Bästa PCB layout och metod för enkel matching av antenn
Bästa PCB layout och metod för enkel matching av antenn
.
Senast redigerad av weedogt2 13 maj 2025, 08:52:21, redigerad totalt 1 gång.
Re: Bästa PCB layout och metod för enkel matching av antenn
En liten grej, korta upp eller helst ta bort T-grenarna till J1 R2 X1 X3.
Re: Bästa PCB layout och metod för enkel matching av antenn
Beror på hur bra du kan detta med matchning.
Själv arbetar jag helst med att ansluta pigtails, kort koax som man avleder på ett sätt som inte stör kretskortets jordplan.
Det är ju annars lätt hänt att mätkabeln blir en del av det man mäter.
Den extra Uufl-kontakten behövs inte men den ska vara kvar under mätningen om det är så du avser slutlig PCB-layout. Annars hade jag kapat med skalpell den delen av PCB, ledningen fram till kontakten och eventuellt täckt med något så att jordplanet blir obeskuret.
Använd hyggligt stort frekvensområde, 500-1000MHz. Ännu större om matchningen omfattar harmoniska övertoner som ska dämpas.
Vill inte ha någon särskild ufl-kontakt. Pigtailen kan SOL-kalibreras i förväg med lödblob och smd 50 Ohm resistor om man
vill det. Använd så kort oskärmad centerledare som möjligt.
Förutsätter att radio TX/RX inte har DC-villkor, eller behövs en större seriekondensator.
Anlslut kabelskärm till RF-mässigt PCB jordplan och centerledare till den pad där du avser placera en matchningskomponent i position närmast radion. I ditt fall, ta bort R1 och anslut koaxen på R1s pad mot radion.
Jorda tillfälligt denna pad med lödblob eller skalpell och sätt korrekt delay så att Smith-digrammet visar kl 9 utan synbart dålig kalibrering.
Kolla med din VNA så att TX inte överlastar den.
Nu spänningssätt och starta radion.
Mät aktiv TX och RX impedans.
Tx/Rx impedanskurvor är inte lika så du får vikta. En bra VNA kan beräkna ett medel. Det blir aldrig 50+j0 Ohm
Beroende på VNA-mätmetod kan det bli "stjärna" på aktiva TX-frekvensen. Enklast är om du kan medelvärdesbilda över tid så att stjärnan försvinner. Jag har den funktionen i mitt mätprogram beskrivet längre ned.
Ska antenningången var matchad för en specifik antenn så anslut den nu, annars anslut en 50Ohm resistor via ufl-kontakten.
868 MHz är relativt låg frekvens så normalt om matchningskomponenterna sitter tätt får man inga stora delay--problem
Utan att ändra jorden mer än nödvändigt för mätkabeln flytta centerledaren så den kan mäta på pad mot antenn med avbrott mot radion, dvs den andra R1-padden. Vid behov stoppa dit 0-Ohmare för förbindelse med antennen.
Matchningskomponenten närmast antenn jordas tillfälligt för att kolla så inte jordningen och delayen ändrats.
Beräkna genom konjugatmatchning lämpligt värde för denna komponent samt löd dit den. Beräkning tillkommer om du även ska undertrycka övertoner. Om T elle PI-nät så får du vid dessa beräkningar använda virtuella S-parametrar för övriga två komponenter.
Verifiera delresultatet med VNA och om ok, låt den vara inlödd upprepas proceduren med närmast nästa komponent.
Om värdet inte blir som förväntat, inte överensstämmer med virtuella beräkning, justera värde till du är på rätt spår.
När andra komponentens värde är utprovat låt den också sitta och upprepa beräkningen med endast den sista virtuella komponenten. Löd dit det beräknade värdet och verifiera genom mätning.
Pigtailen tas bort.
Nu ska man kunna mäta tilltänkta antennens konjugatimpedans vid UFL-kontakten med aktiv radio. Mät med VNA-
Verifiera med spektrumanalysator att övertoner är tillräckligt missmatchade och ger krävd undertryckning.
Om inbyggd antenn eller att det finns föremål i närheten av antennen så inverkar det. Störande kablar, inbyggnadslådans material är sådant som kan inverka både på jordplanets storlek vilket kan ändra faktiska impedansen och möjlighet att påverka antenn-impedansen i luften.
Ovan mätprocedur är bara generell. Omständigheter av olika slag kan göra att det är lämpligare med annan mätordning.
Matchningen behöver kanske inte vara optimal på olika sätt. Man kan höfta med virtuella komponenter såsom ideala om beräkning med S-parametrar är svårt.
I dit fall finns matchnings-möjlighet med både T och PI-nät. Behövs det? Ju fler komponenter ju bättre kan man hantera matchning och olika bredbandiga krav så därefter är det bra med många matchningskomponenter men då paddar och komponenter inte är ideala så försvinner lite av effektiviteten för varje komponent i oavsiktliga resistanser och oavsiktlig läckage och utstrålning. Generellt ser dit PCB ut att ha obrutna jordplan och kompakt layout för matchningskomponenter och plätteringarna ner till jordlager minskar reaktiva förluster i jordplan vilket underlättar matchningen och ger stabilare slutresultat.
Ibland tillkommer matchningskrav för TIS/TRP eller att man vill optimera matchning för något som både ska vara optimalt när sändaren är kroppsburen eller i fri space vilket avsevärt kan ändra antennens impedans.
Jag har gjort ett datorprogram som läser värdet direkt från VNA över GPIB och utför automatisk alla beräkningarna inklusive att ta medelvärden för Tx/Rx och sedan sätta detta värdet som konjugatmatch mot av dej vald impedanskurva för en antenn eller 50 Ohm, för att sedan räkna ut optimala matchningsnätet. Ger även support för TIS/TRP/olika kroppsnärhet och kan mäta antenn-effektivitet vilket få VNA kan i sin inbyggda programvara.
Har din VNA GPIB så prova gärna. Programmet är gratis att använda och är fullt fungerande 30 dagar. http://www.antune.net
Använder det programmet här där jag matchar om en antenn från 900 MHz till 2.4 GHz:
Själv arbetar jag helst med att ansluta pigtails, kort koax som man avleder på ett sätt som inte stör kretskortets jordplan.
Det är ju annars lätt hänt att mätkabeln blir en del av det man mäter.
Den extra Uufl-kontakten behövs inte men den ska vara kvar under mätningen om det är så du avser slutlig PCB-layout. Annars hade jag kapat med skalpell den delen av PCB, ledningen fram till kontakten och eventuellt täckt med något så att jordplanet blir obeskuret.
Använd hyggligt stort frekvensområde, 500-1000MHz. Ännu större om matchningen omfattar harmoniska övertoner som ska dämpas.
Vill inte ha någon särskild ufl-kontakt. Pigtailen kan SOL-kalibreras i förväg med lödblob och smd 50 Ohm resistor om man
vill det. Använd så kort oskärmad centerledare som möjligt.
Förutsätter att radio TX/RX inte har DC-villkor, eller behövs en större seriekondensator.
Anlslut kabelskärm till RF-mässigt PCB jordplan och centerledare till den pad där du avser placera en matchningskomponent i position närmast radion. I ditt fall, ta bort R1 och anslut koaxen på R1s pad mot radion.
Jorda tillfälligt denna pad med lödblob eller skalpell och sätt korrekt delay så att Smith-digrammet visar kl 9 utan synbart dålig kalibrering.
Kolla med din VNA så att TX inte överlastar den.
Nu spänningssätt och starta radion.
Mät aktiv TX och RX impedans.
Tx/Rx impedanskurvor är inte lika så du får vikta. En bra VNA kan beräkna ett medel. Det blir aldrig 50+j0 Ohm
Beroende på VNA-mätmetod kan det bli "stjärna" på aktiva TX-frekvensen. Enklast är om du kan medelvärdesbilda över tid så att stjärnan försvinner. Jag har den funktionen i mitt mätprogram beskrivet längre ned.
Ska antenningången var matchad för en specifik antenn så anslut den nu, annars anslut en 50Ohm resistor via ufl-kontakten.
868 MHz är relativt låg frekvens så normalt om matchningskomponenterna sitter tätt får man inga stora delay--problem
Utan att ändra jorden mer än nödvändigt för mätkabeln flytta centerledaren så den kan mäta på pad mot antenn med avbrott mot radion, dvs den andra R1-padden. Vid behov stoppa dit 0-Ohmare för förbindelse med antennen.
Matchningskomponenten närmast antenn jordas tillfälligt för att kolla så inte jordningen och delayen ändrats.
Beräkna genom konjugatmatchning lämpligt värde för denna komponent samt löd dit den. Beräkning tillkommer om du även ska undertrycka övertoner. Om T elle PI-nät så får du vid dessa beräkningar använda virtuella S-parametrar för övriga två komponenter.
Verifiera delresultatet med VNA och om ok, låt den vara inlödd upprepas proceduren med närmast nästa komponent.
Om värdet inte blir som förväntat, inte överensstämmer med virtuella beräkning, justera värde till du är på rätt spår.
När andra komponentens värde är utprovat låt den också sitta och upprepa beräkningen med endast den sista virtuella komponenten. Löd dit det beräknade värdet och verifiera genom mätning.
Pigtailen tas bort.
Nu ska man kunna mäta tilltänkta antennens konjugatimpedans vid UFL-kontakten med aktiv radio. Mät med VNA-
Verifiera med spektrumanalysator att övertoner är tillräckligt missmatchade och ger krävd undertryckning.
Om inbyggd antenn eller att det finns föremål i närheten av antennen så inverkar det. Störande kablar, inbyggnadslådans material är sådant som kan inverka både på jordplanets storlek vilket kan ändra faktiska impedansen och möjlighet att påverka antenn-impedansen i luften.
Ovan mätprocedur är bara generell. Omständigheter av olika slag kan göra att det är lämpligare med annan mätordning.
Matchningen behöver kanske inte vara optimal på olika sätt. Man kan höfta med virtuella komponenter såsom ideala om beräkning med S-parametrar är svårt.
I dit fall finns matchnings-möjlighet med både T och PI-nät. Behövs det? Ju fler komponenter ju bättre kan man hantera matchning och olika bredbandiga krav så därefter är det bra med många matchningskomponenter men då paddar och komponenter inte är ideala så försvinner lite av effektiviteten för varje komponent i oavsiktliga resistanser och oavsiktlig läckage och utstrålning. Generellt ser dit PCB ut att ha obrutna jordplan och kompakt layout för matchningskomponenter och plätteringarna ner till jordlager minskar reaktiva förluster i jordplan vilket underlättar matchningen och ger stabilare slutresultat.
Ibland tillkommer matchningskrav för TIS/TRP eller att man vill optimera matchning för något som både ska vara optimalt när sändaren är kroppsburen eller i fri space vilket avsevärt kan ändra antennens impedans.
Jag har gjort ett datorprogram som läser värdet direkt från VNA över GPIB och utför automatisk alla beräkningarna inklusive att ta medelvärden för Tx/Rx och sedan sätta detta värdet som konjugatmatch mot av dej vald impedanskurva för en antenn eller 50 Ohm, för att sedan räkna ut optimala matchningsnätet. Ger även support för TIS/TRP/olika kroppsnärhet och kan mäta antenn-effektivitet vilket få VNA kan i sin inbyggda programvara.
Har din VNA GPIB så prova gärna. Programmet är gratis att använda och är fullt fungerande 30 dagar. http://www.antune.net
Använder det programmet här där jag matchar om en antenn från 900 MHz till 2.4 GHz:
Re: Bästa PCB layout och metod för enkel matching av antenn
.
Senast redigerad av weedogt2 13 maj 2025, 08:52:07, redigerad totalt 1 gång.
Re: Bästa PCB layout och metod för enkel matching av antenn
Du vill konjugatmatcha antennens impedans mot radions impedans.
Bägge måste mätas annars blir det en rätt meningslös övning.
Radions impedans kan du inte mäta med avslagen radio.
Det vore som att mäta mot antenn utan att ha antennen ansluten.
NanoVNA, kolla att den tål radions sändeffekt eller får man använda dämpsatser.
Troligen uppstår ett stjärnmönster vid TX som du får bortse från.
Radion har två olika impedanser, dels TX dels RX. Bägge måste mätas.
NanoVNA är lite begränsad i mattefunktioner men det går ladda ner S11 för TX och RX för att vikta dessa kurvorna efter ditt behov..
Bägge måste mätas annars blir det en rätt meningslös övning.
Radions impedans kan du inte mäta med avslagen radio.
Det vore som att mäta mot antenn utan att ha antennen ansluten.
NanoVNA, kolla att den tål radions sändeffekt eller får man använda dämpsatser.
Troligen uppstår ett stjärnmönster vid TX som du får bortse från.
Radion har två olika impedanser, dels TX dels RX. Bägge måste mätas.
NanoVNA är lite begränsad i mattefunktioner men det går ladda ner S11 för TX och RX för att vikta dessa kurvorna efter ditt behov..
Re: Bästa PCB layout och metod för enkel matching av antenn
.
Senast redigerad av weedogt2 13 maj 2025, 08:51:50, redigerad totalt 1 gång.
Re: Bästa PCB layout och metod för enkel matching av antenn
Jag förstår inte hur du kan tänka dej vilja matcha något genom att bara mäta åt ena hållet. Ingen vettig RF-tekniker som skulle drömma om att göra sådant misstag.
Du sparar heller knappast någon tid, det är bara att flytta pigtailens centerledare mellan två paddar för att kunna mäta åt bägge håll.
>Jag tänker att modulen kan betraktas som en färdig komponent med 50 Ohm in och ut
Med det bekräftar du att du aldrig tidigare mätt på denna typ av radio.
Vill du mäta åt bara ena hållet är det inte mitt bekymmer, men smart är det inte.
Det spelar ingen roll om tillverkaren av chippet säjer 50 Ohm. Det är en grov estimering där tillverkaren implementerade chippet på ett okänt PCB.
Har du någon gång mätt på sådan modul vet du bättre.
>Den NanaoVNA jag har kan räkna ut matchningskomponenter för ett Pi-nätverk.
Beräkning av matchning kan inkludera förväntade impedans-variationer i din antenns närhet, om sådana förekommer.
Som du säkert vet är en optimerad PI-topologi en mix av ej förddefinerade värden av S-paramettrar för ej fördefinerade val av L och C för resp komponentplats.
Det är därför tillverkarna av dessa komponenter tillhandahåller S-parametrar.
Som du lätt kan se om du jämför, så ha r t.ex. en trådlindad 0402 spole från Murata på 10nH en annan kurva än motsvarande spole från annan tillverkare eller 10nH 0403 från Murata i film-utförande och ännu större skillnad till en trådlindad 10nH men i 0603-storlek. Rätt topologi-val och man minskar systemets resistiva förluster. Visst blir impedanskurvan bredare och stabilare ur VSWR-synpunkt om man använder film-folie induktanser i stället för trådlindade, men resistiva förlusterna blir desto större.
Bra att din VNA har S-parametrar till valda komponenter från olika fabrikanter. För det är väl inte så simpelt att det är kalkyl med ideala antagande om komponentvärden? Det är misstag som lätt kostar några dB i prestanda.
Om din antenn står på ideal jord eller fri space, då räcker det bra att bara tuna för en enda situation och en enda smal frekvens.
Om inte, då försöker man normalt simulera eller göra praktiska tester även om hela konstruktionen ännu inte är byggd. Även om man inte ämnar bry sej om annat än en specifik antenn-situation är det nyttigt att veta vad som kan hända om omgivning eller jordplan varieras.
Har ingen aning om vilken typ av antenn du valt vilken omständighet i antennens närhet som går optimera för vad gäller impedansmatchning. Är antennen kroppsnära, är jordplan så stort att det kan betraktas som idealt, är hänsyn tagen vid kort jordplan så att din VNA och mätkabel inte förlängde jordplanet?
Din VSWR säjer inget om man inte vet vad du mätt på och hur mätuppställningen såg ut. Ett Smith-diagram säjer 10 ggr mera om man känner mätomständigheten. Enbart een VSWR-kurva och det kan vara ett LC-tunat motstånd du mätt på.
Slutlig antenn-koppling, slutlig apparat inklusive hölje och med designens jordplan, var det så antennen mättes och vilken typ av antenn, inbyggd, direkt extern, eller separat jordplan och anslutning med kabel? Full dipol, dipol av monopol-typ eller loop?
Mät upp både antenn och radio under dess rätta omständigheter så som jag beskrivet det. Redovisa gärna Smith-diagram. Det är säkert andra i tråden som inte har VNA att mäta med som också skulle vilja veta om en sådan modul ger 50 Ohm som in och ut-impedans.
Du får ta mina råd om arbetsmetodik om du vill men jag kommer inte att påstå en tredje gång att det är mycket osmart att tuna mellan två impedanser och bara mäta den ena impedans-riktningen
Och radion ska vara aktiv. Det är samma som att mäta om en glödlampa avger förväntat ljus, det mäts bäst med lysande lampa.
Mät med rätt timeframing, dvs provkortslut vid mätpadden och verifiera att kurvan blir en prick klockan nio i Smith-diagrammet.
Återkom och korrigera mej om jag hade fel, att impedansen visst var hyggligt nära 50+j0 Ohm när du mätte på radion, så det var bortkastad tid att mäta.
Du sparar heller knappast någon tid, det är bara att flytta pigtailens centerledare mellan två paddar för att kunna mäta åt bägge håll.
>Jag tänker att modulen kan betraktas som en färdig komponent med 50 Ohm in och ut
Med det bekräftar du att du aldrig tidigare mätt på denna typ av radio.
Vill du mäta åt bara ena hållet är det inte mitt bekymmer, men smart är det inte.
Det spelar ingen roll om tillverkaren av chippet säjer 50 Ohm. Det är en grov estimering där tillverkaren implementerade chippet på ett okänt PCB.
Har du någon gång mätt på sådan modul vet du bättre.
>Den NanaoVNA jag har kan räkna ut matchningskomponenter för ett Pi-nätverk.
Beräkning av matchning kan inkludera förväntade impedans-variationer i din antenns närhet, om sådana förekommer.
Som du säkert vet är en optimerad PI-topologi en mix av ej förddefinerade värden av S-paramettrar för ej fördefinerade val av L och C för resp komponentplats.
Det är därför tillverkarna av dessa komponenter tillhandahåller S-parametrar.
Som du lätt kan se om du jämför, så ha r t.ex. en trådlindad 0402 spole från Murata på 10nH en annan kurva än motsvarande spole från annan tillverkare eller 10nH 0403 från Murata i film-utförande och ännu större skillnad till en trådlindad 10nH men i 0603-storlek. Rätt topologi-val och man minskar systemets resistiva förluster. Visst blir impedanskurvan bredare och stabilare ur VSWR-synpunkt om man använder film-folie induktanser i stället för trådlindade, men resistiva förlusterna blir desto större.
Bra att din VNA har S-parametrar till valda komponenter från olika fabrikanter. För det är väl inte så simpelt att det är kalkyl med ideala antagande om komponentvärden? Det är misstag som lätt kostar några dB i prestanda.
Om din antenn står på ideal jord eller fri space, då räcker det bra att bara tuna för en enda situation och en enda smal frekvens.
Om inte, då försöker man normalt simulera eller göra praktiska tester även om hela konstruktionen ännu inte är byggd. Även om man inte ämnar bry sej om annat än en specifik antenn-situation är det nyttigt att veta vad som kan hända om omgivning eller jordplan varieras.
Har ingen aning om vilken typ av antenn du valt vilken omständighet i antennens närhet som går optimera för vad gäller impedansmatchning. Är antennen kroppsnära, är jordplan så stort att det kan betraktas som idealt, är hänsyn tagen vid kort jordplan så att din VNA och mätkabel inte förlängde jordplanet?
Din VSWR säjer inget om man inte vet vad du mätt på och hur mätuppställningen såg ut. Ett Smith-diagram säjer 10 ggr mera om man känner mätomständigheten. Enbart een VSWR-kurva och det kan vara ett LC-tunat motstånd du mätt på.
Slutlig antenn-koppling, slutlig apparat inklusive hölje och med designens jordplan, var det så antennen mättes och vilken typ av antenn, inbyggd, direkt extern, eller separat jordplan och anslutning med kabel? Full dipol, dipol av monopol-typ eller loop?
Mät upp både antenn och radio under dess rätta omständigheter så som jag beskrivet det. Redovisa gärna Smith-diagram. Det är säkert andra i tråden som inte har VNA att mäta med som också skulle vilja veta om en sådan modul ger 50 Ohm som in och ut-impedans.
Du får ta mina råd om arbetsmetodik om du vill men jag kommer inte att påstå en tredje gång att det är mycket osmart att tuna mellan två impedanser och bara mäta den ena impedans-riktningen
Och radion ska vara aktiv. Det är samma som att mäta om en glödlampa avger förväntat ljus, det mäts bäst med lysande lampa.
Mät med rätt timeframing, dvs provkortslut vid mätpadden och verifiera att kurvan blir en prick klockan nio i Smith-diagrammet.
Återkom och korrigera mej om jag hade fel, att impedansen visst var hyggligt nära 50+j0 Ohm när du mätte på radion, så det var bortkastad tid att mäta.
