera mot kända laster för att alls veta vad som mäts. Kalibreringen behövs alltid även för en VNA inför varje mätning.
Många VNA har IFFT-funktion som kan användas till mycket. Typiskt är t.ex. när man mäter på en koaxialkabel och kan läsa ut i meter hur långt bort ett kabelbrott finns eller var det är en kabelskarv som ger förluster.
Vissa IFFT-funktioner behövs i synnerhet när man jobbar med bredbandiga antenner där fasläget relativt antenn-centrum är viktigt. Det är ofta i radar-sammanhang.
För somliga antenner förskjuts antenncentrum mer än andra. Exempelvis en logperiodisk antenn för LTE kan antenncentrum variera med metrar medans en liten loop-antenn har ett väl sammanhållet antenn-centrum Det är vanligen hornantenner och vågledare man jobbar med när sådant är en del av design och mätjobbet.

En yrkesmässig nätverkverksanalysator kostar 100-1000kkr. Man får dynamik, hastighet och framförallt så kan instrumenten kommunicera med det för denna typ av instrument gemensamma språk-strukturen kallad IEEE-488 / GPIB. Vid mer komplexa mätningar och där man t.ex. blandar in roterande mätbord, effektmätare mm så vill man kunna köra alla instrumenten i gemensamt program-gränssnitt.
Samma sak för de vanligaste impedans-analys-mjukvarorna, de pratar GPIB. När man handgripligt justerar dimensionerna på en antenn vill man kunna se vad resultatet blir efter dynamiskt uppdaterade virtuella matchningsnätverk som inkluderar verkliga komponentförluster med tanke på att det inte är ideala komponenter. Uppdateringen bör var snabb.
Den som justerat trimspolar i ett filter om 5-6 poler vet att man i princip måste se omedelbar respons när man justerar trim-kärnor om jobbet ska gå smidigt.
De egenskaperna finns inte hos de billigare VNA-instumenten men för enstaka jobb kan man ändå t.ex. justera antenn-strukturer men det tar 100 ggr längre tid och man når ändå inte riktigt ända dit man vill om det är något mer komplext än att klippa trådlängd på en dipol till en enskild frekvens.

De enklare nätverksanalysatorerna kan mäta och man kan spara S-parametrar som fil och eventuellt göra vidare bearbetning i olika filter-program genom att importera sådan fil. Det jobbet, importera och bearbeta görs i ett analysprogram 20 ggr varje sekund, men kräver då att instrumentet kan leverera data fort nog och i önskat format, vilket sållar bort instrument med unika kommunikationsgränssnitt och längsam dataöverföring.
Även om dessa enklare instrument har lite begränsningar så är de så pass billiga att jag rekommenderar alla som alls vill designa allra enklaste dipolen att skaffa ett sådant instrument. De är motsvarighetens till DC-världens multimetrar, fast man kan mäta vad som händer i GHz-området. För att mäta vid WiFi 2.4GHz så måste instrumentet klara det med marginal. Det finns ett antal av dessa billigare varianter som klarar detta. Den jag närmast tänker på är denna: https://www.tindie.com/products/hcxqsgr ... -v2-plus4/
Att sätt ihop en enkel WiFi-dipol , två ståltrådar i änden på en koaxialkabel t.ex. och klippa trådlängden till rätt frekvens, studera impedanspåverkan när man rör handen 5 cm från antennen ger sådan förståelse och känsla för vad en antenn är och beter sej som man knappast kan ersätta med teoretisk kunskap och som man har nytta av även om man lämnar bort mer komplicerade delar av antenn-designjobbet.

>Alltså en sådan. En halv sinusvåg som orsakas av strömmen i en ledning, vilket skapar magnetism.

Karakteristiska rymdimpedansen håller 377+j0 Ohm. Antennens funktion är att vara linjär transformator mellan radio och rymden, i bägge riktningarna.
Om antennen är välanpassad, lågt VSWR, påverkar denna överföring av RF-energi till elektronrörelser i den elektriska kretsen liksom i motsatt riktning, skapa rymdvågor, inte fasläget mellan magnetiska och elektriska fältet i rymden. Det man gör är att anpassa rymdvågens impedans mot den impedans som radion vill ha men det är inte av intresse att skapa någon magnetism.

En dipol har om man delar ner den i delar hög ström. låg spänning och låg impedans i mitten och i ändarna är spänningen och impedansen högre medan strömmen är noll i änden. Det kan man se på din animerade bild.
Denna skillnad av ström och spänningsfördelning "syns" inte på avstånd det är först när man kommer i det man kallar närfältet som man kan iaktta detta fenomen.
Antennen som helhet fungerar bäst om dess impedans sett från fjärrfältet är 377 Ohm. Bästa impedansen för radion varierar och genom historien har förekommit standardiserade gränssnitt. Om man har längre avstånd mellan antenn och radio så används ofta kabel för överföringen och för att inte kabeln ska skapa missanpassning har man enats om impedanser som fungerar relativt förliustfritt för olika kabeltyper. Mest kända är bandkabel och koaxialkabel och dess karakteristiska impedans har varierar från ungefär från 10 upp till 800 Ohm men i de mesta moderna radiosystem liksom för mätinstrument är 50 Ohm dominerande även om t.ex. det förekommer en del del andra impedanser, i synnerhet när det är extrem lågenergi radio eller radio med balanserat gränssnitt, som är vanligt i bl-a blåtands-sammanhang och mycket av TI's radiochip.

För kabeln och för rymdutbredningen kallar man dess impedans för "karaktäristisk". Det är en viktig egenskap då det är den impedans man skulle mäta på en oändligt lång kabel men det är ingen impedans som lastar eller bränner energi som transporteras genom kabeln eller genom rymden, om impedansmatchningen är korrekt i bägge ändar. Lite energi bränns ändå men det beror på att inte heller koaxialkablar är ideala. Man har resistiva materialförluster och kabelns skärm är inte helt tät utan läcker allt mer med ökad frekvens.

Hårt förenklat är en typisk dipolantenn en spartransformator. En simpel lindning där man på ena sidan gör ett uttag för 50 Ohm och andra sidan är matchad mot 377 Ohm.
autotransformer.jpg
Detta är en grov förenkling då man inte tar hänsyn till när och fjärrfältsegenskaper och mycket annat men kan ändå ge en första förståelse för detta med antenn-impedanser och varför matcgning behövs för att inte tappa effekt/effektivitet pga av missanpassning.
Det ärr samma som för ficklampsbatteriet, vill man suga ur mesta möjliga effekt måste yttre lasten vara densamma som batteriets inre resistans.

>Jag har tyvärr ingen aning vart den ska vara. Men jag antar att jag måste ha en Front End Modul också för att kunna stärka mina signaler.

Det är så med t.ex. mobiltelefoners antenner, man vet inte vart de ska vara som designer, mobiltelefonens antenner utsätts för att ligga fritt på ett bord alternativt att någon håller om hela telefonen och trycker den mot huvudet.
Man får då utvärdera dessa bägge driftsfalls påverkan av antennen och försöka få god matchning i bägge dessa situationer, vilket är fullt möjligt.
Placeras kretskortet med antennen i en plåtlåda eller nära ett switchat nätaggregat med stor ferrit-kärna är extremfall men att inte utvärdera alls leder till problem.
Antennen kommer användas någonstans mellan driftsfallen helt i fri space och i en knuten näve och däremellan är målet att få så bra matchning som möjligt inom så brett användningsområde som möjligt. Man kan utgå från grundförutsättningar typ om man vet att kretskortet ska kapslas enskilt eller hur nära det är rimligt att placera andra kretskort. Likaså anslutet kablage, eftersom man själv designar platsen för kablaget, vart det lämnar PCB så väljer man plats där variationer av kabeldragning lätt kan råka bli tvärs över antennen. Övrig dragningsriktningar påverkan samt påverkan av jordplanets utsträckning pga anslutna kablar kan lätt testas.

Att lägga till extra slutsteg kostar på en mängd sätt så det är sällan något som är önsksvärt och inte okey som kompensation av dålig anpassning.
Om man inte designar radion själv, de flesta radio-chip är redan designade för att arbeta inom en specifik tillståndsklass och där utnyttja max tillåten sändareffekt om det behövs. Uteffekten är ofta programmerbar med avseende på detta och högsta effektstegen ligger ofta på gränsen vad gäller tillåten harmonisk distorsion.
Lägger man till extra effektsteg drar det ofta iväg batteriförbrukning ordentligt, kräver mer utrymme och kan lättare skapa lokala EMI-problem så det är sällan någon standardlösning.
Även om sändareffekten ökas så för WiFi ger det sällan ökad räckvidd. Oavsett lång räckvidd för sändaren så blir det inte någon kommunikation om inte mottagaren har motsvarande räckviddsökning. En extra LNA ger sällan något på moderna chip, deras inbyggda mottagare has redan bra genskaper och lågt egenbrus så extra yttre KNA kan få motsatt effekt. Att lägga till LNA innebär också att WiFi-kretsen kan bli döv om andra signaler i närheten överstyr mottagarslingan.

För bästa räckvidd bör matchningen vara bra och antennen ska ha hög effektivitet. Om det finns riktverkan på antennen så ska den helst peka i riktning som förmodas vara utan hinder.
Somliga kunder kräver ytterligare en nivå av matchning. Exempel på namn på sådan villkor är för mottagaren TIS och för sändaren SAR, TRP och TRS och vid MIMO så tillkommer antenn-isolation som faktor. Vanligt när man vill få absoluta bästa (batteri-)effektiviteten för främst LTE (4g/5G).
Det är komplexa jobb som kräver bra mätresurser. Nämner det då det är bra att åtminstone känna till. https://www.bluflux.com/what-a-cellular ... p-and-tis/

>Detta blir lite som att gissa. Mitt mål är att konstruera en antenn som har 50 ohm i impedans. Borde jag inte räkna lite på överföringsfunktioner här?


Gissningen, uppskattningen, den är på det nakna kretskortet där mätningar måste bedömas utifrån att okända faktorer tillkommer senare när kretskortet får sina komponenter, kablar och kapsling.
Har man då gjort uppskattningen rätt så vet man att trots nya faktorer tillkommit så är det möjligt att åter-tuna till önskad impedans över hela bandbredden med hjälp av de tre tuningskomponenterna som det finns plats för.
Fel tänkt och antennen kan inte ges önskade egenskaper eller att topologin för matchningsnätet är ej fungerande. Om man är osäker och det finns gott om utrymme så lägger man kanske till komponentplatser för att kunna skapa andra topologier. Man vill dock alltid hålla ner antalet platser och antalet komponenter eftersom varje sådan kanske kostar någon tiondels dB i onödan och varje länk som måste fyllas med 0-Ohm motstånd är en ökad möjlig felkälla vid produktion.

Jo det är hela tiden beräkningsbara överföringsfunktioner där man önskar konjugatamatcha antennens impedans (som inte är 50+j0 Ohm vid någon frekvens) mot radions olika impedanser och dessutom över olika frekvenser och olika variationer i omgivningen genom att använda de S-parametrar som ingår i matchningsnätet möjliga kombinationer av komponentval.

>Detta datablad visar hur man bygger en inverterad F-antenn. Jag ska följa den.
Ja det är ett blad bland många. Alla visar hur man målar en MonaLisa och nu ska du kopiera fast du ska göra det på en tavla med andra dimensioner.
Skriver dom något om hur dina komponenter och kablar påverkar antennen eller vad som händer av att ditt kretskorts jordplans längd påverkar impedansen?

Det är inte fel att försöka kopiera så långt som möjligt men ha inte övertro på att det ersätter egen planering av kretskort, hantera störande större komponenter placering och vad som kommer placera/dras nära antennen. Tillkommer det vanliga att man inte heller vill få ut RF-signaler, jordloopar, på GPIO-anslutningar eller kristall-slingor.

>Så om vi tar det lite från början. Denna antenn är PCB-antennen. Denna vill ha en 50 ohm impedansantenn.
Jo det är möjligt. Men är det en impedans som du tänker nå för den färdiga produkten eller är det SiLabs tomma PCB i free space som är "good enough" ?
Hur hanterar du att impedansen ska vara 50 Ohm för dina tänkta möjliga driftsfall?
Det går säkert tillräckligt bra att kopiera så långt möjligt men man får ta att man inte når riktigt toppresultat.

>Jag har aldrig konstruerat en antenn förut, så jag har svårt att avgöra signalstyrkan.
Signalstyrkan är mottagen signalnivå och sändareffekten anges av datablad.
dB förlust är ett relativt mått. Om 10log, om ditt snöre är två meter långt utan förluster så är det bara 20 cm kvar vid 10 dB förlust. Vid 10 m och 3 dB förlust förloras 5 meter.

>Borde jag inte kunna modellera detta med differentialsekvationer eller blir det partiella differentialsekvationer? Detta vore riktigt häftigt att kunna räkna på.

Derivering ingår. Integraler får du i massor och samtliga värden har relativt frekvensen olinjära egenskaper. Nu är WiFi inte så jättebredbandigt men för free-space brukar jag räkna för tre frekvenser, 2400, 2475 och 2550. Egenskaperna vid 2550 för antennen återfinns ofta vid 2480 när det inte längre är free space, när man närmar se den slutliga produkten.

Varken antenn-impedans eller radio-impedans är statisk över aktuell frekvens och inte heller matchningskomponenternas komplexa impedans är linjär.
Matematiken är enkel men det är en hel del att plöja igenom för att hitta den i alla dina antagna möjliga driftsituationer bästa konjugatmatchen mellan in och ut impedanser.

>Denna är för både PCB-antennen och den externa antennen. Men PCB-antennen måste vara 50 ohm impedans.
Ja det kan ju vara ett skäl att ha en match mot antaget 50 Ohms nät omkopplingsbart på något sätt.

Tror du att AppCad kan vara en lösning för mig?
Som enkel lathund för att beräkna lite diverse och kolla på Smithdiagram, ja den duger säkert.
Lite av dess huvudfunktion är att beräkna transmissionsledare.
Jag använder den närmast antika versionen av AWR motsvarande lathund för att beräkna transmissionsledare. Föredrar den då den täcker lite mer variationer och är lite snabbare att starta. https://www.microwavers.org/software/txline2003.zip
Den finns i nyare version men inget har ändrats.

Vill man laborera med Smith-diagram för antenn-design och impedansmatchning så är det bättre att direkt använda något mer komplett program.
Här ett exempel på enkel matchning av en antenn med hjälp av programvara kopplad till nätverksanalysatorn:
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
DanielM
Inlägg: 2166
Blev medlem: 5 september 2019, 14:19:58

Re: Silicon Labs WF200/Microchip ATWINC1500 - Värt att testa?

Inlägg av DanielM »

E Kafeman skrev: 23 februari 2023, 03:41:46 >Tror du jag kan mäta med ett FFT-instrument också?
FFT-instrument är mycket som är. Om du med det menar oscilloskop så finns sådana med med FFT-funktion. Det knappast billigare med skåp som klarar 2.4GHz och om det klarar frekvensen och har FFT-funktion så är funktionen vanligen skalär, dvs man kan inte separera resistans från reaktans på fungerande sätt.
Då kanske ett sådant där verktyg VNA är att rekommenderas.
En tydlig funktion för en VNA är att den aktivt skickar ut signal, ett frekvensspektra, på en eller flera portar och därefter lyssnar på vad som reflekteras tillbaka eller överförs från en port till en annan. Att lyssna på samma port som man skickar ut signal är vad man gör när man mäter antennen impedans. Det finns ingen andra port att mäta på för det ändamålet.
Däremot mäta filter och kabelförluster eller vad som överförs mellan två antenner , ja då finns två portar att mäta på men för att verkligen mäta vad som överförs mellan tå antenner måste man dra ifrån den effekt som inte sänds i väg av antennen utan reflekteras tillbaka till sändaren, det man kallar VSWR och det gäller motsvarande för den mottagande antennen, att man måste även där mäta VSWR för att verkligen kunna mäta effektöverföringen mellan antennerna.

Det går bygga sin egenkomponerade VNA med hjälp av spektrumanalysator och synkroniserad signalgenerator samt lite cirkulatorer. Resultatet är i frekvensdomänen och man måste kalibrera mot kända laster för att alls veta vad som mäts. Kalibreringen behövs alltid även för en VNA inför varje mätning.
Många VNA har IFFT-funktion som kan användas till mycket. Typiskt är t.ex. när man mäter på en koaxialkabel och kan läsa ut i meter hur långt bort ett kabelbrott finns eller var det är en kabelskarv som ger förluster.
Vissa IFFT-funktioner behövs i synnerhet när man jobbar med bredbandiga antenner där fasläget relativt antenn-centrum är viktigt. Det är ofta i radar-sammanhang.
För somliga antenner förskjuts antenncentrum mer än andra. Exempelvis en logperiodisk antenn för LTE kan antenncentrum variera med metrar medans en liten loop-antenn har ett väl sammanhållet antenn-centrum Det är vanligen hornantenner och vågledare man jobbar med när sådant är en del av design och mätjobbet.

En yrkesmässig nätverkverksanalysator kostar 100-1000kkr. Man får dynamik, hastighet och framförallt så kan instrumenten kommunicera med det för denna typ av instrument gemensamma språk-strukturen kallad IEEE-488 / GPIB. Vid mer komplexa mätningar och där man t.ex. blandar in roterande mätbord, effektmätare mm så vill man kunna köra alla instrumenten i gemensamt program-gränssnitt.
Samma sak för de vanligaste impedans-analys-mjukvarorna, de pratar GPIB. När man handgripligt justerar dimensionerna på en antenn vill man kunna se vad resultatet blir efter dynamiskt uppdaterade virtuella matchningsnätverk som inkluderar verkliga komponentförluster med tanke på att det inte är ideala komponenter. Uppdateringen bör var snabb.
Den som justerat trimspolar i ett filter om 5-6 poler vet att man i princip måste se omedelbar respons när man justerar trim-kärnor om jobbet ska gå smidigt.
De egenskaperna finns inte hos de billigare VNA-instumenten men för enstaka jobb kan man ändå t.ex. justera antenn-strukturer men det tar 100 ggr längre tid och man når ändå inte riktigt ända dit man vill om det är något mer komplext än att klippa trådlängd på en dipol till en enskild frekvens.

De enklare nätverksanalysatorerna kan mäta och man kan spara S-parametrar som fil och eventuellt göra vidare bearbetning i olika filter-program genom att importera sådan fil. Det jobbet, importera och bearbeta görs i ett analysprogram 20 ggr varje sekund, men kräver då att instrumentet kan leverera data fort nog och i önskat format, vilket sållar bort instrument med unika kommunikationsgränssnitt och längsam dataöverföring.
Även om dessa enklare instrument har lite begränsningar så är de så pass billiga att jag rekommenderar alla som alls vill designa allra enklaste dipolen att skaffa ett sådant instrument. De är motsvarighetens till DC-världens multimetrar, fast man kan mäta vad som händer i GHz-området. För att mäta vid WiFi 2.4GHz så måste instrumentet klara det med marginal. Det finns ett antal av dessa billigare varianter som klarar detta. Den jag närmast tänker på är denna: https://www.tindie.com/products/hcxqsgr ... -v2-plus4/
Att sätt ihop en enkel WiFi-dipol , två ståltrådar i änden på en koaxialkabel t.ex. och klippa trådlängden till rätt frekvens, studera impedanspåverkan när man rör handen 5 cm från antennen ger sådan förståelse och känsla för vad en antenn är och beter sej som man knappast kan ersätta med teoretisk kunskap och som man har nytta av även om man lämnar bort mer komplicerade delar av antenn-designjobbet.
Jag tror jag ska vänta med det där VNA. Jag menar, jag har inte ens byggt mitt kretskort. Har inget att mäta på. Så jag måste köra allt teoretiskt igenom beräkning.
>Alltså en sådan. En halv sinusvåg som orsakas av strömmen i en ledning, vilket skapar magnetism.

Karakteristiska rymdimpedansen håller 377+j0 Ohm. Antennens funktion är att vara linjär transformator mellan radio och rymden, i bägge riktningarna.
Om antennen är välanpassad, lågt VSWR, påverkar denna överföring av RF-energi till elektronrörelser i den elektriska kretsen liksom i motsatt riktning, skapa rymdvågor, inte fasläget mellan magnetiska och elektriska fältet i rymden. Det man gör är att anpassa rymdvågens impedans mot den impedans som radion vill ha men det är inte av intresse att skapa någon magnetism.

En dipol har om man delar ner den i delar hög ström. låg spänning och låg impedans i mitten och i ändarna är spänningen och impedansen högre medan strömmen är noll i änden. Det kan man se på din animerade bild.
Denna skillnad av ström och spänningsfördelning "syns" inte på avstånd det är först när man kommer i det man kallar närfältet som man kan iaktta detta fenomen.
Antennen som helhet fungerar bäst om dess impedans sett från fjärrfältet är 377 Ohm. Bästa impedansen för radion varierar och genom historien har förekommit standardiserade gränssnitt. Om man har längre avstånd mellan antenn och radio så används ofta kabel för överföringen och för att inte kabeln ska skapa missanpassning har man enats om impedanser som fungerar relativt förliustfritt för olika kabeltyper. Mest kända är bandkabel och koaxialkabel och dess karakteristiska impedans har varierar från ungefär från 10 upp till 800 Ohm men i de mesta moderna radiosystem liksom för mätinstrument är 50 Ohm dominerande även om t.ex. det förekommer en del del andra impedanser, i synnerhet när det är extrem lågenergi radio eller radio med balanserat gränssnitt, som är vanligt i bl-a blåtands-sammanhang och mycket av TI's radiochip.

För kabeln och för rymdutbredningen kallar man dess impedans för "karaktäristisk". Det är en viktig egenskap då det är den impedans man skulle mäta på en oändligt lång kabel men det är ingen impedans som lastar eller bränner energi som transporteras genom kabeln eller genom rymden, om impedansmatchningen är korrekt i bägge ändar. Lite energi bränns ändå men det beror på att inte heller koaxialkablar är ideala. Man har resistiva materialförluster och kabelns skärm är inte helt tät utan läcker allt mer med ökad frekvens.

Hårt förenklat är en typisk dipolantenn en spartransformator. En simpel lindning där man på ena sidan gör ett uttag för 50 Ohm och andra sidan är matchad mot 377 Ohm.
autotransformer.jpg
Detta är en grov förenkling då man inte tar hänsyn till när och fjärrfältsegenskaper och mycket annat men kan ändå ge en första förståelse för detta med antenn-impedanser och varför matcgning behövs för att inte tappa effekt/effektivitet pga av missanpassning.
Det ärr samma som för ficklampsbatteriet, vill man suga ur mesta möjliga effekt måste yttre lasten vara densamma som batteriets inre resistans.
Så tror du det rekommenderas för mig att designa X antal olika PCB-kort med BARA antenn, sedan får jag mäta med VNA då?

>Jag har tyvärr ingen aning vart den ska vara. Men jag antar att jag måste ha en Front End Modul också för att kunna stärka mina signaler.
Det är så med t.ex. mobiltelefoners antenner, man vet inte vart de ska vara som designer, mobiltelefonens antenner utsätts för att ligga fritt på ett bord alternativt att någon håller om hela telefonen och trycker den mot huvudet.
Man får då utvärdera dessa bägge driftsfalls påverkan av antennen och försöka få god matchning i bägge dessa situationer, vilket är fullt möjligt.
Placeras kretskortet med antennen i en plåtlåda eller nära ett switchat nätaggregat med stor ferrit-kärna är extremfall men att inte utvärdera alls leder till problem.
Antennen kommer användas någonstans mellan driftsfallen helt i fri space och i en knuten näve och däremellan är målet att få så bra matchning som möjligt inom så brett användningsområde som möjligt. Man kan utgå från grundförutsättningar typ om man vet att kretskortet ska kapslas enskilt eller hur nära det är rimligt att placera andra kretskort. Likaså anslutet kablage, eftersom man själv designar platsen för kablaget, vart det lämnar PCB så väljer man plats där variationer av kabeldragning lätt kan råka bli tvärs över antennen. Övrig dragningsriktningar påverkan samt påverkan av jordplanets utsträckning pga anslutna kablar kan lätt testas.

Att lägga till extra slutsteg kostar på en mängd sätt så det är sällan något som är önsksvärt och inte okey som kompensation av dålig anpassning.
Om man inte designar radion själv, de flesta radio-chip är redan designade för att arbeta inom en specifik tillståndsklass och där utnyttja max tillåten sändareffekt om det behövs. Uteffekten är ofta programmerbar med avseende på detta och högsta effektstegen ligger ofta på gränsen vad gäller tillåten harmonisk distorsion.
Lägger man till extra effektsteg drar det ofta iväg batteriförbrukning ordentligt, kräver mer utrymme och kan lättare skapa lokala EMI-problem så det är sällan någon standardlösning.
Även om sändareffekten ökas så för WiFi ger det sällan ökad räckvidd. Oavsett lång räckvidd för sändaren så blir det inte någon kommunikation om inte mottagaren har motsvarande räckviddsökning. En extra LNA ger sällan något på moderna chip, deras inbyggda mottagare has redan bra genskaper och lågt egenbrus så extra yttre KNA kan få motsatt effekt. Att lägga till LNA innebär också att WiFi-kretsen kan bli döv om andra signaler i närheten överstyr mottagarslingan.

För bästa räckvidd bör matchningen vara bra och antennen ska ha hög effektivitet. Om det finns riktverkan på antennen så ska den helst peka i riktning som förmodas vara utan hinder.
Somliga kunder kräver ytterligare en nivå av matchning. Exempel på namn på sådan villkor är för mottagaren TIS och för sändaren SAR, TRP och TRS och vid MIMO så tillkommer antenn-isolation som faktor. Vanligt när man vill få absoluta bästa (batteri-)effektiviteten för främst LTE (4g/5G).
Det är komplexa jobb som kräver bra mätresurser. Nämner det då det är bra att åtminstone känna till. https://www.bluflux.com/what-a-cellular ... p-and-tis/
Men om jag har en FEM-modul, då har jag ju 3 antenner. Är inte detta lite onödigt?

>Detta blir lite som att gissa. Mitt mål är att konstruera en antenn som har 50 ohm i impedans. Borde jag inte räkna lite på överföringsfunktioner här?


Gissningen, uppskattningen, den är på det nakna kretskortet där mätningar måste bedömas utifrån att okända faktorer tillkommer senare när kretskortet får sina komponenter, kablar och kapsling.
Har man då gjort uppskattningen rätt så vet man att trots nya faktorer tillkommit så är det möjligt att åter-tuna till önskad impedans över hela bandbredden med hjälp av de tre tuningskomponenterna som det finns plats för.
Fel tänkt och antennen kan inte ges önskade egenskaper eller att topologin för matchningsnätet är ej fungerande. Om man är osäker och det finns gott om utrymme så lägger man kanske till komponentplatser för att kunna skapa andra topologier. Man vill dock alltid hålla ner antalet platser och antalet komponenter eftersom varje sådan kanske kostar någon tiondels dB i onödan och varje länk som måste fyllas med 0-Ohm motstånd är en ökad möjlig felkälla vid produktion.

Jo det är hela tiden beräkningsbara överföringsfunktioner där man önskar konjugatamatcha antennens impedans (som inte är 50+j0 Ohm vid någon frekvens) mot radions olika impedanser och dessutom över olika frekvenser och olika variationer i omgivningen genom att använda de S-parametrar som ingår i matchningsnätet möjliga kombinationer av komponentval.

>Detta datablad visar hur man bygger en inverterad F-antenn. Jag ska följa den.
Ja det är ett blad bland många. Alla visar hur man målar en MonaLisa och nu ska du kopiera fast du ska göra det på en tavla med andra dimensioner.
Skriver dom något om hur dina komponenter och kablar påverkar antennen eller vad som händer av att ditt kretskorts jordplans längd påverkar impedansen?

Det är inte fel att försöka kopiera så långt som möjligt men ha inte övertro på att det ersätter egen planering av kretskort, hantera störande större komponenter placering och vad som kommer placera/dras nära antennen. Tillkommer det vanliga att man inte heller vill få ut RF-signaler, jordloopar, på GPIO-anslutningar eller kristall-slingor.

>Så om vi tar det lite från början. Denna antenn är PCB-antennen. Denna vill ha en 50 ohm impedansantenn.
Jo det är möjligt. Men är det en impedans som du tänker nå för den färdiga produkten eller är det SiLabs tomma PCB i free space som är "good enough" ?
Hur hanterar du att impedansen ska vara 50 Ohm för dina tänkta möjliga driftsfall?
Det går säkert tillräckligt bra att kopiera så långt möjligt men man får ta att man inte når riktigt toppresultat.

>Jag har aldrig konstruerat en antenn förut, så jag har svårt att avgöra signalstyrkan.
Signalstyrkan är mottagen signalnivå och sändareffekten anges av datablad.
dB förlust är ett relativt mått. Om 10log, om ditt snöre är två meter långt utan förluster så är det bara 20 cm kvar vid 10 dB förlust. Vid 10 m och 3 dB förlust förloras 5 meter.

>Borde jag inte kunna modellera detta med differentialsekvationer eller blir det partiella differentialsekvationer? Detta vore riktigt häftigt att kunna räkna på.

Derivering ingår. Integraler får du i massor och samtliga värden har relativt frekvensen olinjära egenskaper. Nu är WiFi inte så jättebredbandigt men för free-space brukar jag räkna för tre frekvenser, 2400, 2475 och 2550. Egenskaperna vid 2550 för antennen återfinns ofta vid 2480 när det inte längre är free space, när man närmar se den slutliga produkten.

Varken antenn-impedans eller radio-impedans är statisk över aktuell frekvens och inte heller matchningskomponenternas komplexa impedans är linjär.
Matematiken är enkel men det är en hel del att plöja igenom för att hitta den i alla dina antagna möjliga driftsituationer bästa konjugatmatchen mellan in och ut impedanser.

>Denna är för både PCB-antennen och den externa antennen. Men PCB-antennen måste vara 50 ohm impedans.
Ja det kan ju vara ett skäl att ha en match mot antaget 50 Ohms nät omkopplingsbart på något sätt.

Tror du att AppCad kan vara en lösning för mig?
Som enkel lathund för att beräkna lite diverse och kolla på Smithdiagram, ja den duger säkert.
Lite av dess huvudfunktion är att beräkna transmissionsledare.
Jag använder den närmast antika versionen av AWR motsvarande lathund för att beräkna transmissionsledare. Föredrar den då den täcker lite mer variationer och är lite snabbare att starta. https://www.microwavers.org/software/txline2003.zip
Den finns i nyare version men inget har ändrats.

Vill man laborera med Smith-diagram för antenn-design och impedansmatchning så är det bättre att direkt använda något mer komplett program.
Här ett exempel på enkel matchning av en antenn med hjälp av programvara kopplad till nätverksanalysatorn:
Dina inlägg är svåra att svara på. Väldigt röriga, tyvärr. Vi får nog ta detta från början.

Om jag vill lära mig göra antenner.
Då ska jag:
1. Följa designrekommendationerna hos tillverkaren t.ex. via hål vid slutet.
2. Lära mig beräkna med t.ex. TxLine eller AppCad så man får en approximativ antenn
3. Bygga PCB-kort med olika antenner och använd VNA analysator för att analysera hur nära jag kom till dom beräknande approximationerna

Så i detta fall, så behöver jag ingen FEM-modul för jag har redan en extern antenn och en PCB-antenn? Jag har inte riktigt förstått syftet med en FEM-modul som har en extra antenn, om jag redan har två stycken.

Påverkar inte kondensatorn, spolen, PCB-banan på 0.5 mm också själva antennens impedans?
Som jag tolkar så ska detta bandpassfilter bara filtrera bort en viss typ av frekvens. Så Bara en viss typ frekvens på sinussignalen kan åka in i en schmittrigger och bli en digital signal.
Skärmbild 2023-02-22 211238.png
Edit:

Eller införskaffar jag en VNA redan idag och sedan så bygger jag en liten antenn med lite trådar och spolar, kondensatorer och räknar på detta och se hur långt ifrån jag kom ifrån teorin?
Jag känner att jag blir inte smartare över att bara följa tillverkarens rekommendationer. Jag vill förstå varför dom har valt dessa.

Två kondensatorer + en spole = Bandpassfilter. Här vill jag alltså filtrera bort olika frekvenser och bara behålla en frekvens på 2.4 GHz. Så vid 2.4 GHz så ska amplitudförhållandet vara 1 mellan insignal och utsignal. Så målet vid RF_porten på WF200 är att ha 2.4 GHz i frekvens och amplitudförhållande 1. Dock vet jag inte höjden på amplituden.
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
E Kafeman
Inlägg: 3238
Blev medlem: 29 april 2012, 18:06:22

Re: Silicon Labs WF200/Microchip ATWINC1500 - Värt att testa?

Inlägg av E Kafeman »

>Dina inlägg är svåra att svara på. Väldigt röriga, tyvärr. Vi får nog ta detta från början.


Det är klara och koncisa förklaringar beskrivna på enkel nivå.
Påstår du att jag skriver rörigt så är det helt och hållet upp till ditt huvud.
Vi är på verkliga nybörjarstadiet med mycket förenklingar.
Om du inte förstår var god precisera vad du inte förstår istället fört att snurra och inte förmå att ta till dej något alls av vad jag skrivit.
Du ges även externa länkar med förklaringar, är de snurriga för dej de också?

>Om jag vill lära mig göra antenner.
Då ska jag:
1. Följa designrekommendationerna hos tillverkaren t.ex. via hål vid slutet.


Nej det lär du dej INTE att göra antenner på. Att kopiera ett mönster ger inte någon kunskap om mönstrets egenskaper.
Att slaviskt följa ett mönster är ett sätt att undvika lära sej om antenner i hopp om att det man kopierar ska fungera även i din applikation.

>2. Lära mig beräkna med t.ex. TxLine eller AppCad så man får en approximativ antenn

Om du alls förstod så skrev jag om Appcad:
Som enkel lathund för att beräkna lite diverse och kolla på Smithdiagram, ja den duger säkert.
Lite av dess huvudfunktion är att beräkna transmissionsledare.

Att skapa en approximativ antenn är ditt uttryck och jag har inte aning hur du tänkt använda AppCad för att approximera antenner.
Skapa ungefärliga antenn-dimensioner på lågnivå, det kan man gör man med en linjal och huvudräkning för att sedan spanar in kretskortet och studerar var en kvartsvåglängd pinne eller IFA får rum och som medger bra speglings-dimensioner på jordplanet.

3. Bygga PCB-kort med olika antenner och använd VNA analysator för att analysera hur nära jag kom till dom beräknande approximationerna

Man kan börja med vilket skrot-PCB som helst, man ansluter mätinstrumentet via koaxialkabel till tänkta antenn-strukturen och sedan skär man bort mönster eller lägger till med koppartejp samtidigt som man följer förändringarna på mätinstrumentet.
Det är som en pot för att ställa in en spänning mha en multimeter. Du vrider på ratten och avläser mätinstrumentet.
Visst går det gissa en vridning på spänningsratten eller bygga antenner först och mäta resultatet i efterhand, men det är knappast särskilt praktisk metod.


>Så i detta fall, så behöver jag ingen FEM-modul för jag har redan en extern antenn och en PCB-antenn? Jag har inte riktigt förstått syftet med en FEM-modul som har en extra antenn, om jag redan har två stycken.

Inte en aning om vad du funderar över. Du kan ha en antenn ansluten. Den kan vara extern eller intern. Du kan inte ha två eller tre antenner anslutna på samma krets samtidigt då de lastar varandra.


Påverkar inte kondensatorn, spolen, PCB-banan på 0.5 mm också själva antennens impedans?


Nej det gör dom inte om man gör någorlunda rätt. Antennens impedans bestäms av antennens struktur.
Mönster, komponenter och mätkablar påverkar däremot mätt resultat.
Om du ansluter en transformator till 240V vägguttag påverkas ej vägguttagets spänning men transformatorn/komponenter/påverkar med multimetern uppmätt resultat.


>Som jag tolkar så ska detta bandpassfilter bara filtrera bort en viss typ av frekvens.

Det får du allt precisera var jag skrivit något ens i det väderstrecket.
Resistansmatchning för optimerad last av ett ficklampsbatteri måste du först lära dej. Det är DC-versionen av kunskap du behöver vad gäller impedansmatchning mellan förstärkar-kretsar, filter och laster såsom antenner. Matchning av detta slaget gäller inte bara antenner.

>Som jag tolkar så ska detta bandpassfilter bara filtrera bort en viss typ av frekvens. Så Bara en viss typ frekvens på sinussignalen kan åka in i en schmittrigger och bli en digital signal.

Du har alltså ingen aning alls om bas-principerna för hur en radio-mottagare fungerar? Du har inte en aning om att det handlar om impedansmatchning som inte är något filter. Det man åstadkommer med spolar och kondensatorer i ett matcningsnät är en slags transformator som har en inimpedans och en annan utimpedans för att maximera effektöverföring mellan antenn och radio.

Om målet vore att filtrera ut en frekvens så är dessa komponenter allt för ineffektiva och du avser att optimera för alla signaler på frekvensområdet 2400-2480, WiFi, blåtand mm som huserar där. Du kommer kunna få in alla WiFi-nät i närheten som alla hoppar in och styr ut din Smith-trigger.

Radiosteget i chippet har en innehåll som i grova drag ser ut så här:
radio3.png
Moduleringprincipen kallas Quadrature Amplitude Modulation (QAM)
https://www.commscope.com/blog/2018/wi- ... -1024-qam/
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
DanielM
Inlägg: 2166
Blev medlem: 5 september 2019, 14:19:58

Re: Silicon Labs WF200/Microchip ATWINC1500 - Värt att testa?

Inlägg av DanielM »

Det är klara och koncisa förklaringar beskrivna på enkel nivå.
Påstår du att jag skriver rörigt så är det helt och hållet upp till ditt huvud.
Vi är på verkliga nybörjarstadiet med mycket förenklingar.
Om du inte förstår var god precisera vad du inte förstår istället fört att snurra och inte förmå att ta till dej något alls av vad jag skrivit.
Du ges även externa länkar med förklaringar, är de snurriga för dej de också?
Det var inte kunskapen jag syfta på. Det var hur du väljer att svara och skriva din text :wink:
Nej det lär du dej INTE att göra antenner på. Att kopiera ett mönster ger inte någon kunskap om mönstrets egenskaper.
Att slaviskt följa ett mönster är ett sätt att undvika lära sej om antenner i hopp om att det man kopierar ska fungera även i din applikation.

Om du alls förstod så skrev jag om Appcad:
Som enkel lathund för att beräkna lite diverse och kolla på Smithdiagram, ja den duger säkert.
Lite av dess huvudfunktion är att beräkna transmissionsledare.
Att skapa en approximativ antenn är ditt uttryck och jag har inte aning hur du tänkt använda AppCad för att approximera antenner.
Skapa ungefärliga antenn-dimensioner på lågnivå, det kan man gör man med en linjal och huvudräkning för att sedan spanar in kretskortet och studerar var en kvartsvåglängd pinne eller IFA får rum och som medger bra speglings-dimensioner på jordplanet.
Då förstår jag. Jag ska låta dessa verktyg få vara ett tag.
Man kan börja med vilket skrot-PCB som helst, man ansluter mätinstrumentet via koaxialkabel till tänkta antenn-strukturen och sedan skär man bort mönster eller lägger till med koppartejp samtidigt som man följer förändringarna på mätinstrumentet.
Det är som en pot för att ställa in en spänning mha en multimeter. Du vrider på ratten och avläser mätinstrumentet.
Visst går det gissa en vridning på spänningsratten eller bygga antenner först och mäta resultatet i efterhand, men det är knappast särskilt praktisk metod.
Detta har jag inte tänkt på att man kunde göra så, alltså montera en antenn med koppartejp och mäta med VNA instrument på ett vanligt kretskort som saknar GND-plan.
Är det någon speciell koppartejp man ska använda?
Inte en aning om vad du funderar över. Du kan ha en antenn ansluten. Den kan vara extern eller intern. Du kan inte ha två eller tre antenner anslutna på samma krets samtidigt då de lastar varandra.
Men är det inte därför man använder en FEM-modul, för att skicka ut starkare signal från en antenn?
Nej det gör dom inte om man gör någorlunda rätt. Antennens impedans bestäms av antennens struktur.
Mönster, komponenter och mätkablar påverkar däremot mätt resultat.
Om du ansluter en transformator till 240V vägguttag påverkas ej vägguttagets spänning men transformatorn/komponenter/påverkar med multimetern uppmätt resultat.
Det är detta jag menar. Jag ska ju mäta frekvensen vid RF-pinnen på WF200 för att avgöra om den får den frekvens som den vill ha?
Du har alltså ingen aning alls om bas-principerna för hur en radio-mottagare fungerar? Du har inte en aning om att det handlar om impedansmatchning som inte är något filter. Det man åstadkommer med spolar och kondensatorer i ett matcningsnät är en slags transformator som har en inimpedans och en annan utimpedans för att maximera effektöverföring mellan antenn och radio.
Jag har aldrig hållit på med radio. Jag har bara byggt en kristallradio när jag var yngre.
När jag pratar om filter så pratar jag om det som kommer efter antennen. Så dessa två kondensatorer och spolar ska vara en transformator?
Om målet vore att filtrera ut en frekvens så är dessa komponenter allt för ineffektiva och du avser att optimera för alla signaler på frekvensområdet 2400-2480, WiFi, blåtand mm som huserar där. Du kommer kunna få in alla WiFi-nät i närheten som alla hoppar in och styr ut din Smith-trigger.
Okej, då vet jag att dessa två kondensatorer + spole har inte något filtreringssyfte.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Men då börjar jag helt enkelt och införskaffa mig en VNA och koppartejp och bygger en antenn med 50 ohm impedans. Efter jag har hittat rätt utformning, så implementerar jag detta på ett PCB kort som saknar GND-plan och signal-plan.

Är det något mer än så här jag behöver för att börja mitt bygge av denna antenn? Utrustning t.ex. om jag ska limma fast koppartejpen på något PCB-kort som saknar lager.
E Kafeman
Inlägg: 3238
Blev medlem: 29 april 2012, 18:06:22

Re: Silicon Labs WF200/Microchip ATWINC1500 - Värt att testa?

Inlägg av E Kafeman »

>Det var inte kunskapen jag syfta på. Det var hur du väljer att svara och skriva din text :wink:
Och den anser du rörig. Det är så enkelt förklarat som man rimligen kan begära, med analogier så en 7-åring ska förstå samband och funktion.
Vad vill du ha mindre rörigt förklarat?
Eller är det att jag skriver på en allt för långdraget utförlig och för låg nivå som du inte förmår följa?

>Men är det inte därför man använder en FEM-modul, för att skicka ut starkare signal från en antenn?
Vet du vad en FEM är? FEM-modul som du skriver blir "Front End Module-modul". Det är inte ordpolis men ger tvivel om du vet vad FEM är eller om vi ens menar samma sak.
FEM, Front End Module, ger här en extra knapp till stolsvärmen: https://bimmerscan.com/bmw-front-electronic-module-fem/
Det har inte mycket med radio att göra men man kan säkert lägga till en bilradio-funktion på den FEM-modulen.

Att FEM-modul i sej skulle vara relaterat till starkare (eller svagare) uteffekt utsänd från en antenn är knappast korrekt.

I somliga sammanhang använder man FEM för att studera antennens omgivningar. FEM står då för Finite Element Method. Man bryter ner omgivningens elektriska egenskaper till en mängd små men elektriskt likformiga delar och beräknar delarnas inverkan för att sedan summera den mer komplexa helheten.

>Det är detta jag menar. Jag ska ju mäta frekvensen vid RF-pinnen på WF200 för att avgöra om den får den frekvens som den vill ha?

Du gör det svårt för dej. Har du funderat på hur radion fungerar i en TV-mottagare? Det finns kanske 30 TV-kanaler på antenningången som alla har ungefär samma signalnivå. Hur gör man då för att välja så att en enda av dessa kanaler visas på bildskärmen?
Det är ingen enskild frekvens utan en hel bandbredd med massa signaler som alls går in i radion samtidigt.

Även i en TV kan finnas matchningsnät som har till uppgift att se till att alla kanaler över använda frekvensbandet så effektivt som möjligt överförs från antenn till mottagare. Effektiviteten beror på hur pass väl man matchar antennens impedans mot mottagarens impedans för samtliga kanaler.

Här ett programmeringsexempel på hur man kan lösa matchningsproblem: https://www.mathworks.com/help/rf/ug/de ... tenna.html
Studera särskilt sista diagrammet som visar att mer effekt överförs med kondensatorer och spolar i slingan än utan dessa extra komponenter. Effekten är dessutom mer likformig över hela frekvensbandet, kurvan lutar inte som den gör utan matchningskomponenterna.

>Men då börjar jag helt enkelt och införskaffa mig en VNA och koppartejp och bygger en antenn med 50 ohm impedans. Efter jag har hittat rätt utformning, så implementerar jag detta på ett PCB kort som saknar GND-plan och signal-plan.

Ja det är en möjlighet som jag absolut rekommenderar för den som vill lära sej mera om inte bara antenner utan även filter och förstärkare i RF-steg hur sådana kan kopplas ihop och vad som menas med effektivitet och stabilitet för aktiva kretsar för bästa radio-funktion och bra täckningsområde. Att kunna mäta är så mycket mer än att gissa om det så är att ställa in en DC-pot till en lämplig spänning.
I ditt fall är jag lite osäker. Du behöver lära dej mer på en betydligt enklare nivå och kanske börja med DC-kretsar för att kunna bygga vidare på den kunskapen.
Fixar man inte detta på DC-nivå så är man definitivt körd för AC och det finns inga enkla genvägar.
Det är Ohm, Watt och Kirchhoff som ger dej beräkningsgrunderna för enkla DC-slingor.

När man kommer till växelspänning och reaktanser som handlar om spolar och kondensatorer och senare även om radio och antenner är det kunskap som du behöver lära dej om för att kunna få nytta av verktyget en VNA utgör. Det är som att mäta med en voltmeter på ett batteri, man har ingen glädje av det om man inte har en uppfattning om vad mätinstrumentet visar.

Det viktigaste du kan utläsa på en VNA visas vanligen som ett Smith-diagram. Kan du inte hantera sådana diagram i pappersform och inte förstår kondensatorer och spolars roll, förstår matematiken för smal och bredbandig impedanstransformering med sådana komponenter, då är det bortkastat att köpa ett mätinstrument som definitivt kräver att man vet vad man sysslar med för att kunna utläsa något vettigt.

Du har fått länkar till sådan kunskap men du tycks inte ännu förstått ens de minimala elektriska grunderna och verkar klen på det matematiska. Det är sagt i all välmening. Du måste inse att de enklare elektriska grunderna krävs för att inte bara springa in väggar så fort du inte förstår på en högre nivå.

Kirchhoff, har du hört talas om och kan räkna på kretsar mha Kirchhoffs lag?
Klarar du matematiken och syftet med den på dessa nivåer:
För DC: https://www.nagwa.com/en/videos/389162149079/
För AC: https://techweb.rohm.com/know-how/trans ... tion/2760/

Det är inte för att pressa dej till att svara men det är i sammanhanget grundläggande kunskap så det räcker att du ställer dej själv frågan om du vill och förmår lära dej om sådant.

>Är det något mer än så här jag behöver för att börja mitt bygge av denna antenn?

Ja en massa kunskap enligt ovan eller väljer du att förlita dej till andras kunskap i framtiden och nöja dej med att kopiera deras bilder på kretsar, filter och antenner och inte ha en aning om hur du ska på egen hand beräkna komponentvärden.

Du har fått mer än nog av text och länkar på denna nivån från mej. Nu är det upp till dej själv att anstränga dej att lära dej grunder för att själv kunna räkna på sådana kretsar för bas-elementen motstånd kondensatorer och induktanser och senare även lära hur de sampelar med radio och antenners impedanser för bästa impedansmatchning.

Även om man inte ska designa någon radio behövs baskunskap om hur en radio fungerar om man bättre ska förstå vad man vill åstadkomma med matchning.
Grundprincipen vad gäller WiFi-radions metod att välja vilken av alla inkommande kanaler den ska processa och som du fick schema på av mej skiljer inte så mycket från superheterodyn-radion som lanserades för 100 år sedan. Som ofta med elektronik, det är så mycket enklare att lära sej om moderna radio-apparater om man har grunderna från äldre tiders radio-teknik.

Superheterodynens metod att välja en enskild radiosändare att lyssna på är bra förklarat här:
DanielM
Inlägg: 2166
Blev medlem: 5 september 2019, 14:19:58

Re: Silicon Labs WF200/Microchip ATWINC1500 - Värt att testa?

Inlägg av DanielM »

E Kafeman skrev: 24 februari 2023, 00:56:31 >Det var inte kunskapen jag syfta på. Det var hur du väljer att svara och skriva din text :wink:
Och den anser du rörig. Det är så enkelt förklarat som man rimligen kan begära, med analogier så en 7-åring ska förstå samband och funktion.
Vad vill du ha mindre rörigt förklarat?
Eller är det att jag skriver på en allt för långdraget utförlig och för låg nivå som du inte förmår följa?
Jag vill ha ett sakligt svar. När du svarar så är det långa inlägg som är säkerligen fylld med erfarenhet. För mitt perspektiv så letar jag vart jag ska börja någonstans.
Nu vet jag vad början är: VNA + bygga antenn. Inte räkna på något, utan fysiskt bygga. Räkna är nästa steg.
>Men är det inte därför man använder en FEM-modul, för att skicka ut starkare signal från en antenn?
Vet du vad en FEM är? FEM-modul som du skriver blir "Front End Module-modul". Det är inte ordpolis men ger tvivel om du vet vad FEM är eller om vi ens menar samma sak.
FEM, Front End Module, ger här en extra knapp till stolsvärmen: https://bimmerscan.com/bmw-front-electronic-module-fem/
Det har inte mycket med radio att göra men man kan säkert lägga till en bilradio-funktion på den FEM-modulen.

Att FEM-modul i sej skulle vara relaterat till starkare (eller svagare) uteffekt utsänd från en antenn är knappast korrekt.

I somliga sammanhang använder man FEM för att studera antennens omgivningar. FEM står då för Finite Element Method. Man bryter ner omgivningens elektriska egenskaper till en mängd små men elektriskt likformiga delar och beräknar delarnas inverkan för att sedan summera den mer komplexa helheten.
Jo, men har jag behov utav en Front End Module, dvs extra IC-chip, för min WF200 om jag redan har två stycken antenner?
>Det är detta jag menar. Jag ska ju mäta frekvensen vid RF-pinnen på WF200 för att avgöra om den får den frekvens som den vill ha?

Du gör det svårt för dej. Har du funderat på hur radion fungerar i en TV-mottagare? Det finns kanske 30 TV-kanaler på antenningången som alla har ungefär samma signalnivå. Hur gör man då för att välja så att en enda av dessa kanaler visas på bildskärmen?
Det är ingen enskild frekvens utan en hel bandbredd med massa signaler som alls går in i radion samtidigt.

Även i en TV kan finnas matchningsnät som har till uppgift att se till att alla kanaler över använda frekvensbandet så effektivt som möjligt överförs från antenn till mottagare. Effektiviteten beror på hur pass väl man matchar antennens impedans mot mottagarens impedans för samtliga kanaler.

Här ett programmeringsexempel på hur man kan lösa matchningsproblem: https://www.mathworks.com/help/rf/ug/de ... tenna.html
Studera särskilt sista diagrammet som visar att mer effekt överförs med kondensatorer och spolar i slingan än utan dessa extra komponenter. Effekten är dessutom mer likformig över hela frekvensbandet, kurvan lutar inte som den gör utan matchningskomponenterna.
Jag vet att det går in en signal in till en radio, som innehåller olika frekvenser.
>Men då börjar jag helt enkelt och införskaffa mig en VNA och koppartejp och bygger en antenn med 50 ohm impedans. Efter jag har hittat rätt utformning, så implementerar jag detta på ett PCB kort som saknar GND-plan och signal-plan.

Ja det är en möjlighet som jag absolut rekommenderar för den som vill lära sej mera om inte bara antenner utan även filter och förstärkare i RF-steg hur sådana kan kopplas ihop och vad som menas med effektivitet och stabilitet för aktiva kretsar för bästa radio-funktion och bra täckningsområde. Att kunna mäta är så mycket mer än att gissa om det så är att ställa in en DC-pot till en lämplig spänning.
Då köper jag in en VNA och bygger en antenn. Ska jag ha antennen i luften, eller ska den vara fastmonterad på ett kretskort? Vilken typ av kretskort?
Du har fått mer än nog av text och länkar på denna nivån från mej. Nu är det upp till dej själv att anstränga dej att lära dej grunder för att själv kunna räkna på sådana kretsar för bas-elementen motstånd kondensatorer och induktanser och senare även lära hur de sampelar med radio och antenners impedanser för bästa impedansmatchning.
Men då köper jag in en VNA och bygger en antenn från skrot. Inte räkna på det.
Jag har planer att jag klistrar fast en koppartejp på något som är platt. Sedan tar jag en kniv och gör ett F.

Sedan formar jag F:et så jag får 50 ohm impedans mellan nedre punkt på F, och denna lilla "pinne" som sticker ut på F:et.

Edit:

En idé som jag har är att jag eftermonterar en PCB-antenn med hjälp av koppartejp. För då vet jag precis hur mycket dom övriga 0402 komponenterna påverkar kretskortet i helhet.
Vad tro du om det?

En annan fråga: Kan nanoVNA vara ett bra köp?
Användarvisningsbild
mankan
EF Sponsor
Inlägg: 905
Blev medlem: 18 juli 2015, 11:23:22
Ort: Linköping

Re: Silicon Labs WF200/Microchip ATWINC1500 - Värt att testa?

Inlägg av mankan »

Först: tack Kafeman för att du tar dig tiden med dina inlägg. Jag som hobby-RF-konstruktör och innehavare av 3 VNA:er (varav jag har reparerat eller modifierat alla) och 1 en hemmabygd SNA lär mig saker på dina inlägg.

För att återgå till tråden:
Att köpa en NanoVNA är inte helt enkelt då den den finns i flera versioner och kopior och plagiat. Men om du ska mäta på 2.4GHz rekommenderar jag någon av modellerna från https://nanorfe.com/nanovna-v2.html.
DanielM
Inlägg: 2166
Blev medlem: 5 september 2019, 14:19:58

Re: Silicon Labs WF200/Microchip ATWINC1500 - Värt att testa?

Inlägg av DanielM »

Så målet med att konstruera antennen är för att få denna krets i självsvängig?
Alltså egenfrekvensen, eller uttryckt som att amplitudförhållandet mellan insignal och utsignal är störst vid 2.4GHz.
Bild
E Kafeman
Inlägg: 3238
Blev medlem: 29 april 2012, 18:06:22

Re: Silicon Labs WF200/Microchip ATWINC1500 - Värt att testa?

Inlägg av E Kafeman »

Huvudmålet i detta fallet är att få antennen effektiv i sin omvandling till och från rymdvåg från 2400 till 2480 MHz, dvs inte en enskild frekvens utan hela frekvensområdet. Matchningsnätet spelar en viktig roll för att uppnå detta.

Självsvängig lär nog inte inträffa, för det behövs systemgain över 1 och det händer inte med passiva kretsar eller antenner.
Ett matchningsnäts egenskaper är inte särskilt intressant som ensam egenskap, det är summan av nätet samt den krets den är avsedd att impedansmatcha som är väsentlig. Matchningsnät hittas som mellanled mellan olika transistorer, filter, antenner.

För initial design av aktuell antenntyp och PCB innebär det som tidigare beskrivet ofta att man initialt lägger impedansen för free space till typ 50-j40 Ohm samt med tuningsutrymme för att få effektivitet som är jämn och hög över hela frekvensområdet för den färdiga produkten.
Vet man inte hur produkten kommer användas, hur dess slutliga närfält kommer lasta antennen, då får man göra ett antagande för free space för att inte hamna allt för snett vid den slutliga impedansmatchningen.
Detta är situationen för den lite mer yrkesmässiga antenn-tuningen.
Hobbyisten med tillgång till VNA som ska tillverka något i ett fåtal exemplar kan kanske både designa antenn och tuna direkt på slutprodukten monterad i dess slutliga närfält.

PI-nätet som du bifogar är vad som är agerar frekvensberoende impedanstransformator där summa impedansen för nät samt antenn bör ha så låg reflektionsfaktor som möjligt för bästa effektöverföring.
Som bekant så är reaktiv effekt inte önskvärd varken på vanliga elnätet eller för att mata en radiokrets, reaktiv ström stjäl utrymme och ger ingen effektöverföring.
Däremot kan det och ska vid behov finnas reaktiv komponent i ett matchningsnäts utimpedans för att konjugatmatchning, vilket är ett sätt att neutralisera reaktiva komponenten i den mottagande källan som kan vara en radiokrets.

Om man räknar på effektivitet kontra förluster i vanliga induktanser så begränsar det impedansens transformationsratio om man vill hålla uppe effektiviteten.
För stor omsättning på transformator-funktionen kostar för mycket förluster. Det känner vi till från t.ex. resonanta elektriskt små loop-antenner som har låg impedans, på något enstaka Ohm där man ofta får stora omvandlingsförluster för att ta sej till 50+j0 Ohm eller vad nu målet är.
Det är samma med IFA-antennen, för bästa effektivitet måste man hålla sej inom vissa geometrier för att inte få för stora omvandlings-ration från antennens impedans till önskad slutimpedans.
Senast redigerad av E Kafeman 26 februari 2023, 00:46:41, redigerad totalt 1 gång.
Skriv svar