Комментарии 135
Можно было бы просто повернуть на 90 градусов саму плату - чтоб антенна была перпендикулярна земляному полигону. Я правильно понял?
Модель использованной тут антенны - CA-C03.
Интересно, что производитель в даташите демонстрирует именно такой параллельный монтаж. В варианте с большим зазором. А вот более компактный монополь OA-C07 от того же производителя стоит перпендикулярно.
Я делал радикальнее - убирал печатную антенну "змейку", припаивал RP-SMA гнездо и прикручивал антенну для роутера. Блютус акустика с такой антенной работает метров на 100 от телефона, лишь бы прямая видимость была.
Я тестил модули WeAct с антенной змейкой. У них дальность оказалась больше, чем у внешней антенны - 150 метров, и даже без прямой видимости. Там на плате есть согласующий п-контур, видимо он работает.
150 метров... А в чём разница с https://sellerweb.ru/product/adapter-bluetooth-5-4-dlya-pk-do-150-metrov-rl54/
Лучше то или WeAct?
990 kbit/s тестировали? LDAC аудио кодек.
А второй конец почему не надо припаивать?
Это аналог штыревой антенны, второй конец свободный
а зачем производитель его припаивает?
И чтоб два раза не вставать - а если бы производитель повернул на 90 градусов в другую сторону - это было бы чем-то хуже, чем то, как сделали вы?
Припаивает для прочности конструкции. Повернуть в другую сторону - это припаять за другой конец? На вид она симметричная, но могут быть нюансы.
нет, повернуть внутрь платки, чтоб не увеличивать габариты и сэкономить туеву хучу денех производителю :-)
Так на плате детали еще есть. Чтоб антенна хорошо работала, рядом не должно быть ни деталей, ни земли. Так что без увеличения размера платы это сделать невозможно.
А если стоймя?
Отломается сразу
А если лежмя?
У Texas Instruments полно хороших документов на разные темы. В том числе по созданию антенн для микроконтроллеров. Например вот такой ликбез RF Basics, RF for Non-RF Engineers https://www.ti.com/lit/ml/slap127/slap127.pdf
Или вот Antenna Selection Guide https://www.ti.com/lit/pdf/swra161
Второй конец припаивается для того, чтобы антенна на пасте в печке не повернулась на случайный угол, а осталась зафиксированной на площадках.
А просто проводочек четвертьволновым штырём не будет эффективнее, если все потребители в горизонтальной плоскости?
По эффективности будет примерно одинаково, что проводок правильной длины, что антенна в правильном положении
Не согласен с коротким ответом. Думаю что дело не в дешевизне. КМК дальность работы была принесена в жертву соответствию со стадартами по излучаемой мощности. Устройству нужно 10-20 метров для покрытия среднего жилого дома. Если кто-то сделает больше любыми модификациями, то начнет шуметь у соседей. Если все так сделают, то шума будет столько, что вайфай и блютус перестанут работать у всех (не хватит каналов).
Вообще эксперименты с антенами и радиопередатчиками включая вайфай и блютус попадают под определение радиолюбителбской деятельности и требуют во многих странах ITU обучения и лицензии на вещание. Этот нюанс стоит КМК упомянуть во вступлении.
Тогда бы ограничели мощность передатчика. Бонусом бы пришло меньшее энергопотребление и нагрев.
Не стоит искать (злой) умысел, где достаточно глупости.
А лицензирование на любую некомерческую деятельность это вообще зло в чистом виде.
Передатчик соответствует нормам по мощности для безлицензированного вещания? Да! Вот и отстаньте!
Эти дешевые чипы вроде не очень умеют ограничивать свою мощность.
Про злой умысел я вообще ничего не говорил.
А про лицензирование ну это такое. На сколько я знаю раньше лицензирования не было, а потом поняли что без этого никто не может работать потому что радиоэфир он общий и надо договариваться. Радиолюбительские лицензии они не для того чтобы заработать на них. Это скорее как водительские права. Получаешь, чтобы подтвердить себе и окружающим что знаешь как не мешать другим в общественном пространстве.
Эти дешевые чипы вроде не очень умеют ограничивать свою мощность.
Они ограничивают её своим дизайном. Там тупо сопротивление выходного транзистора достаточное, чтобы на номинальном питании мощность была не выше нелицензируемой.
потом поняли что без этого никто не может работать потому что радиоэфир он общий и надо договариваться.
А потом вышло как в США, когда нет конкуренции, потому что все радиочастоты выкуплены и заградительный барьер для выхода на рынок стал неподъёмен для частного бизнеса. Следом полетел рынок как таковой и качество связи стало ниже плинтуса.
Что, конечно, не помогло потому что в многоэтажном доме в NY сейчас WiFi просто не работает - ты слышишь в своём доме более 120 разных точек доступа.
сейчас WiFi просто не работает - ты слышишь в своём доме более 120 разных точек доступа.
То есть свою точку, расположенную в паре метрах от девайса, вы не слышите - потому что её сигнал забивают 120 таких же точек, расположенных в радиусе 5 этажей с десятком стен? По факту наличие соседского сигнала с одной палочкой уровня не говорит, что он мешает вашей точке на этом же канале, поэтому всё нормально работает. Более мощный уровень перекрывает все слабые.
Нет, вайфай не так немного работает. Канал шарится, а не "перекрывает". А если уровень не достаточнен для понимания занятости, легче не становится. Ведь это около антенн роутера уровень своего вайфай -30..-40 а соседский -70, а в 10 метрах, да ещё и в сторону соседа, будет уже немного по другому, и не факт, что соседский не окажется в этой точке мощнее)) Но решение очевидно в 5-6 ГГц, где число каналов поболее, потребителей поменее, а затухание делает остальную магию)
Робот пылесос не позволит уйти в 5-6ГГц. Везде, где устройство не перемещается проще кинуть медь, а где перемещается всегда найдётся угол, где магия затухания 6ГГц работает немного не так, как хотелось бы.
Странное утверждение. Даже чисто на практике - роутер 5ГГц стоит в углу на первом этаже дома, при этом во всех комнатах и на первом и на втором этажах скорость вайфай не меньше сотни мегабит. Можно сотни роботов подключить, да еще и с видеотрансляцией. Разве что у вас робот-пылесос видео в 8К снимает и транслирует со встроенной точки доступа всем соседям :)
Обычно робот пылесос ге поддерживает 5ГГц :(
Ну два варианта. Продолжить страдать без "нормального вайфая", или научиться уже пылесосить обычным пылесосом. У меня есть классный робот, но так получилось, лежит уже два года без дела. И ничего, как-то не потонули в грязи. Пылесосим по мелочи аккумуляторным Сяоми и на большой уборке обычным мощным.
Не придумывайте себе проблем ;)
Противоположный опыт - роутер от провайдера стоит в одном углу квартиры, компьютер в другом, и сигнал 5ГГц регулярно теряется, а 2.4 худо-бедно работает. Квартира съёмная, так что тянуть медь не вариант. Пока пытаюсь решать через HomePlug.
Все правильно, но есть и противоположные примеры. Вот эта плата https://github.com/WeActStudio/WeActStudio.ESP32C3CoreBoard демонстрирует эффективность антенны лучше, чем у внешней четвертьволновой.
Нужно смотреть на антенну и как согласование сделано.
Да, похоже эту антенну рассчитывали и согласовывали, вот и магия.
А вот антеннки меандры говорят о том, что в согласование не пробовали)
Когда изучал тему, PCB антенны были всегда лучше чем керамические, хотя казалось бы - нанотехнологии... Ставят их не от хорошей жизни, а из-за недостатка места.
Но есть люди, которые до сих пор спрашивают, "какой усилитель Wi-Fi купить?" (для квартиры в многоквартирном доме, 2.4ГГц), а то что-то тормозит... И роутеры выбирают по принципу "о, у этого больше антенн, он будет дальше бить".
дело в отстутствии культуры разработки и некомпетентности.
Лично я в подобных случаях повторял каждую дырку референсных дизайнов, а потом отсылал вендорам чипов на утверждение. (радиоинтерфейсы обычно чувствительны к питанию, проверяли еще и это)
В конструкторской документации на печатные платы также все было в порядке (контроль импедансов и так далее). Естественно, испытания в сторонних лабораториях мы также проходили, если это было нужно.
И все это стоило 0 рублей и 0 минут моего времени.
Добрый день! Мощности передатчика никто тут не крутил, не вижу ничего криминального. К тому же, автор упомянул про дальность 100м прямой видимости - это уже явно не квартира, чтобы мешать соседям, и вряд ли участок 5*10м - работало бы из коробки. Вполне себе обычный роутер hap lite на улице 200-400м прямой видимости пробивает. Пока экологическую катастрофу никто не устроил, нет поводов для паники :)
Если предположить, что такая компоновка сделана исключительно из экономии, то непонятно в таком случае – почему производители просто не выпускают чуть более дорогую версию Long Range с правильным расположением антенны? Многие будут готовы переплатить несколько центов ради радикального увеличения эффективности.
Все чип-антенны относятся к классу электрически-укороченных антенн. То есть антенн, где уменьшение физического размера (сильно меньше четверти длины волны) компенсируется ёмкостью(на конце вибратора) или индуктивностью(в точке питания вибратора)
Все эл. укороченные антенны узкополосны, и крайне чувствительны к близлежащим элементам. Т.е. земляной полигон или электролит рядом может увести настройку антенны на десятки или сотни МГц(для диапазона 2.4Г), с соответствующим снижением эффективности, иногда в десятки раз.
Поэтому трассировку ПП около антенны нужно доскональнейшим образом тянуть из даташита на чип, включая толщину и тип текстолита.
А если это не сделано - все эти повороты и тп - чистейший метод тыка, антенна гарантированно расстроена.
Я бы просто рекомендовал заменить её четвертьволновым отрезком провода, если позволяет место.
Конкретно этот случай - дело даже не в перпендикулярности. Конец антенны расположен вплотную к кварцу(т.е фактически к земле) и там паразитная ёмкость близко к 1пф. На 2.4 это просто убийство характеристики.
...спиральная антенна. Она должна работать не хуже штыревой антенны при условии правильного монтажа.
Нет. Она всегда хуже полноразмерной штыревой антенны. И монтаж тут абсолютно ни при чём. Дальше вы пишете почти правильное объяснение этого ухудшения:
на плате справа, которая показала в 2 раза большую дальность, антенна отделена от земляного полигона зазором в 2мм, а на плате слева зазор меньше миллиметра. Чем меньше этот зазор, тем больше электромагнитное поле концентрируется в зазоре между антенной и земляным полигоном вместо того, чтобы изучаться в окружающее пространство. Антенна ведет себя больше как конденсатор, ее согласование с передатчиком нарушается. Мощность, которая отбирается от передатчика, падает, а ее большая часть превращается в тепло токами, индуцированными в земляном полигоне.
...из которого становится непонятно, зачем вы сначала написали это ваше "не хуже". Дело в том, что эффективность антенны определяется соотношением размеров пространства, которое она охватывает, и длиной возбуждаемой волны. Если они одного порядка, то антенна максимально эффективна. Во всех этих "укороченных", спиральных" и прочих "экономных" антеннах это не соблюдается. Любая мера по увеличению охватываемого пространства увеличивает эффективность (в точности как произошло у вас), но до максимума в таких вот микроустройствах всё равно остаётся очень далеко.
Почему же это работает? Настоящая причина - в огромном запасе чувствительности у приёмника (да и мощности передатчика тоже), чем компенсируется ужасная неэффективность антенны.
Насчет зависимости эффективности от размеров не соглашусь. Я тоже так думал, но результаты экспериментов и некоторые логические построения убеждают в обратном. Ведь все такие антенны, и полноразмерные, и маленькие делают так, чтобы они имели стандартный импеданс около 50 ом. При таком импедансе (резистивном) антенна всегда потребляет от передатчика фиксированную мощность. Куда она девается? Если нет явных патологий, как у модулей по теме статьи, то видимо излучается в виде электромагнитных волн. Значит, их суммарная мощность не должна зависеть от размера и конструкции антенны, раз уж она имеет стандартный импеданс.
Да, действительно, кусок провода излучает мощность, которая определяется его размером, но только если мы рассматриваем его вдали от резонанса. А антенна всегда резонансная, и чем она меньше по размерам, тем выше добротность и уже резонанс, так, чтобы волновое сопротивление было у всех антенн одинаковым. Так что чисто логически получается, что и маленькая и большая антенны должны быть одинаково эффективны, раз уж у них одинаковое волновое сопротивление.
Есть конечно еще один параметр - 'усиление' антенны, но он связан исключительно с ее диаграммой направленности. И у всех ненаправленных антенн он более менее одинаков, хотя продавцы с али экспресса иногда пытаются убедить нас в обратном.
рассуждение неверные
Импеданс воздуха - 120*pi Ом
50 Ом фидера это потолочное техническое значение
Задача согласования импедансов фидера и воздуха решается либо внешним трансформатором, либо в самой антенне.
Нет, антенна, хотя как-бы неактивный элемент, но имеет свой коэффициент усиления, диаграмма направленности не совсем причем
Не понял, причем тут воздух. Мы вроде про импеданс антенны. У четвертьволнового штыря он в районе 40 ом. А в даташите на антенну, которая стоит на модулях, явно указан импеданс 50 ом, ссылка была выше.
Нет, антенна, хотя как-бы неактивный элемент, но имеет свой коэффициент усиления, диаграмма направленности не совсем причем
У антенны есть коэффициент направленного действия - то, как она распределяет подведенную электромагнитную энергию в виде излучения в пространство. Если в силу конструкции антенна имеет направленность, то в сторону максимума излучения энергии излучится больше, но не из-за усиления, а из-за того, что в другие стороны излучится меньше. Усиления антенна не имеет в принципе, зато она всегда и без исключения привносит потери - обычные омические потери.
На самом деле не согласиться с такой зависимостью, то же что и не согласиться с законом Ома. Зависимость есть, а подобные эксперименты с антеннами часто приводят к не верным логическим выводам, т.к. делать чтото с антеннами да еще и на таких частотах без понимания теории, не получится, и результаты приводят к не верным выводам.
Мы имели одну не правильно подключенную антенну, где полигон менял ее емкость. Антенна имела два полюса, как ей и положено, но работала плохо. Теперь мы ее перепаяли. Эта деталь уже перестала быть законченой, самодостаточной антенной, а стала просто ее элементом, а вторая часть антенны, второй полюс это полигон на плате. Помните, антенна всегда двухполюсник.
Вот приведу аналогию действия в статье. Сломалась у нас телевизионная антенна. А мы берем, зачищаем антенный провод, оплетку и центральную жилу, скручиваем его, и вставляем оплетку и центральную жилу в антенное гнездо телевизора, и пусть у нас все показывает. Такое бывает возможно, но теперь из волнового канала мы получили антенну Бевереджа. И мы не может утверждать, что так и надо делать, хотя нам это помогло смотреть телевизор. У новой антенны уже совершенно другие параметры, и если повезет, то такая конструкция заработает лучше сломанной антенны. А вторым полюсом антенны у нас будет полигоны на плате телевизора, часть сетевого шнура, электросеть немного.
Если бы так можно было бы уменьшать антенны, то на практике никто бы не пытался делать большие громоздкие антенны. Особенно на КВ диапазонах.
А с дальностью, могу заверить, что у Вас получится без особых проблем достичь дальности в километры. Попробуйте применить антенну Харченко, ее легко собрать, легко попасть в частоту, только желательно собирать с экраном, добавит почти 3 дб. Для сборки можно применить медный провод сечением 1.5 или 2.5 мм^2, его понадобится меньше метра. И даже правильный четвертьволновый штырь позволит работать на хорошей дальности, т.е. не просто припаяный к плате кусок провода, а штырек с противовесом, с длинной с учетом коэффициента укорочения, т.к. там попасть в частоту надо еще.
Интересный момент, на который я бы предложил обратить внимания, это формула потери сигнала в свободном пространстве.
https://r1ban.ru/calc/loss-calc.htm
Самый первый калькулятор.
вот он покажет, какое затухание у нас будет на трассе, а мы можем посчитать сможем ли мы перекрыть его. Если у нас мощность на выходе передатчика 20 дБм, а чувствительность приемника -90 дБм, то мы можем перекрыть затухание 110 дб.
На самом деле там есть еще много интересного, в рамках одого сообщения и даже статьи это рассказать не возмжно. Не просто так про антенны написано столько книг.
Вы имеете ввиду зависимость эффективности антенны от ее размера? Как тогда быть с тем, что обе антенны имеют одинаковый импеданс 50 ом? То есть я таки толкую именно про закон ома.
Если честно, то очень подробно и точно объяснить этот момент для меня не очень просто, но примерно это так.
Полноразмерная антенна в точке подключение имеет активное сопротивление 50 ом. И подключив ее к приемопередатчику вы будет ес ней работать как с 50 омной антенной.
А вот такая маленькая антенна сама по себе такого сопротивления не имеет. ЕЕ активное сопротивление сильно отличается от 50 ом, и антенна обладает большим реактивным сопротивлением. Чтобы согласовать антенну с передатчиком требуется реактив компенсировать, и емкость трансформировать. И в таком случае эффективность антенны будет значительно меньше.
Смоделировать такую антенну, и посмотреть как она будет работать можно в программе ММАНА.
На практике можно купить nano vna, и провести с ним много опытов.
Трансформировать не емкость, а сопротивление. Не верно написал немного.
PS
Про закон Ома я упомянул потому, что это фундаментальное, не поколебимое. А так, закон Ома в антеннах не совсем применим.
Возьму опять аналогию.
Вот есть у нас электросеть. От нуля до любой фазы 220 вольт. Но если вы возьмете две любые фазы, в схеме звезды, то увидите, что напряжение между ними совсем не 440 вольт, хотя они соединены последовательно. А почему? Потому что складывать нужно величины не скалярные, а векторные. Нарисуйте два отрезка, один за другим, по 220 мм, и итог будет один отрезок длинной 440. А возьмите эти два отрезка, и расположите совместив начала под углом 120 градусов. И вот теперь расстояния между концами стало 380 мм.
В антеннах то же самое. У вас ток в антенне гипотетической есть, напряжение на ней есть, а излучать она не излучает. Когда ток и напряжение по фазе не совпадают от слова совсем.
А фидер еще интереснее. Возьмите кусок фидера, и подключите его к векторному анализатору. Видим что на одной частоте у него настояее КЗ. А на другой обрыв. Дальше по частоте снова КЗ. А потом снова обрыв. Потом опять КЗ... и так до тех пор, пока затухание фидера эту картину не попортит. И так фильтр можно сделать. ВОт есть рядом с вами сигнализация от объекта, которая мешает приему телевидения. Не вопрос, разрываем фидер, ставим тройник, пропускаем фидер через тройник, а в оставшейся выход включаем просто разорваный кусок фидера, который будет создавать замыкание только на частоте помехи. И все, ничего не мешает. Разуеется если этот тот случай, когда помеха мощная, и динамического диапазона первого каскада уже не хватает для его работы. Ну примерно как рядом с человеком сигналит автомобиль, и своего собеседника он не слышит, хоть и частота сигнала куды выше чем речь, но он мешает.
У Вас много интересных статей, но антенны, это немного не то, чем вы занимались ранее по статьям на хабре. Это отдельная наука. С ними не так, как с резисторами. Все сложнее и интереснее. Почитайте специалистов в комметнатиях к статье.
У вас ток в антенне гипотетической есть, напряжение на ней есть, а излучать она не излучает. Когда ток и напряжение по фазе не совпадают от слова совсем.
Рискну предположить, что это не так. В резонансе ток и напряжение по фазе совпадают. И если в даташите написано 50ом, то это именно активные 50ом, и про цепи согласования в нем ничего не сказано. Смысл укороченной спиральной антенны как раз в том, что увеличение индуктивности компенсирует уменьшение емкости, так что тот же резонанс и те же 50 ом достигаются с более компактной антенной. А значит такая антенна, имея тот же импеданс, излучает столько же, как и полноразмерная. Никакого противоречия тут нет. Меньший размер компенсируется большей добротностью, а значит большей амплитудой колебаний в антенне в резонансе.
В резонансе ток и напряжение по фазе совпадают.
Нет. В резонансе напряжение и ток синфазны, импеданс приобретает чисто активное значение, а реактивная компонента становится равной нулю.
Равенство тока и напряжения возможно только в пределах принятых единиц измерения, например при сопротивлении нагрузки в 1 Ом ток в амперах будет равен напряжению в вольтах, то эта магия развеется, если вы выберете другие (придумаете, переопределите имеющиеся - хотя ради всеобщего удобства и взаимопонимания категорически не рекомендуется это делать) единицы измерения. При этом закон Ома не престанет работать в принципе, просто изменятся числа, рассчитываемые по той же самой формуле.
Смысл укороченной спиральной антенны как раз в том, что увеличение индуктивности компенсирует уменьшение емкости, так что тот же резонанс и те же 50 ом достигаются с более компактной антенной.
Слегка наоборот, увеличение индуктивности компенсирует увеличение емкости.
Меньший размер компенсируется большей добротностью, а значит большей амплитудой колебаний в антенне в резонансе.
Давайте вернемся к основам. Что, в первую очередь, влияет на добротность контура? Осторожно предположу, что потери. В гипотетическом идеальном беспотерьном контуре, где добротность достигает бесконечности, однажды возбужденные колебания будут продолжаться бесконечно. То есть на излучение не тратилось бы ничего - в качестве антенны идеальный контур является абсолютно наихудшей конструкцией, потому что ничего не излучает сам по себе. Реальная антенна имеет потери на излучение - это, в нашем случае, полезные потери, к которым мы стремимся. Чем больше потери - а мы, настойчиво повторюсь, как раз стремимся к потерям на излучение, тем ниже добротность контура.
Равенство тока и напряжения возможно только в пределах принятых единиц измерения
Читайте уж все слова, которые я пишу, написал же ' ток и напряжение по фазе совпадают'
Слегка наоборот, увеличение индуктивности компенсирует увеличение емкости.
Давайте вернемся к основам
Давайте. Резонансная частота зависит от произведения емкости и индуктивности. Чтобы она осталась неизменной, одно должно увеличиваться, а другое уменьшаться. Так что увеличение одного не может компенсировать увеличения другого.
Королева в восхищении! Мы в восхищении!
Даже перелогинился ради такого случая и пустил скупую мужскую слезу
Вот этим и был знаменит хабр - комментариями более ценными, чем статья. До того, как превратился в филиал пикабу с шаурмой и пельменями.
Напишите небольшую статью по теме, просто чтобы можно было поднять вам карму выше 4
Статью написать было бы не плохо, я даже заказал себе пару плат, может что и получится...
Правда измериловки, пусть сюда подошла бы любительская, немного не хватает. Векторный анализатор бы не помешал.
Имеется спектроанализатор arinst до 6.2 ггц, с трекинг генератором и мостом, по идее может даже и получится КСВ антенны посмотреть.
Здесь тем более на плате не все так просто.
Если посмотреть даташит к антенне, то мы видим, что параметры указаны на конкретной плате, при этом данная антенна электрически удлиняется катушкой индуктивности.
У производителя модуля плата другая, катушки нет, но есть П контур, видимо так производители согласовали антенну, а точнее только один ее элемент, при этом характеристики уже могут отличаться от даташита.
Как тогда быть с тем, что обе антенны имеют одинаковый импеданс 50 ом?
Попробуйте резистор, скажем 0805 - у него вполне компактные габариты и импеданс почти идеально 50 Ом.
0805 это вроде его габариты, а не сопротивление
Да, я именно о габаритах. В габаритах 0805 бывает сопротивление 49R9 мощностью 125мВт, чего достаточно для развлечений с Bluetooth - можно подобрать, с учетом разброса, образец с 50.00 Ом или точнее, однако первый попавшийся более часто встречающийся 51R той же мощности чисто практически даст ровно тот же результат, потому что я сомневаюсь в доступной вам (не потому, что вам лично, а потому, что в реальной жизни это почти никому не нужно) точности измерений, при которой эта разница сможет быть явно обнаружена и повлиять на выводы, которые по результатам измерений можно сделать.
Если бы так можно было бы уменьшать антенны, то на практике никто бы не пытался делать большие громоздкие антенны. Особенно на КВ диапазонах.
Суть в том, что чем меньше антенна по сравнению с длиной волны, тем выше должна быть ее добротность (уже резонанс), чтобы получить ту же эффективность (тот же импеданс). Так что уменьшение ее размеров таки имеет пределы с практической точки зрения. А для работы в широком частотном диапазоне оно невозможно вообще.
Так что чисто логически получается, что и маленькая и большая антенны должны быть одинаково эффективны, раз уж у них одинаковое волновое сопротивление
Простой пример - если взять 2 колонки разных размеров, с одинаковым сопротивлением громкоговорителей, и подать на них один и тот же сигнал - то всегда бОльшая будет звучать лучше и громче за счёт большей площади контакта с воздухом. Так и антенны.
Плохой пример, так как колонка может любую часть входной мощности превращать в тепло. Антенне так делать тяжелее, у нее нет очевидного механизма для этого.
Отличный пример, и я сам его хотел привести.
В тепло превратится в итоге все. И звук, и радиволна.
Радиоволна превратится в тепло в стенах дома, как из звук, при работе на улице немного подогреет землю, улетит в космос, и рано или поздно столкнется с другой планетой, звездой, и тоже ее немного подогреет. А малая часть отразится назад, и прилетит на землю. Да, именно так, вспомните про связь с отражением от луны.
И немного дополню. Волновое сопротивление колонки очень плохо согласовано с волновым сопротивлением среды. Потому КПД колонки очень низкий. Если взять вместо колонки рупор, то КПД будет намного выше. Я так случайно при помощи рупора и очень маломощного приемника озвучил относительно большую территорию. Так что с антеннами и динамиками, да и вообще с волнами не все так просто. Но законы физики очень хорошо описывают их работу, и теория всегда совпадает с практикой. Но их нужно понимать и применять. Если человек пусть даже лучший инженер по слаботочке, ардуино и программирования, то этих знаний не хватит совсем, чтобы понимать как работает антенна. Придется открывать учебники, или слушать специалистов по антеннам, длинным линиям, которые здесь уже оооочень аккуратно заглянули, но были проигнорированы. А ваша статья совсершенно случайно вводит молодых специалистов, которые начинают учиться в этой области в заблуждение, а как показывает практика оно может устойчиво держаться несколько лет.
То есть вы берете большую картонную коробку, засовываете туда динамик от ноутбука и утверждаете, что у вас топовая акустика получилась «за счёт большей площади контакта (корпуса) с воздухом»? Ну, слушайте…
Нет, я не про это. Сопротивление динамика в основном определяется сопротивлением провода в обмотке. Сопротивление антенны 'волновое', оно сильно больше сопротивления провода, из которого она сделана. Так что энергии, которая поступает в нее от передатчика, деваться особо некуда, кроме как излучаться в пространство в виде электромагнитных волн. А значит при равных импедансах мы ожидаем увидеть равную эффективность антенны независимо от ее размера (на резонансной частоте). Хотя от размера тоже многое зависит, в частности добротность (ширина резонанса).
Сопротивление динамика в основном определяется сопротивлением провода в обмотке.
Сопротивление постоянному току мало кому интересно; громкоговоритель работает на переменном токе.
что энергии, которая поступает в нее от передатчика, деваться особо некуда, кроме как излучаться в пространство
Или не излучаться. КСВ и всё такое.
Сопротивление динамика в основном определяется сопротивлением провода в обмотке.
Сопротивление динамика определяется механическим сопротивлением, преодолеваемым диффузором. Это механическое сопротивление лишь отчасти зависит от жесткости подвеса, а в основном - от акустического оформления (или его отсутствия). Сопротивление катушки постоянному току - нет, оно тоже важно, но реальный диапазон входных сопротивлений может быть очень большим. При катушке с номинальным сопротивлением в 4 Ома вполне реально получить диапазон от 2 Ом до 30 Ом и даже намного шире.
Сопротивление антенны 'волновое', оно сильно больше сопротивления провода, из которого она сделана.
Это вполне реальное сопротивление, а не математическая абстракция. Сопротивление провода вы берете по постоянному току или тоже "волновое"?
Так что энергии, которая поступает в нее от передатчика, деваться особо некуда, кроме как излучаться в пространство в виде электромагнитных волн.
Нет. Энергия передатчика прекрасно отражается от антенны обратно на передатчик, что нередко приводит к его тепловому или электрическому пробою, если только он не имеет достаточного запаса мощности и/или не умеет сбрасывать мощность. Мощные передатчики, в смысле их усилители мощности, почти всегда имеют устройства защиты, которые автоматически сбрасывают мощность до безопасно малой или вовсе отключаются при значительном рассогласовании - например при КЗ или обрыве антенны.
А значит при равных импедансах мы ожидаем увидеть равную эффективность антенны независимо от ее размера (на резонансной частоте).
Нет никаких причин этого ожидать, потому что полный импеданс антенны состоит из нескольких компонент, которые при равной сумме могут отличаться каждая очень сильно. Поцсказка: я в первую очередь намекаю на сопротивление потерь и сопротивление излучения, раз уж вы уперлись в резонанс и не хотите учитывать реактивные компоненты полного импеданса.
Хотя от размера тоже многое зависит, в частности добротность (ширина резонанса).
От размеров зависит эффективность излучения. Зависимость далека от линейной, но если размеры слушком малы в масштабах длины волны, то эффективность низкая и продолжает катастрофически уменьшаться с дальнейшим уменьшением размеров.
всегда бОльшая будет звучать лучше и громче за счёт большей площади контакта с воздухом
Не буду душнить про чувствительность, в вашем примере это неважно. Важно то, что колонка побольше будет лучше справляться с частотами пониже (длина волны больше), а колонка поменьше - с частотами повыше. Вот в этом аналогия с антеннами хоть и натянутая, но прослеживается - требуется сопоставимость размеров излучателя с длиной волны, потому что маленький, в масштабах длины волны, излучатель, не сможет эффективно создавать волны, что акустические, что электромагнитные, а у большого будут проблемы с направленностью излучения и потерями на слишком высоких для него частотах.
Ведь все такие антенны, и полноразмерные, и маленькие делают так, чтобы они имели стандартный импеданс около 50 ом.
50 Ом - это индустриальный стандарт, а не некая абсолютная константа. Почему именно 50 Ом - отдельный (несложный) вопрос, но ответ на него в контексте неважен. Важно, что почти вся связная аппаратура, начиная от микромощных Bluetooth™ трансиверов и до средней мощности вещательных передатчиков, рассчитаны именно на 50 Ом. А раз так, то и антенны должны проектироваться под 50 Ом. Потому что это фактический стандарт, а не потому, что это "лучше" или потому что практически невозможны альтернативы.
При таком импедансе (резистивном) антенна всегда потребляет от передатчика фиксированную мощность.
Импеданс состоит из активной и реактивной компоненты. Равенство импедансов - условие минимизации потерь в длинных линиях, потерь на отражение и, чисто практически, обеспечения оптимального режима работы генератора (усилителя мощности передатчика, неважно микроваттного или мегаваттного).
Куда она девается? Если нет явных патологий, как у модулей по теме статьи, то видимо излучается в виде электромагнитных волн.
Основных направлений потерь три: потери на отражение, потери на нагрев и потери на излучение. В случае антенны, потери на излучение считаются полезными, а остальные вредными, и из их соотношения выводят КПД конкретной антенны.
Значит, их суммарная мощность не должна зависеть от размера и конструкции антенны, раз уж она имеет стандартный импеданс.
При гипотетически идеальном согласовании все потери распределятся на потери на нагрев и потери на излучение, а отражения не будет вовсе. Чисто практически вполне возможно приблизиться к идеальному согласованию более чем вплотную, однако тут как всегда вопрос целесообразности, которая имеет не только технический, но и экономический, а в случае бытовых приборов вроде описываемых модулей внутри фабричного устройства или всем понятных сотовых телефонов, так еще и эстетический аспект. Поэтому в реальности многие антенны делается по остаточному принципе "на отвали" и только передатчики служебной связи и радиовещания хоть сколь-нибудь заботятся о главном свойстве антенны - эффективности.
Да, действительно, кусок провода излучает мощность, которая определяется его размером, но только если мы рассматриваем его вдали от резонанса.
При чем здесь резонанс?
А антенна всегда резонансная, и чем она меньше по размерам, тем выше добротность и уже резонанс, так, чтобы волновое сопротивление было у всех антенн одинаковым.
Это немного неверно. Антенна не всегда резонансная и вообще не обязана таковой быть. Причины, по которым стремятся к резонансу, находятся далеко от эффективности излучения. Повышение добротности и сужение полосы по уровню допустимого рассогласования - в целом плохая практика, хотя не исключена в принципе и в каких-то частных случаях оправдана. Но для относительно простых антенн сужение полосы - маркер проблем конструкции или исполнения. Волновое сопротивление тут слегка ни при чем, в смысле оно само по себе неважно, но есть причины, по которым желательно равенство волновых сопротивлений генератора, фидера и нагрузки. А раз у нас есть индустриальный стандарт (точнее несколько), то вроде как логично придерживаться именно его, а не заниматься конструированием велосипедов.
Так что чисто логически получается, что и маленькая и большая антенны должны быть одинаково эффективны, раз уж у них одинаковое волновое сопротивление.
Логически получается, что безындукционный резистор в 50 Ом - лучшая антенна, потому что она идеально в резонансе. Опровергайте.
Есть конечно еще один параметр - 'усиление' антенны, но он связан исключительно с ее диаграммой направленности.
Да, проблема в том, что устоявшийся термин глубоко неверно называется и тем самым привносит путаницу. Правильно говорить о коэффициенте направленного действия, потому что антенна ничего не может усиливать - она может только вносить потери, и делает это всегда.
И у всех ненаправленных антенн он более менее одинаков, хотя продавцы с али экспресса иногда пытаются убедить нас в обратном.
Ненаправленная, изотропная антенна, трудно достижима на практике и чисто практически же имеет мало смысла - только как эталон для натурных измерений. Почти все реально существующие антенны имеют какую-то направленность. Могу лишь согласиться с тем, что чисто практически часто эта направленность выражена достаточно слабо и может, с подразумевающимися оговорками, опять же чисто практически считаться изотропной.
Вы написали очень много слов, но из них непонятно, что вы хотите сказать. Давайте я сформулирую утверждение, а вы с ним либо согласитесь, либо нет. Рассмотрим антенны, у которых одинаковый импеданс (активный), а потери на нагрев пренебрежимо малы. Тогда эффективность всех таких антенн одинакова независимо от их размера. Есть что возразить по сути?
В идеальной абстракции, где нет иных потерь, кроме потерь на излучение, конечно разные антенны будут равны по эффективности даже при разном импедансе, а различия будут сводиться к различиям в формируемой диаграмме направленности.
Ну конечно же они не будут равны по эффективности при разном импедансе, поскольку при подключении к одному и тому же передающему устройству, потребляемая ими мощность будет разной.
Ну конечно же они не будут равны по эффективности при разном импедансе
В идеальном беспотерьном случае будут равны - у всех будут равные 100% эффективности при любом импедансе.
поскольку при подключении к одному и тому же передающему устройству, потребляемая ими мощность будет разной
А это здесь при чем? Мы сначала говорили об эффективности антенн, а теперь вы привлекаете новые сущности, которые к антеннам отношения не имеют и на их эффективность влиять не могут.
Но если вам хочется, то добавьте к каждой антенне трансформатор импеденсов, такой же идеальный беспотерьный, и получите идеальное согласование в любом частном случае.
Эффективность антенны связана с её размерами, но не по принципу "чем больше тем лучше" хотя он работает для некоторых типов антенн, а размер должен быть оптимальным. Применительно к свч диапазону, в простейшем случае это четвертьволновая антенна с противовесом в виде полигона на печатной плате, или полуволновый диполь. Но эти антенны не являются изотропными, в направлении оси антенны у них минимум диаграммы. Поэтому с учетом что изделие может занимать произвольное положение в пространстве, разработчики стараются применять менее эффективные изотропные антенны, имеющие примерно одинаковый Кус во всех направлениях.
Подведенная к антенне мощность распределяется по трем направлениям: одна часть излучается в эфир, другая уходит в тепло, третья отражается обратно в передатчик и-за несогласовки импедансов передатчика и антенны. В математическом описании эффективность антенны именно по части излучения в эфир характеризуется параметром "сопротивление излучения".
Если задача - уложиться в габариты этого компактного модуля - то вот Вам, пожалуйста, ESP32 С3 Pro в точно таких же габаритах, но с возможностью прицепить выносную штыревую антенну... Ну да, немного дороже, но и возможности явно больше.
Тут те же проблемы, только их еще больше. Антенна вплотную к земляному полигону. Паразитная емкость убивает ее характеристики. Разъем внешней антенны запаян параллельно встроенной. То есть формально он есть, но подключение туда чего либо нарушает согласование, если оно вообще было.
Нет. На этой плате для переключения на внешнюю антенну требуется предварительно перепаять ВЧ конденсатор от SMD антенны в сторону IPEX гнезда.
Карательная хирургия подъехала (восхищённо). Рядом с конденсатором совсем мелкие smd компоненты; неловкое движение и упсь. Что то производитель начудил.
Не, это штатная хирургия: на множестве самых разных устройств переключение делается именно так, перестановкой резистора или конденсатора.
Хирургия здорового человека - это убрать/поставить перемычку каплей припоя. Достаточно паяльника. Перепаивать smd - нужен ещё и микроскоп.
Опять-таки, перепайка ничего не решает. Нужно ещё где то найти антенну с sma разъемом.
Хирургия здорового человека - это убрать/поставить перемычку каплей припоя. Достаточно паяльника.
Тут нюанс. Человекопаяемые площадки под обычный человеческий паяльник ватт на двадцать-тридцать - они большие, а это заметная неоднородность, как для верхней части дециметрового диапазона, а еще у незапаянных площадок большая емкость, то есть низкое реактивное сопротивление, пусть на постоянном токе это и безусловный разрыв цепи.
Перепаивать smd - нужен ещё и микроскоп.
И обычным паяльником не всегда управишься - чем мельче компоненты, тем более вероятно что никак и никогда. То есть микроскоп необходим, но необязательно достаточен.
Нужно ещё где то найти антенну с sma разъемом.
Ну, это одна из самых простых задач в мире электронных компонентов. Разъемов SMA - их просто невероятно огромный ассортимент, под любый (в разумных пределах толщины, конечно) кабели, под обжим и пайку, прямые и угловые, а также несчетное количество переходников на что угодно кроме, наверное, только 7/16 просто из-за несопоставимости размеров. У меня нет объективных данных, но субъективно я категорически убежден, что в более-менее сопоставимых габаритах это самый распространенный тип разъема.
Иными словами, производитель сделал плату с неработающим разъемом и без антенны в комплекте. Но при наличии оборудования плату можно починить, а антенну сделать самому. Купить 10 разъемов (меньше не продадут), кримпер, кабель (метр)..
Логично было бы плату в варианте А делать без разъема, в варианте Б - с разъемом и антенной на пигтейле.
Иными словами, производитель сделал плату с неработающим разъемом
С отключенным по умолчанию. Это чуть не то же самое, что с неработающим.
без антенны в комплекте
Это прекрасно, потому что одним комплектная антенна (сверх дорожек на плате) вообще не нужна даже даром, а денег она стоит и в поиске по цене плата с антенной в комплекте уйдет вниз, а другим не нужна никудышняя дешевая антенна в комплекте (дорогую не положат, потому что дорого получится), так как если уже подключать внешнюю антенну вместо встроенной, то под свои требования. Кому-то, например, Yagi нужна, кому-то коллинеар по фиберглассовым обтекателем и так далее.
Но при наличии оборудования плату можно починить, а антенну сделать самому.
Антенну можно как сделать, так и купить готовую, а вот паять мелочь - да, ужос (sic!).
Купить 10 разъемов (меньше не продадут), кримпер, кабель (метр).
Не пытаюсь говорить за всех, скажу за себя - у меня этого всего есть в каком-то минимальном ассортименте, а разъемы и так приходится постоянно покупать, потому что десяток довольно быстро куда-то расходится, поэтому не поддерживаю ваше высказывание в том смысле, что не считаю это проблемой. Если вам категорически не хочется кримпер - берите разъемы под пайку. Я пользуюсь и теми, и другими по настроению необходимости.
Логично было бы плату в варианте А делать без разъема, в варианте Б - с разъемом и антенной на пигтейле.
Люто, бешено™ плюсую™.
Производитель предположим желает выпустить пару миллионов изделий. 1 с встроенной антенной, и 1 с внешней антенной. И чтобы заказать не миллион одних, миллион других плат, он заказывает 2 миллиона универсальных. А это неплохо может сказаться на себестоимости изделия. А дальше разница только в том, куда припаять конденсатор или капнуть немного припоя.
Мне кажется, что начиная с какого-то количества изделий в серии, эффект масштаба перестает работать и себестоимость перестает снижаться. Для отладочных плат, которые не имеют корпусов и не требуют сборки в изделие, нет розничной упаковки, нет сопроводительной документации - вообще ничего, только плата с распаянными на ней компонентами, эффект масштаба, бездоказательно предположу, перестает работать уже на тысячах изделий, а не на миллионах. А значит выпускать несколько почти одинаковых моделей наоборот выгодно - затраты на разработку любой модели кроме базовой почти нулевые, зато можно продавать одно и то же по разным ценам.
неловкое движение и упсь
Нежно смахивая пыль со стереомикроскопа: да, поддерживаю, боюсь и не люблю всю эту SMD мелочевку и избегаю ее, предпочитая по даже простым поводам аутсорс в специализированных мастерских. :(
Посоветуйте как улучшить антенну на плате CH340 (ESP8266)?
Этих плат с 8266 штук 10 разных. А ch340 вовсе программатор ;)
А ch340 вовсе программатор
Как по мне, то это скорее USB-UART мост. Но не настаиваю, конечно.
Тут CH340 пишут для того чтоб было ясно какой драйвер нужно ставить чтоб тот самый USB-UART мост работал и общался с ESP через USB. А CH340 это та самая микруха, которая стоит в качестве моста на этой плате
Спасибо за разъяснения, но всё-таки, как сигнал-то улучшить? :)
но всё-таки, как сигнал-то улучшить?
Практически - никак, потому что на вашей плате, насколько можно судить по картинке, как и любых подобных в принципе, практически проблематично отрезать антенну-дорожку-на-плате и подключить вместо нее отрезок кабеля, которым уже подключить полноценную отдельную антенну. На будущее лучше выбирать платы, где разъем уже распаян - с него можно сделать пигтейл и подключать что нравится, а с этой только смотреть внимательнее, можно ли ценой разумных усилий убрать штатную антенну и заменить ее на вывод кабеля или на какой-то полноценный разъем вроде SMA.
А как такую плату лучше располагать в пространстве по отношению к роутеру? Вертикально, горизонтально или ещё как-то? Например, обычные антенны производители рекомендуют располагать вертикально, а тут не понятно как, она же сложной формы.
А как такую плату лучше располагать в пространстве по отношению к роутеру?
Проще определить опытным путем, чем моделировать.
Например, обычные антенны производители рекомендуют располагать вертикально
Потому что в подвижной связи по чисто техническим причинам предпочтительна вертикальная поляризация, а очевидно протяженные антенны параллельны плоскости поляризации.
а тут не понятно как, она же сложной формы
Простой ориентир - земляной полигон, использующийся как противовес монополю любой формы, простой или сложной. Его край, направленный к монополю, обычно ортогонален плоскости поляризации. В полноразмерных антеннах часто противовесы не перпендикулярны монополю, а образуют некий непрямой угол - это используется для настройки импеданса и почти не влияет на диаграмму направленности, но принцип ровно тот же.
Любую укороченную, правильно рассчитанную антенну можно увеличить только одним способом Удалением, и заменой на полноразмерную.
Напомнило: https://youtube.com/shorts/WY73exaVpyw
Там ему Youtuber задал "тупой" вопрос, а как выяснилось эта модификация сильный эффект дало.
Помню, взяли кусок канализационной трубы, намотали провод спиралью. Дальность приёма роутера увеличилась до 3 км. "Дед, откуда у тебя Интернет на даче? - А по канализации! Поэтому в нём говна много, правда." Давно дело было, тогда мобильный интернет был только в сказках про ФСБшников.
Более менее очевидно, что антенна должна быть расположена перпендикулярно земляному полигону.
Вам просто повезло, в данном конкретном случае. Посмотрите референсную топологию для подобных антенн. Там НЕ используется перепендикулярное расположение.
Агаа, я так и думал!
Я тут недавно делал свою первую плату с блютусом, и смотрел на эту антенну, т.к. ее пихают в кучу модулей на ESP32-XX. Насторожило то, что её расположение нигде не совпадало с даташитом, так что одно из двух - либо авторы платы сделали согласование импеданса и все рассчитали для новой геометрии, либо наоборот, забили и поставили антенну чтоб поменьше места занимала. Предположил второе и, судя по статье, оказался прав. Взял в итоге другую антенну и срисовал футпринт из даташита.
Все бы хорошо, но дальность ограничена мощностью по ГОСТу, которую нельзя превышать.
Уа мЕня на старом Xiaomi 2016 года и наушники внутренние с названием Athletics за 28$ расстояние приема-передачи музыки 160м. О каких 10-20м речь ?
Не пробовали припаять чип антенну к плате вертикально, чтобы антенна не выступала за габариты платы?
Любознательность и отвага :) Без тер. базы :) Эти чип антенны по сути не антенны, а бустеры(настроечный элемент), а антенна - это их окружение (вся плата по сути). Если все сделано правильно то ДН будет "классический", т.е. в форме яблока/бублика(ну т.е. почти круговая). Но если повернуть этот чип на 90 градусов то злая тетка - пространственная интерференция поменяет ДН антенны очень сильно, и в каком-то направлении она стает 'долбить' далеко, а в других направлениях – сильно ослабнет. Это и объясняет почему в одном случае стало сильно лучше, а в другом вообще все сломалось – просто был не правильно поставлен опыт.
Нормально он был поставлен. Диаграмма направленности такая же, как, у монополя. Антенны стояли вертикально. А интерференция при размере антенны меньше длины волны как бы и непричем.
Интерференция будет всегда и везде независимо от размера антенны или длины волны.
Другое дело что в ближнем поле картина не поддается простому аналитическому расчету(и замерам тоже), но если взять любой тул для 3D моделирования полей то там все будет понятно.
Ну и ДН мерится в дальнем поле, и формируется там же, но формируется благодаря полевым эффектам в ближнем поле.
Вообще, первоочередная задача антенны, точнее ее «штыря» довольно простая – это организовать стоячую волну но с занулением в точке подключения фидера (ну если считаем что в этой точке импеданс согласован с трансивером и фидером).
А это значит что все, что делает штырь – это «организовывает линию задержки» в 1/4 периода. Это даст настройку по частоте (резонанс).
Все остальное делает поле в пространстве между «штырем» и ближайшей GND, имеющей хорошую связь по AC с GND фидера и/или трансивера.
И вот то, какая будет взаимная геометрия этих двух элементов («штыря» и GND) и определит ДН и эффективность антенны.
Поворачивая чип антенну, Вы не особо меняете размер области пространства формирования волны, а значит и не особо меняете эффективность антенны.
Но сильно меняете форму этого пространства, а значит - крутите на органе и ДН и поляризацию.
Говорить о правильно поставленном опыте не стоит, если Вы хотя бы не проконтролировали взаимную ориентацию антенн трансиверов (и напомню, антенна тут - это вся плата не только этот чип) и канал на котором проверяли, а также не проконтролировали куда и чем была подключена ESPха ( шилд USB кабеля и его прокладка хорошо так влияют на эффективность антенны так как подключен он к общему с трансивером и антенной GND).
Ну и так чтобы лучше понимать - увеличение расстояния с 20 до 100 метров при прочих равных для круговой ДН это минимум +14dB(скорее +18…20 с учетом потерь в воздухе) - невозможно такое получить без значительного увеличения размеров антенны(ну считаем что настройка у нее была в норме изначально), но можно получить изменением ДН (ну с выбором направления конечно).
Ну т.е. паяльником вы или ДН поменяли…ну или вспоминайте куда и какими кабелями ESPхи подключали :)))) этот кабель тоже часть антенны.
Скорее возможно, и дело я думаю в везении.
Учитываем следующее.
Это действительно не антенна, а ее частЬ, которую припаяли на заводе на плату.
На плате должен был стоять П контур.
От п контура осталось только что то одно. И не факт, что там катушка. Конденсаторов нет. А согласно даташиту должно быть все
Отсюда можно предположить что мы вместо одной ненастроенной антенны подключили другую не настроенную антенну, и что из этого получится... никому заранее не известно.
Даже подключить вместо штырька грамотно собранную антенну, тоже в данном случае не совсем правильно. Выходное сопротивление микросхемы модуля 30...35 +J10, так что без цепей согласования туда подключить можно, но не желательно. Кусок антенны тоже же требует согласования, там в даташите включенная последовательно катушка. Так что нужно по идее как изменить сопротивление, так и убрать реактивную составляющую. При том с учетом реактивной составляющей в источнике. Не самая простая задача, если дома есть только паяльник.
Не.... Ну П-матчинг или любой другой для таких антенн это для ленивых или богатых(ну или для мелкой серии или быстрых прототипов).
Мы ( я работаю в КБ) обычно всегда закладываем плейсхолдеры для матчинга, но почти никогда их не используем.
Такие антенны можно заматчить клиренсом до GND вокруг антенны, ну и/или добавкой небольшого куска меди на “свободный” конец чипа антенны.
Просто нужно 2…3 итерации перевыпуска плат (и обычно это совмещается с другими фиксами в плате, ну т.е. считай - бесплатно).
Чисто для примера:
(тут НЕ смотрим на элементы Ft1/2 и Mt1 – это не совсем матчинг, тут эти элементы – часть самой антенны, у них другая цель… это особенность конкретно этого бустера).
Смотрим 2-й слайд – зависимость VSWR(КСВ) от клиренса вокруг атенны на одном из референсных размеров платы.
Первый раз плату изготавливаем с клиренсом антенны по референсу, одновременно строим ее модель в симуляторе.
Мерим антенну на плате, берем дельту по S11 (КСВ) от ожиданий, в симуляторе двигаем клиренс чтобы получить такую же дельту.
Допусков PCB фабрик(2..3 мил) хватает чтобы разброс бы приемлемым.
Правим плату, изготавливаем, перемеряем – обычно тут уже получаем приемлемый результат.
На 3й итерации уже просто удаляем плейсхолдеры для матчинг элементов и конектора для подключения VNA - готово (получается и хорошо и дешевле).
Ну и стоит понимать что:
1. мисматч по импедансу НЕ двигает настройку по частоте.
И конкретно у таких антенн частоту резонанса вообще трудно сдвинуть платой (это видно по всем слайдам в примере выше(6й не смотрим, он не про это) – полоса меняется но центр резонанса стоит в том же месте всегда).
Можно сдвинуть поменяв диэлектрик платы, ну или если корпус устройства вокруг будет из толстого диэлектрика с высоким Er (ну или если кто приляпает слишком близко радиатор металлический).
2. Даже если мисмасч по импедансу значительный, выравнивая его вы, не получите прям ощутимого профита, приборно увидите, функционально нет.
https://chemandy.com/Calculators/return-loss-and-mismatch-calculator.htm
Для примера берем источник 50 Ом, а нагрузку (антенну) например 75 Ом
Получаем прямые потери меньше 0.2dB (вообще ерунда),
и отражения около 20% (-1dB) - для эффективности антенны это тоже ерунда, НЕ ерунда это для усилителя передатчика, он будет сильнее греться.
НО если мы говорим про WiFi (и тем более BT) где мощность 100…200mW то это тоже ерунда, ну получите жор/нагрев на 30mW больше, и что? даже не заметите.
Ну т.е. можно спокойно на 50 Омный источник вешать классический диполь самодельный без согласования и все будет замечательно работать.
Это на больших мощностях(ну там… ватт… несколько…и больше) передатчика приходится уже париться с матчингом чтобы снизить КСВ, тупо чтобы не жарить усилитель.
Ну т.е. можно спокойно на 50 Омный источник вешать классический диполь самодельный без согласования и все будет замечательно работать.
Ну это да... а если у нас соединено все куском кабеля, желательно не самого короткого. То в таком случае может выглядеть все очень красиво.
И в нашем случае, при приямом соединении 35 ом +j10 и антенне 50 ом ксв будет 1.5, я подозреваю что реактив можно убрать даже дорожкой, уж больно малая там индуктивность нужна, но вместо 30 или 35, в зависимости от чипа, уже потери будут чуть заметнее.
Потери из-за мисматча импеданса есть ТОЛЬКО в точках где этот мисматч возникает. Ну т.е. если трансивер 50 а антенна 75 то вообще без разницы какой кабель юзать, точка не согласования будет одна. Хотя, не, вру, тогда 75 лучше даже ( при прочих равных в самом кабеле потери ниже кажется) :). Вообще, если с кабелем то тут все еще интереснее.... Есть готовые дипольные антенны на рынке, на 50 Ом, для WiFi/BT, много (у Molex например можно поискать - наклейки такие черные) без каких либо видимых признаков согласования на 50... но блин они на 50.. 100%, сам проверял... называются unbalanced antenna. Согласование делается длиной кабеля - в неширокой полосе замечательно согласуется. Ну и это... в мире мелких антенн КСВ 1.5 это офигенно классный КСВ, я выше ссылку давал на TDK антенну - у них там 1.5 это самый лучший, а полосу они вообще по КСВ 3 нормируют. Мощности низкие, поэтому всем навалить на отражения, потери не большие в dB получаются, а нагрев уся не критичен при таких мощностях, там сам модем и интерфейсная часть гораздо больше тепла вваливают чем усь.
Да, но в кабеле есть еще один момент, у нас появляется длинная линия. И если ее волновое сопротивление отличается от волнового сопротивления антенны и передатчика, она будет работать как трансформатор сопротивления. И на разных частотах это будет делать по разному. И если посмотреть на векторном анализаторе на картину с кабелем таким, то у нас в зависимости от частоты и длинны линии могут быть точки с идеальным согласованием, а могут быть совсем рассогласование, в зависимости от длины и волнового сопротивления линии. Видел картинку, передатчик 50, антенна 50, фидер 75 у Евгения Радиста, если не ошибаюсь. Этим же методом мы можем наоборот согласовать выход передатчика с антенной, при помощи четвертьволновой линии, волновое сопротивление которой равно корню квадратному от произведения волновых сопротивлений передатчика и антенны. Если я правильно понял, Вы назвали это согласованием длинной кабеля. В таком случае думаю если сопротивление фидера будет не подходящим, то подобрать длину и согласовать все равно можно. Правда работать будет только в относительно узкой полосе частот.
Да, конечно, это для относительно узкой полосы, но для многих задач этого хватает.
Но я несколько другое имел ввиду...
Для согласования четвертьволновой линией нужно где-то найти фидер нужного импеданса... а его не будет скорее всего такого.
Я же имел ввиду - максимально тупо - длину фидера подобрать (всего, от нагрузки до источника, без других "навесов").
Но нужно чтобы импеданс фидера был больше либо равен наибольшему импедансу трансивера и/или антенны.
Тут, если откинуть детали, и глубоко не погружаться в отражения и интерференцию, то можно считать что импеданс в фидере меняется вдоль его дины от 0 до максимума и обратно по синусу с периодом полудлины волны (конечно с учетом укорочения в кабеле) но фаза не определена.
Это НЕ верное утверждение, но эффект будет именно такой.
В итоге можно подобрать такую длину фидера, что на его концах для данной длины волны импеданс будет согласован на другие импедансы нагрузки и/или источника (если их импедансы ниже максимального у фидера).
Длина такого фидера будет от 0 до L/2, но его можно удлинять без потери согласования на целое число полудлин волны.
Тут потери из-за рассогласования останутся, но они и не большие, но отражений не будет поэтому КСВ хороший.
Для случая когда трансивер и антенна 50Ом, а кабель в наличии только 75 Ом, то нарезав кабель длинной кратной любому числу полудлин волны - получаем хорошее согласование.
На плате должен был стоять П контур.
Вполне возможно, но маловероятно, потому что это лишние траты на разработку и лишние центы себестоимости, за которые идет невиданная по размаху борьба. То есть, исходя из контекста (платы для разработчиков сомнительного происхождения), можно утверждать, что никакого П-контура нет и никогда не предполагалось - и не ошибиться в предположении.
Выходное сопротивление микросхемы модуля 30...35 +J10
То есть типичный четвертьволновый монополь над земляным полигоном покажет приемлемое согласование и так. Это же не вещательный передатчик и даже не таксистская радиостанция в автомобиле - не просто и так сойдет, а даже где-то не так уж чтобы и ужасно.
Не самая простая задача, если дома есть только паяльник.
Да, совеременные векторные анализаторы настолько удобны, что чисто практически незаменимы. По-старинке, с направленным ответвителем, ресурсоемко.
То есть, исходя из контекста (платы для разработчиков сомнительного происхождения), можно утверждать, что никакого П-контура нет и никогда не предполагалось - и не ошибиться в предположении.
Находил на эту, или очень похожую плату даташит. Там приведена схема, и в ней есть П контур, даже конкретные емкости указаны и индуктивность.
А вот на фото, что здесь, что в некоторых магазинах на Али посадочные места под компоненты есть, а компонентов нет. Только возможно катушка индуктивности.
>антенна - это уменьшенный вариант монопольной антенны
Монополей в антенной технике не бывает!
Если вы не видите второго плеча диполя, это ещё не значит, что его нет.
Есть 3D-антенны с 75% efficiency типа proant 440, использовались на TinyPICO (https://www.tinypico.com). У PCB-антенн efficiency максимум 50%, керамические, как правило еще хуже из-за гораздо меньшей площади поверхности (точность всегда не компенсирует размеры, увы). Я про них писал тут https://github.com/joric/nrfmicro/wiki/PCBA#antenna-design
Кстати, поздравьте, получил собственные VID/PID. Если кому интересно, вот тут процесс https://pid.codes/howto, заняло всего день.
Как в разы увеличить дальность приема WiFi / BT при помощи паяльника