Маленькая антенна для FM передатчика Опции

[Caruso]

Добрый день.

Товарищи подскажите как грамотно реализовать задачу. Для FM передатчика, построенного на микросхеме MAX2606, хотелось бы сделать маленькую антенну. Антенна с передатчиком должна помещаться в коробочке 100х100 мм. Может быть получится сделать PCB антенну. Дальности передатчика 5 метров будет достаточно.

[uve]

На каких частотах работа? На какое сопротивление нагрузки рассчитан передатчик? Сколько места на плате выделено для антенны? Каков корпус девайса? Допустимый Ксв?

[Caruso]

Частоты такие: 87,5 - 108 МГц. Хотелось бы принимать на любой бытовой приемник в том числе и во встроенный в телефон.
Места пусть будет 100мм х 100мм (хотя сам передатчик с обвязкой занимает площадь 20мм x 20мм).
Корпус устройства будет выполнен из пластика. Попробую найти что - нибудь готовое, но если не получится, то печать на 3D принтере.
Выход микросхемы передатчика: Both outputs (OUT- and OUT+) are open-collector types and require a pull-up element to VCC. Выходная мощность на 50 Ом минус 10dBm.
Про допустимый КСВ не знаю что сказать, т.к. пока не знаю что это и на что он влияет.

p.s. Понял что такое КСВ. Хотелось бы хорошего КСВ добиться.

Сообщение отредактировал Caruso - Feb 21 2018, 11:50

[uve]

Частоты такие: 87,5 - 108 МГц. Хотелось бы принимать на любой бытовой приемник в том числе и во встроенный в телефон.
Места пусть будет 100мм х 100мм (хотя сам передатчик с обвязкой занимает площадь 20мм x 20мм).
Корпус устройства будет выполнен из пластика. Попробую найти что - нибудь готовое, но если не получится, то печать на 3D принтере.
Выход микросхемы передатчика: Both outputs (OUT- and OUT+) are open-collector types and require a pull-up element to VCC. Выходная мощность на 50 Ом минус 10dBm.
Про допустимый КСВ не знаю что сказать, т.к. пока не знаю что это и на что он влияет.

p.s. Понял что такое КСВ. Хотелось бы хорошего КСВ добиться.

Хороших характеристик антенны вряд ли удастся добиться- слишком широкая полоса рабочих частот Вам требуется и слишком мал выделенный для антенны обьём пространства. Но что то псевдо-рабочее можно создать и будет функционировать, учитывая необходимую дальность 5 м. Теперь нужно создать по Вашей геометрии платы и корпуса модель в электромагнитном симуляторе и получить приемлемую антенну. Нормальный Ксв во всём диапазоне не получится, не плохо было бы, чтобы девайс питался от сетевого источника питания - хотя бы противовесная часть антенны будет приближена по размеру к необходимому для используемых длин волн. Если решите, что созданием проекта антенны буду заниматься я - пишите в личку.

Сообщение отредактировал uve - Feb 21 2018, 12:09

[варп]

....Дальности передатчика 5 метров будет достаточно.

Caruso, пРоверьте - при такой мизерной дальности и озвученной Вами мощность передатчика никакая серьёзная антенна Вам, скорей всего, не понадобится ...- оно и на "гвоздь" будет работать...

[MW_Юрий]

Добрый день.

Товарищи подскажите как грамотно реализовать задачу. Для FM передатчика, построенного на микросхеме MAX2606, хотелось бы сделать маленькую антенну. Антенна с передатчиком должна помещаться в коробочке 100х100 мм. Может быть получится сделать PCB антенну. Дальности передатчика 5 метров будет достаточно.

Antenna for FM Transmit
-Embedded stub (wire)
-Embedded loop (wire)
- Embedded stub (PCB trace)
Или моделирование или ручками собрать и отстроить ксв. В любом случае это резонансная антенна и требует настройки. Если на глаз, то или никаких метров или очень мало или повезет и случайно попадете.
А выбор для передатчика не удачный. Можно найти чипы со всей начинкой.

[old_boy]

Частоты такие: 87,5 - 108 МГц. Хотелось бы принимать на любой бытовой приемник в том числе и во встроенный в телефон.
Места пусть будет 100мм х 100мм (хотя сам передатчик с обвязкой занимает площадь 20мм x 20мм).
Корпус устройства будет выполнен из пластика. Попробую найти что - нибудь готовое, но если не получится, то печать на 3D принтере.
Выход микросхемы передатчика: Both outputs (OUT- and OUT+) are open-collector types and require a pull-up element to VCC. Выходная мощность на 50 Ом минус 10dBm.
Про допустимый КСВ не знаю что сказать, т.к. пока не знаю что это и на что он влияет.

p.s. Понял что такое КСВ. Хотелось бы хорошего КСВ добиться.

Совсем простых решений нет и без дополнительных измерений (или моделирования) не обойтись.
Алгоритм приблизительно такой.
1. Выбирается излучатель. Это может быть полоска фольги шириной 10-20мм, расположенная либо по диагонали вашей платы 100х100мм, либо Г или П - образная полоска, а может быть и рамка по периметру. Можно использовать Z-образный (индуктивный), а так же объемный спиральный спиральный излучатель. Все зависит от конфигурации земляного контура.
2. Измеряется импеданс излучателя Zin относительно земляного контура (общей шины).
3. Рассчитывается, или моделируется ШСУ - широкополосное согласующее устройство для согласования Zin с 50-Омным выходом передатчика. При таких размерах антенны для этого частотного диапазона Fв/Fн=1.23, значение КСВ может оказаться порядка 10-15.
4. Рассчитывается П или Т-образный 50-Омный аттенюатор между ШСУ и передатчиком, который обеспечит окончательное согласование до приемлего КСВ (1.5-3.0). Этого ослабления 3-5 дБ вполне хватит для ваших 5 метров, да и передатчик будет чувствовать себя комфортно...

[Caruso]

Caruso, пРоверьте - при такой мизерной дальности и озвученной Вами мощность передатчика никакая серьёзная антенна Вам, скорей всего, не понадобится ...- оно и на "гвоздь" будет работать...

По сути так и происходит. Я припаиваю провод 6 см длиной и на приемнике принимаю сигнал. Но какой - то прием не уверенный. Например руками машешь около передатчика (на расстоянии 20 - 30см) прием ухудшается. Вот я и предположил, что передающая антенна плоха.
Кстати, вот такую антенну нашел:



Сообщение отредактировал Caruso - Feb 21 2018, 14:38

Прикрепленные файлы

 ACompactPrintedSpiralFMAntenna.pdf ( 919.11 килобайт ) Кол-во скачиваний: 22

 

[old_boy]

По сути так и происходит. Я припаиваю провод 6 см длиной и на приемнике принимаю сигнал. Но какой - то прием не уверенный. Например руками машешь около передатчика (на расстоянии 20 - 30см) прием ухудшается. Вот я и предположил, что передающая антенна плоха.
Кстати, вот такую антенну нашел

Да, для приемника антенна неплохая, но вам же нужна для передатчика.

"The antenna resonates at 91.5 MHz with a −2 dB bandwidth of 30.5 MHz (77.3–107.8 MHz) which is compared to the results in Figure 2. The simulated results provide a −2 dB bandwidth of 18 MHz (83–101 MHz)."

У них рассчетный, да и измеренный S11 в полосе частот -2 дБ, что соответствует КСВ=8.7. Для передатчика это плохо, антенна высокодобротная и влияние на нее окружающих предметов велико.

Прочитал даташит на MAX2606, пишут, что наличие встроенного дифференциального буфера обеспечивает достаточную развязку между генератором и нагрузкой. Может быть и будет нормально работать на плохой КСВ. Нужно проверять...

[VIT_KRAS]

Здравствуйте ТС.
При заданной дальности можно обойтись "куском ржавого гвоздя". Именно так поступают китайцы в автомобильных FM-модуляторах.
Если же Вам нужна максимальная эффективность - тогда к симметричному выходу более всего разумно использовать симметричную антенну.
Обычная петля по вашим максимальным габаритам, и цепи согласования (не более 8 элементов L/C).
Петля - кусок медного провода диаметром 1...2 мм.
Понадобится посчитать - пишите в личку.

[Caruso]

Я всех благодарю за интерес к моему вопросу.
Вот какие вопросы у меня возникли.
Я так понимаю, что антенна может иметь почти любые размеры, в разумных пределах. Когда антенна маленькая, то на первое место выходят цепи согласования, которые понизят КСВ до приемлемого.
1. Какой КСВ для моих условий считается хорошим?
2. Если КСВ большой, то как это отразится на пользователе (дальность упадет, полоса частот сузится)?
3. Диаграмма направленности антенны. Если эта антенна pcb, то какая у нее диаграмма направленности. Если приемник будет расположен не над/под плоскостью pcb антенны, а в плоскости, то это ухудшит его прием. Или там диаграмма направленности - что - то типа шара.
4. Если антенна pcb, то земляной полигон на обратной стороне платы под антенной не делается?

Сообщение отредактировал Caruso - Feb 22 2018, 06:45

[MW_Юрий]

Я всех благодарю за интерес к моему вопросу.
Вот какие вопросы у меня возникли.
Я так понимаю, что антенна может иметь почти любые размеры, в разумных пределах. Когда антенна маленькая, то на первое место выходят цепи согласования, которые понизят КСВ до приемлемого.
1. Какой КСВ для моих условий считается хорошим?
2. Если КСВ большой, то как это отразится на пользователе (дальность упадет, полоса частот сузится)?
3. Диаграмма направленности антенны. Если эта антенна pcb, то какая у нее диаграмма направленности. Если приемник будет расположен не над/под плоскостью pcb антенны, а в плоскости, то это ухудшит его прием. Или там диаграмма направленности - что - то типа шара.
4. Если антенна pcb, то земляной полигон на обратной стороне платы под антенной не делается?

Совсем не правильно понимаете про любые размеры и пр. А советы про гвозди это наверно плотник еще один завелся, надоело табуретки сбивать, решил антеннами заняться. Выше правильно отметили , что проблема Ваша в том, что Вы хотите передавать, а не принимать и это в корне меняет подход. Можно однозначно разделить в FM (тоже и в TV, GPS...) есть антенны только приемные и передающие. Передающие антенны могут работать однозначно также и приемными, а только приемные никогда на передачу работать не будут. Считаем бюджет Вашей радиолинии из школьного учебника физики 5 класс (антенна дублинцев)
Calculate the Signal Lost in Free Space
Distance (d) 5м
Frequency (f)100МГц
Transmitting Antenna Gain (GTx)-25dBi
Receiving Antenna Gain (GRx) -20dBdBi
Result
Free Space Path Loss
76.42dB
Берем Ваш пример спецов из Дублина, хорошо согласованная в узкой полосе и плохо во всей. Плохо это S11=-2dB. Это значит в антенна потеряет на передачу еще 4dB и на приеме тоже 4dB (на приеме неизвестно, наверняка еще больше). Итого уровень сигнала на входе ресивера -84dBi при условии чистого излучения в эфир 0dBi. Еще одна большая проблема- кпд такой антенны этак 10%. Ну в общем ресивер получить -90dBi. это уже за пределами чувствительности FM ресивера а для нормальной работы ему надо не менее -80dBi. Это означает, что для компенсации таких потерь к такой антенне надо подвести 35dBi мощности передатчика, более 2W. И еще внимательно посмотрите на статью. Антенна должна стоять вертикально, а площадь земли под ней почти бесконечность. Любые другие модификации малых передающих FM антенн будут иметь или такие параметры или еще хуже.

[Den64]

Это означает, что для компенсации таких потерь к такой антенне надо подвести 35dBi мощности передатчика, более 2W.

Что значит 2W? Это чтобы передать на 5 метров?

[Caruso]

Я правильно понял, что одинаково хорошую антенну на весь диапазон 87,5 - 108 МГц сделать не получится?

[VIT_KRAS]

Что значит 2W? Это чтобы передать на 5 метров?

Именно так!
Специалист, с детсада разбирающийся в вопросах спектрального шума второго гетеродина - плохого не посоветует.)
ТС, очевидно, придётся отправиться в первую четверть 6-го класса школы, на предмет изучения усилителей мощности.
10 м - 10 Вт, ну а что бы с запасом - тады уже сразу киловатт!
Одно счастье - у соседей на том УКВ утюги будут работать.)

[варп]

Caruso, самая простая и самая эффективная антенна для Вас - это ШТЫРЬ длиной 1/4 длины волны ( середина Вашего диапазона )....
Всё, что КОРОЧЕ этой длины - читай - хуже.... Антена короче нужной длины из чисто активной становится ЕМКОСТНОЙ.... Емкостную составляющую можно скомпенсировать добавив последовательную индуктивность...., но при этом антенна становиться более узкополосной....
Не стремитесь уменьшать размеры антенны - это себе дороже...
Вот, для примера -

http://www.mobilluck.com.ua/katalog/automo...FM-1113764.html

Сообщение отредактировал варп - Feb 22 2018, 10:17

[Proffessor]

Я правильно понял, что одинаково хорошую антенну на весь диапазон 87,5 - 108 МГц сделать не получится?

Ограничение по согласованию высокодобротных нагрузок в широкой полосе частот поясняет теорема Боде-Фано. В таких случаях на практике отказываются от принципа полного согласования по мощности и поступают двумя способами:
1- максимизировать ток в антенне, а для этого надо искусственно повысить напряжение возбуждения антенны. В широкой полосе это достигается широкополосным повышающим трансформатором. У Вас частоты не такие высокие, чтоб нельзя было создать повышающий автотрансформатор, скажем 1:4 - 1:6 (по напряжению).
2 - к антенне тупо прицепить резистивную согласованную нагрузку 50 Ohm.
Еще лучше комбинированный способ, когда антенна питается через повышающий трансформатор и к антенне цепляется резистивная нагрузка, сопротивление которой определяется с учетом коэффициента трансформации, например, если трансформатор 1:4, нагрузка должна быть 800 Ohm. Такие методы согласования применяют, например в контрольных миниатюрных излучателях для калибровки антенных систем

Сообщение отредактировал Proffessor - Feb 22 2018, 12:06

[Aner]

Какая антенна тогда должна быть по волновому? и получим ли хороший ксв во всей полосе? ... и если волновое антенны будет более 120*пи?
И какой кпд такой антенны? Сопротивление излучения?

[Proffessor]

Какая антенна тогда должна быть по волновому? и получим ли хороший ксв во всей полосе? ... и если волновое антенны будет более 120*пи?
И какой кпд такой антенны? Сопротивление излучения?

Конечно же, КПД будет ничтожным, КСВ - очень большой, но для маломощных передатчиков это не страшно. Как правило для ближней связи до 5м хватает. Правда, при резисторном согласовании КСВ близко к 1, что безопасно для передатчика на повышенных мощностях >1W

Сообщение отредактировал Proffessor - Feb 22 2018, 12:24

[Aner]

Конечно же, КПД будет ничтожным, КСВ - очень большой. Как правило для ближней связи до 5м хватает. Правда, при резисторном согласовании КСВ близко к 1, что безопасно для передатчика на повышенных мощностях >1W

Да тут согласен, будет излучать все в таком устройстве кроме антенны. Даже батарейка питающия такой девайс может излучить больше чем антенна. Такое наблюдал.

[Proffessor]

Да тут согласен, будет излучать все в таком устройстве кроме антенны. Даже батарейка питающия такой девайс может излучить больше чем антенна. Такое наблюдал.

Тем не менее, такие короткие штырьки используются для калибровки пеленгационных решеток, и если бы здесь "излучаловсе", то как бы это было возможно? Ведь здесь излучатель (вернее его фазовый центр) должен находиться строго в центре кольцевой решетки

Сообщение отредактировал Proffessor - Feb 22 2018, 12:35

[VIT_KRAS]

Батарейка "излучает", когда инженер "инженегрит как может, и просит в него не стрелять".)
А "гвоздь", в антенном гнезде - всегда будет излучать. Другой вопрос - эффективность и диаграмма направленности.

В данном случае, очевидно, плохое (или отвратительное) согласование антенны и ИМС могут влиять на работу VCO.
Причём, самым негативным образом.
В даташите, кстати, по S-параметрам - пусто.
Рекомендовано нагрузиться на 100R в цепи коллектора и 50R входа последующего каскада. Чисто активные.

Желающим поэкспериментировать с укороченными антеннами посоветую ММАНА, что нибудь простенькое с диаграммой Смита и как "например" - AN421 от Silicon Labs.