Компактная антенна 869МГц - муки выбора

[parovoZZ]

Всем молокомодулированным котам привет!
Дано - компактное радиоустройство. Частота - 869 МГц (РФ). Необходимо подобрать компактную антенну. Дизайна печатки нет, т.к. необходимо изучить данный вопрос. Склоняюсь к дизайну от RFM (сейчас картинку не найду. Как найду - вставлю).
Недели 2, а может даже 3 читаю апноуты, дизайнноуты и просто разные статьи на тему. Пришел к такому выводу.
Из компактных антенн доступны следующие варианты:
1. Печатные антенны (ПА)
2. Чип антенны
3. Патч антенны
4. Витые ("пружинки") антенны
5. Компактные штыревые (наружные)

Теперь немного "за" и "против"
1. ПА практически бесплатны в изготовлении, но необходимо долго симулировать, затем долго вгонять в резонанс. Повторяемость из-за неустойчивых параметров печатных плат крайне низкая. Не ясно только, как с этим на производстве у китайцев с модулями, которые продаются в изобилии на известном ресурсе. Отбраковка брендов или всё же как получилось, так и получилось?
2. 3. Компактны, приемлемые показатели на высоких частотах. Но стоят денег
4. Также просты в изготовлении и дешевы, если покупать.
5. Весьма дорогие. Торчат наружу. Настраивать не надо, ибо нечего настраивать. Из плюсов - внутри диполь.


ПА отбросил ввиду того, что просты в изготовлении, но сложны в настройке. Чип антенны вроде и хороши, но вроде и дороги. Ещё не проясненная вещь - есть ли влияние подложки на частоту резонанса и импеданс? Самые, наверное, вожделенные - "пружинки". Но у китайских и показатели китайские - типа 50 Ом. Не понимаю - при каких условиях намеряли такое значение? Второй вопрос - как "пружинки" переносят близость печатной платы? Ведь их же можно запаять в центр платы, на край, в торец и параллельно плате. Ну и последние - штыревые. Гипотетически, т.к. это диполь, то такие антенны независимы от земли. Но практически...
Понятно, что антенный тракт придется согласовывать. Приборов у меня, разумеется, нет, но паяльник, как говорится, и до приборов доведет, как язык до киева или пушистый хвост до миски со сметаной.

Резюмирую вопросы.
1. Так ли страшны ПА, как я их здесь обрисовал?
2. Надо ли доводить до ума (досимулировать) чип-антенны или с ними достаточно сделать примерно как в даташите, а дальше согласовать по приборам? Или также требуется настройка в резонанс?
3. Влияет ли тангенс потерь и диэлектрическая проницаемость фарфора (FR4) на пружинку?
4. Есть 100% рабочий вариант печатки с выносной антенной, чтобы не тащить к прибору? У той же терры есть модули без согласующих элементов - с балуна сразу на SMA. У TI абсолютно все референсы на их киты с площадками для элементов согласования.
5. Как настраивают в корпусе? Или делают какой-то промежуточный вариант корпуса с необходимыми прорезями/отверстиями?

[VT1]

Для начала нужно определиться с требованиями к устройству, а потом уж выбирать все остальное, в частности и антенну.

[Ser60]

Насколько я понял, приоритеты расставлены в выборе антенны следующим образом (если не так, поправьте):
1. Компактность
2. Эффективность
3. Стоимость

Оптимизировать сразу по всем параметрам не получится, так что нужен компромисс. В общем и целом, чип антенны более эффективные, чем печатные, как правило, и менее эффективные чем штыревые. В компактных штыревых, как правило, находится провод длиной в 1/4 длины волны, скрученный в пружинку. Такой антенне (1/4-волновой диполь) нужна ground plane, в отличии от 1/2-волнового. Последние самые эффективные и дорогие и наименее компактные. Насчёт геометрии ground plane, следует смотреть рекомендации производителя. Как правило параметры приводятся при расположении штыря в центре земляной области определённого размера. В противном случае будет суб-оптимальное согласование и частота резонанса антенны будет несколько смещена. Без приборов оптимальности не достигнуть, так что проще проверить работу антенны на практике, исходя из её разумных размеров и приемлимости параметров устройства. На ПА и ЧА также имеются рекомендации производителя по геометрии земли вокруг и наличию металлически предметов в окрестности. Характеристики материала ПП влияют на сопротивление волновода к антенне. Если корпус пластиковый и антенна находится внутри, никаких прорезей делать не стоит.

Вообще, многое в плане выбора антенны зависит от желаемых результатов. Конкретно, я в большинстве конструкций использую укoроченные 1/4-волновые антенны фирмы Linx, как на этом фото, а для экстремально дальней связи из ненаправленных использую 1/2-волновые штыри той-же фирмы с выходом на SMA. Вообще, у силлабов имеется антенный Кит, посмотрите ещё на документ к нему AN768.

[parovoZZ]

Ну вот в модуле у терры сделано так

Screenshot_.png

(118.66 KiB) Скачиваний: 461

Неужели они так подгодали, что не требуется согласования? Это 433 МГц.
Понятно, что в USB свисток я вставлю внешний штырь, а вот что же поставить в "плоский" корпус? Пружинка влезет только в одну плоскость с земляным полигоном, а это наихудшее её положение. Остается только чип антенна. Но вдруг у неё резонанс сместится от желаемой частоты. Я вот то тут, то там вижу сообщения - почему у других километр, а у меня связь не дальше стола?

[Ser60]

Если плоский корпус и имеются опасения по расчёту ПА, то ставьте чиповую и следуйте рекомендациям промзводителя по полигону земли. Их соблюсти несложно и ничего никуда не уплывёт. Не знаю почему у Вас связь в пределах стола, у меня даже с ПА сотни метров на 915 мгц.

[parovoZZ]

Ser60 писал(а):

Не знаю почему у Вас связь в пределах стола, у меня даже с ПА сотни метров на 915 мгц.

Та не))) У меня ещё ничего нет)) Это я начитался сообщений в тырнетах.
ПА необходимо саму настроить, а затем её согласовать. Разумеется, что я найду человека с векторником/спектроанализатором и попрошу его настроить. Можно и самому купить (в китае за 150 баксов), но боюсь, что поляжет он у меня мертвым грузом.
Ну и поп поводу корпуса - у него диэлектрическая проницаемость выше единицы, а значит, находясь в ближнем поле антенны, он исказит ДН. Но сильно ли он расстроит частоту резонанса и стоит ли из-за этого париться на таких частотах?

Добавлено after 22 minutes 40 seconds:

Ser60 писал(а):

в большинстве конструкций использую укoроченные 1/4-волновые антенны фирмы Linx,

К нам их не возят, а если и возят, то цены космос. Но сайт их я тоже прошерстил.
AN768 от силабов также изучен.

[Дмитрий М]

Любая антенна настраивается. ПА при моделировании и изготовлении потом на стабильном материале уже не нуждается. То же касается и всех остальных. В массе их никто на серийном изделии не настраивает, это и дорого и не очень возможно... как подключиться в готовом устройстве к антенне и настраивать? И в основном это не нужно, настройка индивидуальная важна при использовании на "границе условий" а практически проще дать больше мощности чем искать блох . Если делается на очень дешёвом и гадком материале изделие то часто только антенна с подложкой изготовливается на фазостабильном материале с большим эпсилон (для уменьшения размеров) и этот кусочек приклеивается на основную плату как модуль антенны. Вот так можно настраивать их индивидуально (хотя бы проверять).

[VT1]

Дмитрий М писал(а):

настройка индивидуальная важна при использовании на "границе условий"

Дело в том, что некоторые, не обладая базовыми знаниями по антеннам, считают, что настройкой антенны можно увеличить дальность работы не на несколько процентов, а в несколько раз.

[parovoZZ]

Дмитрий М писал(а):

В массе их никто на серийном изделии не настраивает, .

Ну так это и понятно. Я же заказываю 10 плат в китае. Потом ещё 10 плат. Где гарантия того, что материал первой платы хоть как-то похож на материал второй платы? Да никакой.

[Дмитрий М]

Закажите модуль антенны на гарантированно СВЧ материале типа флана. Если Вы не знаете параметры фольгированного диэлектрика то и расчёт антенны невозможен.

[Андрей Бедов]

Это 433 МГц. ... Пружинка влезет только в одну плоскость с земляным полигоном, а это наихудшее её положение.

Большинство брелков автосигнализаций на 433 МГц:

Спойлер

[As]

У меня радионаушники в том же диапазоне, приблизительно - в качестве передающей антенны простой четвертьволновый штырь из гибкого монтажного провода, на который одевается декоративная жесткая пластиковая трубка... 100 метров перекрывает без проблем - но, маловато, конечно... Хотелось бы хотя бы до километра добить... Антенной можно раза в два дальность увеличить - в одном выбранном направлении, но тогда во всех остальных - дальность уменьшится! Тут, как с "экологическими" требованиями к антеннам GSM: придумал кто-то, что в сторону абонента излучение должно быть ослаблено, диаграмму направленности антенн телефонов изменили - и теперь, если базовая станция оказалась с неудачной стороны - аппарат получает команду БС на максимальную мощность передатчика и "облучает" даже сильнее, чем "не экологичный"!

[Андрей Бедов]

Меня удивляет другое - повальная тенденция переносить антенну мобильника в нижнюю часть корпуса. Я разбирал пару десятков мобильников, и сам в этом убеждался.
Я конечно понимаю, что они заботятся о наших синапсах, но большинство людей держат мобильник таким образом, что область антенны получается буквально "обнимается" рукой почти со всех сторон, неоправданно увеличивая мощность передатчика и расход аккумулятора.

[As]

Сотовые сети сильно изменились за последние годы... Уменьшился размер отдельной соты, целые сети отказываются от диапазона 900 мегагерц, соответственно, и большая мощность у абонентского терминала стала не нужна... Только вот зона покрытия от этого не улучшилась - там, где плотность населения низка и БС стоят далеко - надежда только на 3G, GSM не работает!
Сейчас к источникам помех на ДМВ добавятся многочисленные передатчики DVB-T2, которые натыканы чуть не в каждой деревне - самодельщикам станет чуть сложнее работать с устройствами ДМВ-диапазона...

[parovoZZ]

Андрей Бедов писал(а):

Это 433 МГц. ... Пружинка влезет только в одну плоскость с земляным полигоном, а это наихудшее её положение.

Большинство брелков автосигнализаций на 433 МГц:

Спойлер

Это не только в брелоках сигнализаций, но и у той же альтоники штатный штырь так же расположен.

[int4880053]

Все зависит еще и от диаграммы потому что пружинка дает изрезанную и большей части в одну сторону,
но от нее коэффициент усиления лучше, а если печатную моделировать то можно получить компактнее
но хуже.

[Андрей Бедов]

Мне кажется, в таком виде (пружинкой) антенна одновременно имеет свойство удлиняющей индуктивности.

[musor]

имено так индуктивная но расчитывается так чтоб в середине диапазона импеданс чежал в предедах 40-75 ом активного ...не всегда это возможно но стараются
традиционо выхода чипоф 50 омные никаких трансформатороф сопротивлений и п контуроф в мелдких девайсах (модеиах и тем паче брерках)давно не ставят сотки особое дело там спецфилтра гибридки типа павоф... брелки сигоф часто не имеют явной антены ваобше обычно петелка вокруг платы нагруженая на кап-контур с резонансом на частоту трансмитера -по сути МАГНИТНАЯ АНТЕНА УКВ!!!
весма кстати эфективная иза добротности с учетом автотрансовой связи с транзистором трансмитера
сама антена такому не нудна...но если таки нужна Е компонетра поля идкт змейки спиралки зигзаги ка печатные таки обемные...
кстати не путайте 4ти-волновую штыревуху с полуволновым диполем -это разные антены ка по подключке так и по согласованиюи по ДН и по поляризациии
1и нужен противовес -полигон сплошных земель или оплетка кабеля длиной в четверть волныи боле...
насчет формы вибратора линейный спираный зигзаговый меандровый не суть ка важно в далней зоне ДН одна а вот в ближней зоне здорова отличается... но мало кто юзает их в ближней зоне да и там избытка можности хватает...

[parovoZZ]

Андрей Бедов писал(а):

Мне кажется, в таком виде (пружинкой) антенна одновременно имеет свойство удлиняющей индуктивности.

У обычного штыря импеданс равен примерно 36+j20(30). Мнимая часть емкостная и очень сильно зависит от противовеса. Сворачивая в пружинку, мы мнимую часть доворачиваем до нуля и даже дальше - в индуктивную. Поэтому нужен конденсатор для согласования. Есть ещё момент - как мне кажется, ток, проходя по виткам пружинки, запаздывает по фазе и за счет интерференции складывается, формируя таким образом ДН. И ДН эта на разных частотах будет разная.