PCB FM-антенна, Примеры, теория? Опции

[Partizzan]

Добрый вечер, форумчане!
Решил я сделать небольшой девайсик на основе SI47xx, чтоб и слушать радио можно было, и передавать на магнитолу музыку. Нарыл в интернете всю документацию от SiLabs. Набросал список фич, которые хотелось бы иметь, примерный вид схемы набросал и "стопорнулся" на выборе антенны для сего девайса. Хотелось бы иметь одну (НЕ ВНЕШНЮЮ) антенну для приема и передачи, но...
В даташитах у SiLabs есть разводка печатных плат и примеры антенн, но у меня (так как никогда такого рода устройств не собирал) возникла куча вопросов: начиная от "А почему именно такой вид антенны?" и заканчивая "А может какие-то еще есть варианты PCB-антенн?"... Конечно, понимаю, что можно было взять готовый вариант антенны из даташита и не мучиться, но хочется не только сделать, но и понять... Так сказать, заполнить пробел в образовании ;-)
Поэтому и решил обратиться к вам: помогите разобраться с процессом разработки PCB-антенн. Может кто-то из вас уже применял их в своей практике или, по крайней мере, знает, где найти информацию по этой теме.

Меня интересует:
1) основные виды PCB-антенн и выдвигаемые к ним требования;
2) теория разработки PCB-антенн;
3) есть ли (уверен процентов на 85, что есть) какое-нибудь ПО для расчета и моделировния PCB-антенн.

Буду благодарен за любые подсказки, ссылки и советы!
Заранее спасибо :-)

[felix2]

Добрый вечер, форумчане!
Хотелось бы иметь одну (НЕ ВНЕШНЮЮ) антенну для приема и передачи, но...

А что значит "НЕ ВНЕШНЮЮ", вы ее куда впендюрить хотите?

[Partizzan]

А что значит "НЕ ВНЕШНЮЮ", вы ее куда впендюрить хотите?

С данными приемопередатчиками можно использовать как внешнюю антенну (например, кусок провода), так и антенну, разведенную на плате. В том-то все и дело, что хочется знать, в какие минимальные размеры сию антенну вместе с девайсом можно "впендюрить".

[EVS]

В том-то все и дело, что хочется знать, в какие минимальные размеры сию антенну вместе с девайсом можно "впендюрить".

Ну а вы подумайте сами. Есть усилитель с вх.сопр. около 4к. Плюс встроенный варикап параллельно на землю. Снаружи вешается инд и этот пар.контур варикапом постоянно отслеживает частоту настройки. Все. И туда же на вход припаивается некий проводник. Конфигурации и длины практически некритичных. В разумных пределах. Типа, антенна. Минимальная длина ограничена исключительно жадностью к габаритам и чувститеьностью по полю. С рекомендуемыми 6 см будет ловиться много, с 5 см - меньше, ну и т.д. В цифрах это выразить нереально. Но, судя по этой рекомендации, на 6 см в норм. среднестат городе еще будут ловиться все ФМстанции. Дальше - от лукавого. Весь расчет сводится к расчету рез. частоты контура вместе с этой самой антенной.

Посмотрите как вариант симметричную укороченную антенну, вытравленную на стеклотекстолите, которую я выложил в Этой теме. Всю остальную начинку там есть куда разместить.

С размерами 370x330? Да там таких начинок с сотню поместится.

[felix2]

Ну а вы подумайте сами. Есть усилитель с вх.сопр. около 4к. Плюс встроенный варикап параллельно на землю. Снаружи вешается инд и этот пар.контур варикапом постоянно отслеживает частоту настройки. Все. И туда же на вход припаивается некий проводник. Конфигурации и длины практически некритичных. В разумных пределах. Типа, антенна. Минимальная длина ограничена исключительно жадностью к габаритам и чувститеьностью по полю. С рекомендуемыми 6 см будет ловиться много, с 5 см - меньше, ну и т.д. В цифрах это выразить нереально. Но, судя по этой рекомендации, на 6 см в норм. среднестат городе еще будут ловиться все ФМстанции. Дальше - от лукавого. Весь расчет сводится к расчету рез. частоты контура вместе с этой самой антенной.


С размерами 370x330? Да там таких начинок с сотню поместится.

Собственно, размеры эти я дал как вариант нормальной антенны. Я не специалист в области миниатюрных устройств.
Partizzan
А по поводу короткого хвостика в 6 см (кстати, откуда рекомендации по такой длине?) у меня есть некоторые сомнения следующего порядка. Понятно, что такая сверхкороткая антенна будет обладать большой реактивностью и очень узкой полосой, если не вводить дополнительные потери. Все-бы ничего, но учтите , что полоса ФМ сигнала это 250-400 кГц. Сомневаюсь, что эту полосу вы получите, т.е. качества на передачу не будет (я так понял, что речь о трансивере идет)
Здесь возникают следующие нюансы. Если будет сетевое питание, то без хорошей развязки по питанию будет сильное влияние на входное сопротивление антенны внешних предметов и уход настройки.

[EVS]

Понятно, что такая сверхкороткая антенна будет обладать большой реактивностью и очень узкой полосой...

Само понятие "полоса" куска провода длиной 2% от длины волны лишено смысла вообще. Это просто крохотная емкость, которую доблестные разработчики и рекомендуют учитывать в расчетах рез.частоты контура. Но наводиться на него, конечно, что-то будет. Это и есть декларируемый полезный эффект, позволяющий назвать оный кусок антенной. Как и любой проводник, подключенный ко входу любого усилителя. Чего-то поймается и передастся - и ладненько. И, кстати, именно поэтому читать умные книжки по антеннам в данном случае практически бесполезно, на такую фигню они просто не написаны. Разве что почитать для общего развития .

[felix2]

Само понятие "полоса" куска провода длиной 2% от длины волны лишено смысла вообще. Это просто крохотная емкость, которую доблестные разработчики и рекомендуют учитывать в расчетах рез.частоты контура. Но наводиться на него, конечно, что-то будет. Это и есть декларируемый полезный эффект, позволяющий назвать оный кусок антенной. Как и любой проводник, подключенный ко входу любого усилителя. Чего-то поймается и передастся - и ладненько. И, кстати, именно поэтому читать умные книжки по антеннам в данном случае практически бесполезно, на такую фигню они просто не написаны. Разве что почитать для общего развития .

Ну, фигня-не-фигня, но, если дополнительные потери на передачу не вводить, то вместо Монсеррат Кабалье можно и Левитана услышать.

[EVS]

Ну, фигня-не-фигня, но, если дополнительные потери на передачу не вводить, то вместо Монсеррат Кабалье можно и Левитана услышать.

Ну для этого и варикап внутрь втурнули, отделять Кабалье от Левитана.

[felix2]

Ну для этого и варикап внутрь втурнули, отделять Кабалье от Левитана.

Слабо ему будет. Смотрите, самому интересно стало, поэтому не поленился посчитать, тем более, что и считать-то особо нечего.
1. Берем медный крысиный хвост в 6 см длиной и 1 мм в диаметре над бесконечной землей. Если ввести второе плечо, а оно в данном случае совершенно неопределенное, то будет только хуже.
2. Берем f1=99.8 MHz, f2=100 MHz, f3=100.1 MHz.
Имеем (Z1=.229-I*1572) Ом, Z2=(.224-I*1569) Ом, Z3=.225-I*1566 Ом
3. Согласовываем параллельной индуктивностью где-то 2.5 мкгн на центрально частоте.
4. После всего этого имеем
Z1= (7.7 - 4.8*I) Мом, Z1= 11 Мом, Z1= (8.1 + 4.8*I) Мом
Далее это все безобразие нужно согласовать с выходом передатчика. И оно вам надо?
Не говоря о том, что от положения подводящих шнуров все будет дышать.

[EVS]

...Далее это все безобразие нужно согласовать с выходом передатчика.

Дело в том, что этот самый выход описан одной-единственной фразой: "High Impedance". И все. Да и встроенный варикап, как я понял, не отключается. С чем согласовывать-то?
Вообще-то надо отдать разработчикам должное - они сделали все, что могли. Засунули в QFN почти всю активную антенну, в принципе, аналог любого активного щупа от осциллографа. С максимально получившимся акт.сопр. и минимальной емкостью по входу. Плюс добавили возможность внутренним варикапом получить какую-никакую селективность. Только назвали это как-то, хм... нескромно: elegantly supports an internal RX antenna... with multiple international patents pending

[felix2]

Дело в том, что этот самый выход описан одной-единственной фразой: "High Impedance". И все. Да и встроенный варикап, как я понял, не отключается. С чем согласовывать-то?
Вообще-то надо отдать разработчикам должное - они сделали все, что могли. Засунули в QFN почти всю активную антенну, в принципе, аналог любого активного щупа от осциллографа. С максимально получившимся акт.сопр. и минимальной емкостью по входу. Плюс добавили возможность внутренним варикапом получить какую-никакую селективность. Только назвали это как-то, хм... нескромно: elegantly supports an internal RX antenna... with multiple international patents pending

Или я неясно свои мысли излагаю или вы невнимательно читаете мои ответы. Я пишу не о проблемах активной RX антенны, а о проблемах согласования ТХ антенны. Проблемы согласования антенны с выходом передатчиком вроде бы никто не еще отменял. Как я понял, у автора темы эта задача обозначена.

Partizzan

Не могли бы Вы вкратце, объяснить свои цифры из расчетов, откуда они берутся или исходя из чего рассчитываютс

Все просто. На всякий случай, пишу подробно. Для примера, имеем в полосе пропускания на крайних и центральной частоте (f1=99.8;f2= 100; f3=100.2 МГц) следующие входные сопротивления антенны. Понятно, что это ориентировочные значения - для оценки порядка величин.
Z1=(0.229-I*1572) Ом, Z2=(0.224-I*1569) Ом, Z3=(0.225-I*1566) Ом. Для начала, добиваемся компенсации реактивности на центральной частоте.
Допустим, вы выбрали параллельную схему компенсации (в виде параллельного контура). Перевожим Z2 в проводимость.
Y2=1/Z2=0.9099177192e-7+I*0.6373486167e-3 (сим). Характер сопротивления - емкостной, подключаем параллельно индуктивность с проводимостью 0.6373486167e-3 сим. Это соответствует индуктивности 2.5 мкгн. Если вы пересчитаете эту индуктивность на крайних частотах, то получите входное сопротвление параллельного контура на трех частотах
Z1= (7.7 - 4.8*I) Мом, Z2= 11 Мом, Z3= (8.1 + 4.8*I) Мом.

[EVS]

Или я неясно свои мысли излагаю или вы невнимательно читаете мои ответы.

Скорее, первое. Выходное активное сопротивление TX в документации не нормируется. Ваш классический способ согласования - компенсация реактивностей источника и нагрузки при уравнивание активных частей здесь не работает.