Nej jag svävar inte på svaren. Det är definitiva svar.
> nu förstår jag att polariseringen kan påverkas markant av hur WiFi-modulen förhåller sig till PCB-kortets jordplan.
Och i närfält har det marginell betydelse.
>men det måste finns någon placering som generellt sätt är bättre att börja med, än att bara låta slumpen avgöra detta.
Självklart gör det det men det finns inte tillräckligt med information för att ge svaret.
Jag gav dej några av de överväganden jag gör vid liknande fall.
Är EMI viktig eller kan ställa till med problem. Ska den certifieras? Vill man att anslutande kablar ska påverka radio-funktion eller måste bygget vara robust och stabilt repeterbart i sin prestanda vad gäller tillåten och icke tillåten utstrålning.
>Du säger att jag ska mäta med "motstånd och VNA" på något som inte existerar och det är inte det lättaste
Nej det gjorde jag inte. VNA är basverktyg när man jobbar med RF och komplexa impedanser. Utan VNA är precis som att bygga ficklampa och inte ha en multimeter att mäta att det fungerar, laddar strömförbrukning mm. Man är lika blind utan VNA för RF.
Hobbyisster köper färdiga lösningar radio och antenn och hoppas på det bästa utan att mäta och när man får EMI -problem eller oväntat kort räckvidd onormalt varmt RF-chip är man i avsaknad av möjlighet att mäta vad som är fel.
Det som du säjer inte existerar är tre saker: radion och matcnings-komponenterna och antennen på ESP-pcbt, De existera i högsta grad och är avgörande komponenter.
Antenn-mönstret är bara halva antennen så man mäter som till en regel relativt en jordpunkt mha av en inlödd pigtail.
Motståndet jag nämnde i ovan inlägg är inte för mätandets skull utan för att med större sannolikhet ge en stabil impedans för slutprodukten om man saknar mätmöjlighet och som du skrev så var det nära till routern så maximerad antennprestanda var mindre viktigt.
Du har köpt ESP-chip på PCB med integrerad antenn. Det gör jag också ibland. Det första jag gör är att kontrollmäta antenn-matchningen som nästan alltid är undermålig för PCB-antenn i "free space" och än sämre när den placeras med andra komponenter men det är normalt att det inte stämmer och är inte nödvändigtvis dålig kvalitet om det inte är tokfel matchning eller ovanligt usel antenn-design.
Som minst sitter det en kondensator i serie med RF-utgången på ESP-chippet och det kan förväntas vara några pF men det har hänt mej att det varit 100nF. Man är inte så noga vad man stoppar dit och det verkar fungera 5-10m i free space så det hänger man inte upp sej på att man tar de kondensatorerna man har tillgängliga vid tillverkningen.
De vet naturligtvis inte heller hur antennen och jordplan är utformade i slutprodukten. Allt som finns i närheten av antenn-delen påverkar impedansen, moder-PCB, plasten i apparathöljet och om det kommer en hand i närheten syns väl med VNA.
För bra matchning anpassar man antennen utformning och/eller justerar med impedansmatchnde komponenter för att optimera för just dina driftsomständigheter.
Det kan mycket väl vara tillräckligt bra matchning i den befintliga produkten, det fungerar någorlunda trots att halva antennen (ditt moderPCB) ges en impedans som kineserna som matchat antenn och komponenter inte kan förutsäga.
Det de brukar göra är att ge ESP32-pcbt en antagen matchning som ska vara "lagom bra" för att inte bli helt fel i en okänd omgivning. Inte bra men inte heller helt kass.
Det är som till en regel inga större problem att genom att bara justera befintliga komponentvärden väsentligt öka radio-räckvidd samtidigt som strömförbrukningen kan minskas och minskar samtidigt interna störningar på eget kretskort. Misstunad antenn ger reflekterande strömmar in på kretskortet som smittar andra signaler och så småningom blir värme i någon krets.
Det är inga stora värmemängder men kostar batteri att skapa förlustströmmar.
Tunad antenn å andra sidan med design som ger hög effektivitet gör att större andel RF-signal lämnar kretskortet och far ut i omgivningen utan att skapa nämnvärda lokala förluster och utan förluster blir det inte heller något som stör egna kretsar.
Är hög effektivitet och lång räckvidd viktiga faktorer så undkommer man inte att kunna mäta och justera.
Är du hobbyist som bygger enstaka prylar för eget bruk men inte vill lära dej något om RF så är det ok men du får finna dej i att du inte kan mäta/felsöka eller tuna en antenn till resonans och det är rätt ok om du bara får hälften så lång räckvidd jämfört med mer välbyggd antennmatchning.
Vill du lära dej att mäta impedanser på dessa frekvenser är VNA nödvändig. Det går iofs mäta med VSWR-mätare och oändligt tålamod för att få fram impedanser men det är mer en teoretisk övning,
En enklare VNA kostar inte mer än en multimeter men som med alla instrument krävs viss kunskap hur man hanterar och tolkar resultat.
Ett ESP-pcb med färdig antenn är bra som övningsexempel att lära sej mäta på.
VNA för tusenlappen kan givetvis inte mäta sej med proffsinstrument men duger bra för enklare jobb som detta är,
Studera hur de elektriska fälten, dvs polarisationen är orienterad i närfält kring en dipol i nedan bild.
fig2a.png
Det är som synes inte elektriska linjer som står i raka rader som sjövass men de omformas med avståndet till att bli allt mer linjära och/eller cirkulära i polarisationen.
Du har fått generalplan råd vilken placering av antenn som jag anser bäst ur olika aspekter. Det är grova antaganden då man inte mätt antenn-situationen ens med förväntad plast kapsling på plats, eventuella väggar och händer som man evt vill ska inkluderas i totala mätningen vad gäller antennen impedans. Är det verkligen trångt om utrymme med saker nära antenen så lär det bli stor påverkan på antennens impedans så att den blir misstunad och ineffektiv.
Utan mätningar får du försöka göra egna genomtänkta antaganden eller testa i praktiken trial/error om det går mha lite slump hitta en situation som passar och även ger vettig antenn-matchning. Mät DC-ström vid sändning, mät räckvidd med en välgjord halvvågs dipol och en VNA eller SDR för de olika driftsfallen.
Vill du veta i förväg vilket resultat som kan förväntas utan att göra antaganden så går det men då måste du mata in alla fysikaliska parametrar för samtlig delar i närfältet i simulator-programvara såsom Ansys. Med samtliga menas varje trådstump, typ av plast i höljet alla komponenter skärmklåpor och gerber-filer för alla PCB.
Sådan programvara har hög inlärningströskel men när man lärt sej så lär man sej hur pass exakt man måste vara för att kunna få meningsfulla resultat.
Vad gäller mätningar i fjärrfält på öppet fält mha VNA eller SDR eller annan scanner så visar mätdipolen tydligt vilken polarisation som dominerar.
Det är givetvis så att din antenn där jordplanet ingår inte har en ren linjär polarisation utan det kommer ingå en andel cirkulärpolarisation åt något håll och linjära delen kommer inte nödvändigtvis vara exakt horisontal eller vertikal, Vill du ha en väl definierad polarisation är det enklast att ersätta befintliga antennen på ESP-pcbt med en dipol. Det är inga större problem att tillverka en sådan antenn, antingen som PCB-mönster eller som ståltrådar som löds in på existerande kretskortet. En VNA krävs dock för att kunna matcha antennens impedans med impedansen från ESP32 som med stor sannolikhet avviker betydligt från 50 Ohm rent resistivt. Räkna med mätvärde typ 30-j10 Ohm och för att krångla till det lite är impedansen olika beroende på om mottagaren är aktive eller om sändaren är aktiv. och som växlar några gånger per sekund om man inte programmerar ESP-kretsen till att stå stabil i sänd eller mottagarläge.
Jag exemplifierade detta med "väggen", för att förstå hur polariseringen av radiovågorna är i förhållande till routerns antenn, snarare än avståndet...
Trist, men det brukar bli så har det visat sig... Det är mycket reflektioner och okända saker i systemet som påverkar väldigt mycket. Man ser det när man mäter upp liknande system i en radiomätkammare. Det som är bra är att det fungerar normalt bra ändå tack vara alla reflektioner och en tillräckligt bra länkbudget i verkligheten.