Antenne e piani di massa

Sto guardando questo foglio dati per l' antenna ANT-433-HETH . Nella casella "Layout suggerito della scheda" vedo una dimensione denominata "Distanza minima dal piano di massa" di 0,5 pollici.

Ho sempre pensato che dovresti fondamentalmente avere il tuo punto di alimentazione dell'antenna direttamente sopra (o incorporato per un foro passante) su un piano di terra ... mi sbaglio gravemente?

È una pratica comune avere il punto di alimentazione dell'antenna separato dal piano di terra di (almeno) una certa quantità?

L'idea di una distanza minima dal piano terra pone anche la domanda su quale sia una distanza "appropriata", perché se il piano terra è abbastanza lontano, qual è il punto?

Ci sono molti, molti disegni diversi per antenne e alcuni disegni sono abbastanza insoliti. Le antenne usano comunemente un piano di massa, ma questo non è un requisito rigoroso. Un'antenna ad anello e un dipolo sono due esempi che non richiedono un piano di massa.

I requisiti di base per un'antenna sono:

1. una buona corrispondenza con il circuito che lo guida (e quasi sempre risonante alla frequenza operativa), in modo che la massima potenza possibile possa essere immessa nell'antenna e

2. avere corrente che scorre lungo la sua lunghezza, in modo che i campi risultanti irradino quell'energia nello spazio. (La ricezione di antenne è proprio questo processo al contrario).

L'articolo (2) spiega perché non puoi semplicemente attaccare un piccolo circuito del serbatoio su una scheda e aspettarti che si irradi in modo efficiente.

L'elemento (1) generalmente rientra nell'argomento della "sintonizzazione", in cui si mette in risonanza l'antenna o ovunque sia stata progettata per essere sintonizzata. Un'antenna a dipolo è effettivamente una lunghezza di filo risonante rotta nel mezzo per consentire l'inserimento del feedpoint. Un'antenna "piano terra" rimuove metà del dipolo e sostituisce il piano terra con quello. L'induttanza dell'elemento radiante funziona con la capacità tra esso e il piano di massa per formare il circuito risonante che fornisce all'antenna un'adeguata sintonizzazione. Se utilizzato in questo modo, il piano di massa può essere chiamato "contrappunto".

Un'antenna elicoidale avvolge leggermente il radiatore, per aumentare l'induttanza e ridurre la lunghezza. L'accorciamento dell'antenna influisce sulle sue prestazioni, come menzionato in precedenza.

Finora, abbiamo un radiatore a spirale che sporge sopra un piano terra. Ma hanno una versione a montaggio superficiale parallela alla scheda. Non posso dire dalla scheda se entrambe le estremità sono collegate, ma devo supporre che un'estremità sia ancora aperta ... è appena saldata per tenerla in posizione. Se si avvicina troppo questa disposizione al piano di massa, si aggiungerà capacità al circuito e si sintonizzerà su una frequenza inferiore. Parte dell'energia verrà anche accoppiata a terra e persa, o almeno sconvolge il modello di radiazione previsto.

"Ho sempre pensato che dovresti fondamentalmente avere il punto di alimentazione dell'antenna direttamente sopra (o incorporato nel foro passante) di un piano di terra"

Questo è vero solo per alcune antenne.

Più in generale : cerca di tenere l'antenna il più lontano possibile da qualsiasi materiale elettricamente conduttore, in particolare dalle superfici metalliche.

Eccezione: con ogni antenna viene fornita una configurazione di campo specifica (campo E e campo H). Le superfici metalliche vanno bene purché siano strettamente perpendicolari al campo E. Il problema con le superfici conduttive è che cortocircuitano il campo E (forzandolo a 0). Fintanto che il campo E colpisce la superficie strettamente perpendicolare, la superficie è equipotenziale rispetto al campo E e la configurazione del campo rimane indisturbata.

L'eccezione si riscontra più comunemente ogni volta che c'è una proprietà simmetrica sull'antenna. Ad esempio un di-polo completo ha due assi, punto di alimentazione al centro. Nel piano perpendicolare al di-polo, proprio nel punto di alimentazione, il campo E sembra essere perpendicolare al piano. È quindi possibile sostituire un asse del di-polo con un "piano di massa", punto di avanzamento esattamente nel punto in cui il mono-polo ora colpisce il piano di terra. Questo è anche vero per alcune altre antenne comunemente usate.

D'altra parte, è possibile utilizzare l'effetto come parte del progetto dell'antenna per forzare il campo elettronico in una configurazione. Questo viene fatto ad es. In alcune antenne direzionali.

Campo vicino e campo lontano : il campo di un'antenna può essere classificato in campo vicino e campo lontano. I disturbi di campo nel campo vicino sono generalmente catastrofici rispetto alle prestazioni dell'antenna previste, i disturbi di campo nel campo lontano influiscono solo sulle prestazioni nella direzione del disturbo. Non è ovvio dove finisce il campo vicino e dove inizia il campo lontano: alcune antenne sono più sensibili di altre. Come regola empirica: tutto 3-5 agnas di distanza è decisamente lontano. Qualcosa di più vicino può interferire o meno con le caratteristiche dell'antenna, modificandone la frequenza centrale, la direttività, la corrispondenza, ...

L'antenna in cemento a cui ti riferisci ha una forma elicoidale. Questa tesi sulle antenne elicoidali apre le antenne elicoidali usando due modelli:

1. di-polo piegato (circonferenza << lunghezza d'onda): si comporta approssimativamente come un di-polo
2. antenna elicoidale radiante assialmente (circonferenza ≈ lunghezza d'onda)

A giudicare dal diagramma delle radiazioni, l'antenna in esame si trova da qualche parte tra questi due estremi, almeno quando è montata perpendicolarmente al piano terra. In questo caso il campo elettronico è strettamente perpendicolare al piano terra. Il punto di avanzamento dovrebbe trovarsi proprio sul piano terra e il piano terra dovrebbe estendersi in modo ottimale di alcuni centimetri in tutte le direzioni intorno al punto di avanzamento.

Se l'antenna è montata parallelamente al piano di massa, cortocircuiterà l'E-filed. Il piano di terra cambierà profondamente la configurazione del campo vicino e pertanto è necessario considerarla come parte della configurazione dell'antenna. In effetti, ora stai guardando un'antenna totalmente diversa, motivo per cui la teoria della tesi collegata non si applica più. Scommetto che l'antenna indurrà anche un discreto livello di HF nel piano di massa (normalmente considerato problematico). Come si può vedere dal diagramma delle radiazioni, la nuova antenna è anche abbastanza direzionale con radiazioni praticamente zero in direzione del piano terra.

Non ho idea del perché sia ​​vantaggioso mantenere una distanza minima tra antenna e piano di massa. Forse per contenere le perdite nel piano di massa, ma potrebbe anche essere dovuto alla corrispondenza o alla messa a punto o alla direttività o tutte combinate.

Citando da pagina 10 del documento "Prestazioni migliorate di un'antenna di tag di identificazione a radiofrequenza su un piano di massa in metallo" :

Quando la distanza di separazione dell'antenna metallica è molto inferiore a un quarto di lunghezza d'onda, le proprietà dell'antenna iniziano a soffrire perché l'onda riflessa ha uno spostamento di fase che si avvicina a 180 gradi e uno spostamento di fase di 180 gradi provoca un'interferenza distruttiva totale con il segnale in arrivo direttamente dall'antenna.

Non è la stessa forma di antenna (giusto?) Ma si spera ancora utile informazioni.

Anche potenzialmente utile: "Gli effetti di un piano di massa in metallo su antenne di tag RFID" .

Nemmeno io sono un esperto di RF, ma vorrei pubblicare la mia esperienza come risposta perché la casella dei commenti sembra troppo piena.

E sì, è davvero strano! Con tutte le antenne con cui ho lavorato, il punto di alimentazione dell'antenna era sempre su un piano di massa, la traccia RF verso l'antenna incontra una certa distanza e spessore massimi .. dove si collega alle (nel mio caso) antenne piegate / spiegate stampate sul pcb, dove l'antenna sul bordo senza piano di massa.

Molti documenti suggeriscono come regolare l'impedenza in modo che corrisponda alla frequenza, ma dalla mia esperienza tenendo la RF fuori dalla PCB stampata, posso usare un balun senza componenti di sintonizzazione aggiuntivi e ogni cosa funziona bene.

Ho notato che stai parlando di 433mhz. La maggior parte della mia esperienza è in 2,4 Ghz.

È possibile che nelle frequenze subgiga non sia necessario che il tuo punto di alimentazione si trovi su un piano di massa, purché la bobina compensi la frequenza ... che non è esattamente così in queste frequenze.

Questo documento da TI , anche questa e anche questo potrebbe aiutare a capire meglio come gestire la vostra tecnica. Si riferisce alle frequenze comuni utilizzate e alla risoluzione dei problemi di RF.

Non posso offrire una risposta definitiva, poiché il mondo della RF è molto complicato e sensibile. Spero che questo possa aiutarti a trovare la tua risposta.

Guardando il diagramma che stanno mostrando un layout a montaggio superficiale - i pad sono alla stessa distanza della lunghezza della bobina - e penso che la "distanza dal piano di terra" da 0,5 pollici sia abbastanza spazio per ospitare i pollici da 35. bobina di diametro - Penso che l'idea sia quella di evitare che l'intera antenna sia appoggiata su uno strato di terra di rame a una frazione di millimetro di distanza - stanno cercando di evitare gli effetti parassiti capacitivi che potrebbero causare