Bluetooth-Antenne auf einem großen Metallobjekt und andere HF-Fragen

Ich habe einige Überlegungen zum Design von HF-Antennen angestellt, aber nichts gefunden, was der Situation nahe kommt, in der sich mein Gerät befinden wird. Ich entwerfe einen drahtlosen Sensor für mein FSAE-Team, der in jedem Reifen montiert wird (an der Felge), ähnlich diesem Produkt , und meldet verschiedene Messwerte an einen irgendwo am Auto angebrachten Empfänger. Der Designprozess (Komponenten, Schaltplan usw.) ist bis auf einen Bereich, die Antenne, ziemlich abgeschlossen .

Da das Gerät so nah an einem großen Metallgegenstand (Aluminiumrad) sitzt, mache ich mir Sorgen über die Auswirkungen, die dies auf die Antenne haben wird. Nachfolgend einige weitere Überlegungen:

  • Das Gerät verwendet das NRF52833 (Laird BL653-Modul mit externer Antenne) und kommuniziert über BLE (2,4 GHz).
  • Die Leiterplatte wird ungefähr 3 cm x 4 cm (Schätzung) mit 4 Schichten sein, von denen eine eine Grundebene sein wird
  • Ich bin offen für die Verwendung jeder Art von Antenne (PCB-Spur, SMD, Patch, Peitsche, Kuppel usw.), solange sie eine Impedanz von 50 Ohm hat, wie der BL653 spezifiziert

Nun zu meinen Fragen:

  • Ich verstehe, dass Antennen eine angeschlossene Masseebene verwenden, um die Leistung zu verbessern. Wenn ich die Leiterplattenmasse mit dem Aluminiumrad verbinden würde, würde das gesamte Rad jetzt auch als Masseebene fungieren und die Leistung unterstützen, anstatt es zu behindern, wenn es getrennt wäre?
  • Wäre eine Flex-Patch-Antenne wünschenswert, die direkt auf der Aluminiumradoberfläche angebracht wird? (mit oder ohne das Rad, das wie oben erwähnt mit der PCB-Masse verbunden ist)

Vielen Dank an alle, die Zeit und/oder Fachwissen haben, um zu antworten!

Ihre Gründlichkeit wird geschätzt, aber Ihr Beitrag enthält zu viele verschiedene Fragen (Problem mit Antenne/Masseebene; Problem mit elektrischem Rauschen; Problem mit Anschlüssen). Teilen Sie die Frage vielleicht auf und konzentrieren Sie sich stärker. Sie sagen, "der physische Platz ist nicht wirklich ein Problem", aber ich glaube, die Höhe über der Felge ist durch die Notwendigkeit begrenzt, den Reifenwulst bei der Montage zu entfernen.
@MarkLeavitt Danke für den Tipp, ich habe ihn komprimiert und mich auf das Hauptproblem konzentriert. Und Sie haben Recht, dass die Höhe über der Felge berücksichtigt werden muss. Der einzige Weg, auf den ich einen Kontakt mit dem Reifenwulst sehe, ist, wenn eine Peitschen- oder Kuppelantenne verwendet wird, die gerade nach oben ragt. Ich habe das Gefühl, dass die Patch-Antenne direkt auf der geerdeten Radfelge theoretisch am besten funktionieren würde, aber ich wollte sie von jemandem betreiben lassen, der tatsächlich Ahnung von HF hat.

Antworten (1)

Eine flexible Patch-Antenne, die direkt am Metallrad befestigt ist, funktioniert nicht gut. Die leitende Oberfläche des Rads wird die Antenne bei Hochfrequenzen effektiv "kurzschließen", unabhängig davon, ob eine elektrische Verbindung zu ihr besteht oder nicht.

Das Rad erzeugt eine unvermeidliche Grundebene, sodass Sie zwei Möglichkeiten haben:

  1. Verwenden Sie eine "bodenunabhängige" Antenne, wie z. B. einen Flex-Patch-Dipol, die parallel zum Rand ausgerichtet und darüber erhöht ist. Es ist optimal, es um eine Viertelwellenlänge anzuheben (bei 2,4 GHz sind das etwa 3 cm), aber es funktioniert anständig bei der Hälfte dieser Entfernung. Sie können den Patch an der oberen Wand eines Kunststoffgehäuses anbringen oder ihn mit etwas Schaum zwischen Antenne und Rand laminieren.

  2. Verwenden Sie eine „bodenabhängige“ Monopolantenne. Sie können Ihre PCB-Masseebene verwenden. Das Anschließen dieser Leiterplattenmasse an das eigentliche Metallrad funktioniert möglicherweise besser oder nicht. In diesem Fall würde das Antennenelement senkrecht zum Radkranz ragen. Die optimale Länge ist eine Viertelwellenlänge, aber es gibt Möglichkeiten, diese zu verkürzen, indem man die Spitze biegt, das Element aufwickelt oder einen Induktor in den Speisekreis einfügt.

Neben der Temperatur müssen Sie bei Ihrem mechanischen Design Stöße, Vibrationen und Beschleunigungen berücksichtigen.

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