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Funkkommunikation

Antennen – die unbekannten Wesen

7. August 2018, 16:00 Uhr | Von Harald Naumann

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Datenblätter von Antennen richtig auswerten

Der erste Blick in ein Antennendatenblatt oder auf eine Messreihe gilt immer der Bandbreite. Dabei muss der Entwickler zugleich für sich selbst festlegen, ob er –6 dB oder –10 dB Rückflussdämpfung anstrebt. Ist die Bandbreite laut Datenblatt zu klein, dann kann das Datenblatt getrost weggelegt werden.

Wurde die Rückflussdämpfung mit –6 dB gewählt, dann sollte der zweite Blick auf die unterste Frequenz der Antenne fallen. Ist diese bereits zu niedrig für die Anwendung, dann ist es zum Beispiel bei zugekauften Chip-Antennen unmöglich, die Struktur zu kürzen. Bei selbst gebauten PCB-Antennen hilft beim Prototypen das Skalpell, um die Antenne auf Maß zu kürzen. Für die Serienfertigung kann die Antennenstruktur anschließend im Layout korrigiert werden.

Beim Bewerten des Datenblattes ist aber Vorsicht geboten. Der Antennengewinn wird im Maximum definiert und sieht meist gut aus. Wenn der Antennenhersteller etwas trickst, dann wird eine Antenne, die ursprünglich für GSM-Quadband entwickelt wurde, mit der untersten Frequenz von 824 MHz, schon mal zur Antenne für LTE Cat-NB1 bzw. LTE deklariert. Die Rückflussdämpfung der Antenne ist dann bei 798 MHz entsprechend hoch und die Sendeenergie wird nur zu einem kleinen Teil abgestrahlt.

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Die praktische Seite der Antennenauswahl und wie einfach Antennen mit einem Netzwerkanalysator gemessen werden können, zeigen Harald Naumann und Roger Denker in einem Tutorial »Antenna« am 15. November beim Wireless Congress 2018 in München. Nutzen Sie die Gelegenheit beide Experten zu Problemstellungen aus Ihrer Praxis zu befragen und Lösungsansätze zu diskutieren.

Viel schlimmer ist es aber, wenn die rücklaufende Welle auf den Verstärkerausgang des Funkmoduls trifft. Die dort entstehenden Oberwellen können leicht die Grenzwerte der Funkanlagenrichtlinie überschreiten.

Bei der Auswahl von Antennen sollten Entwickler auch bedenken, dass das Gehäuse mit seinem Kunststoff die Mittenfrequenz der Antenne etwas verschiebt und auch die Bandbreite meist ein wenig erhöht.

Wurde eine Antenne anhand des Datenblatts ausgewählt, sollte ihre Rückflussdämpfung auf der Evaluierungsplatine im Gehäuse der Wahl gemessen werden. Ist dieser Test auch zur Zufriedenheit abgeschlossen, erfolgt der Aufbau der Antenne auf einer leeren Platine im Kunststoffgehäuse. Verläuft auch dieser Test positiv, kann die Chip-Antenne oder auch die PCB-Antenne in das Layout der Platine für die Schaltung des Gerätes übernommen werden.

Zur Messung der Antennenparameter wird ein Netzwerkanalysator (VNA – Vektor Network Analyser) benötigt. Neben der klassischen Bauart als Labormessgerät, werden hierfür auch PC-basierte Messgeräte angeboten, die nicht ganz so kostenintensiv sind.

Literatur

[1] Naumann, H.: IoT / M2M Cookbook. Auszug Online verfügbar www.gsm-modem.de/M2M/m2m_iot_cookbook

[2] Naumann, H.: Der Weg zum Gillette-Bestellknopf. Elektronik.de, 2017, www.elektroniknet.de/elektronik/kommunikation/der-weg-zum-gillette-bestellknopf-144878.html

[3] Funkanwendungen auf den ISM Bändern. Bundesnetzagentur, 30.04.2015, http://emf3.bundesnetzagentur.de/pdf/ISM-BNetzA.pdf

Der Autor

Harald Naumann

ist im nordhessischen Kirchheim geboren und hat in Offenbach die Ausbildung zum staatlich geprüften Techniker mit dem Schwerpunkt Informationselektronik abgeschlossen. Er war Mitglied in vielen Teams zur Entwicklung von Funk-Produkten – die heute modisch »Wireless IoT genannt werden. Seit über 25 Jahren ist er im Bereich Funktechnik tätig. 2014 hat Naumann mit dem »IoT / M2M Cookbook« sein ersten Buch im Eigenverlag veröffentlicht. Heute leitet er als Sales Direktor den Vertrieb bei Tekmodul in München.

harald.naumann@gsm-module.de