Warum habe ich ein sehr schwaches Signal, wenn meine GSM-Antenne an die Platine angeschlossen ist?

Ich habe die folgende doppelseitige Platine entworfen, die 3 separate SIM900-Module mit separaten SIM-Karten (unterschiedliche Betreiber, gleiches Band) und GSM-Antennen verwendet. Die Leiterplatte ist in einem Kunststoffgehäuse untergebracht, das wiederum in einem geschlossenen Stahlgehäuse untergebracht ist. Das Gehäuse beherbergt auch einige andere Komponenten wie einen AC-DC-Adapter (der Typ mit Abschirmung) und ein 20x4-Zeichen-LCD. Durch ein Loch im Gehäuse verläuft eine Wechselstromleitung zum Adapter. Der Schrank ist nicht mit der gemeinsamen Masse verbunden.

Der Antennenstift jedes Moduls ist über eine kurze Spur auf der Platine (ca. 10 mm) mit einem SMD-GSM-Antennenanschluss verbunden. Jeder Stecker wird dann mit einer handelsüblichen GSM-Antenne (siehe Foto und Link für Spezifikationen) verbunden, die durch Löcher am Stahlgehäuse verläuft und (durch Klebstoff) an der Außenseite des Gehäuses befestigt wird.

Ich habe instabile Signale mit diesem Design. Während bei meinem Telefon das Signal voll ist, lese ich bei diesen Modulen zwischen 5% und 60% Signalstärke, und es ist auch etwas schwankend.

Ich habe einige kommerzielle SIM900-Module gesehen, die auch die Antennenspur direkt zum Antennenanschluss führen, genau wie mein Design. Aber ich habe auch einige andere gesehen, die einen 1K-Widerstand in Reihe mit der Antennenspur und einige Durchkontaktierungen um die Spur herum verwenden.

Meine Frage ist, was die Signalschwankung verursachen sollte, und was ich tun sollte, um die Signalqualität und -stabilität zu verbessern?

Vielen Dank im Voraus für jeden Erfahrungsaustausch!

Spezifikationen der externen Antenne: https://www.aliexpress.com/item/2dbi-3dbi-gsm-824-960Mhz-1710-1990Mhz-GSM-antenna-SMA-plug-male-connector-Aerial-1-5M/32228127548. html?spm=2114.13010608.0.0.eIRczU

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UPDATE: Ich habe mein Design auf dem Small Breakout für SIM900 GSM-Modul von Open Electronics (Foto unten) basiert. Jetzt sehe ich den einzigen Unterschied darin, dass der SMD-Anschluss in ihrem Layout so nahe wie möglich am ANT-Pin des SIM900-Moduls platziert ist (ich denke, sie sind nur <1 mm voneinander entfernt). Sollte das die Ursache meines Problems sein?Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

UPDATE 2: Der (lackierte) Stahlschrank hat auf der Rückseite einen Deckel (ebenfalls aus Stahl). Ich bemerke, dass sich die Signalstärke sofort um ca. 30-40 % verbessert, sobald ich den Deckel abnehme (es gibt also eine große Öffnung auf der Rückseite des Gehäuses). Und wenn ich den Deckel wieder aufsetze, fällt das Signal sofort ab. Könnte es also sein, dass das etwas mit Interferenz zu tun hat?

Befindet sich die Antenne innerhalb oder außerhalb des Stahlgehäuses?
@JonasWielicki Der rote Teil befindet sich außerhalb des Stahlgehäuses. Tatsächlich kann die rote Folie abgezogen werden, und es gibt 3M-Kleber, um sie auf die Außenfläche des Stahlgehäuses zu kleben. Das gesamte schwarze Kabel befindet sich innerhalb des Stahlgehäuses.
Was sagt das Datenblatt der Antenne zum Aufkleben auf Metallflächen? Ein richtiges Datenblatt bitte nicht den Kauflink.
Sollen diese Antennen an einem Metallschrank verwendet werden? Probieren Sie vielleicht eine andere Antenne aus: Die Stummelantennen mit Magnetfuß sind definitiv dazu gedacht, auf einem Metallschrank platziert zu werden.
@SteveG Diese Antennen werden normalerweise für Autos verwendet. Es ist am Dach des Autos befestigt (das aus Metall sein sollte) und das Kabel läuft zu einer Art 3G/GSM-Box im Auto
@Andyaka Danke, aber leider ist dies ein chinesisches Produkt und obwohl ich mich umgesehen habe, wurde kein offizielles Datenblatt gefunden. Ich werde das, was Sie gesagt haben, zur Kenntnis nehmen und es mit einigen anderen Antennen versuchen, um zu sehen, wie sie abschneiden. Bisher habe ich einen anderen mit einem Durchgangslochbolzen ausprobiert, um ihn mit dem gleichen Effekt an einer Metalloberfläche zu befestigen
@Dave Sie haben vielleicht Recht, aber ich bin nicht von Ihrem Argument überzeugt. Wenn ich diese Antenne in einem Auto verwenden würde, würde ich sie an die Innenseite der Windschutzscheibe kleben. Ich würde sicher nirgendwo außen am Auto kleben.
@Dave - goldene Regel im EE-Design = niemals eine Komponente ohne erkennbares und plausibles Datenblatt verwenden.
Was ist mit der Gleisimpedanz?? Betrachten Sie die Impedanzanpassung? Wie @Andyaka sagt, verwenden Sie niemals eine Komponente ohne Datenblatt
Bitte werfen Sie einen Blick auf mein UPDATE 2. Danke
Wenn Sie die Antenne nur 300 mm von einem Metall hängen lassen, bietet sie ein anständiges Signal. Wenn ja, dann verursacht das Aufkleben auf eine Metalloberfläche einen Teil Ihres Problems. Ich habe zahlreiche GSM-Antennen (wahrscheinlich für und gemacht) gesehen, die auf Metallschränken verwendet wurden, aber sie neigen dazu, NICHT flach zu sein. Diese Flachantennen können zum Aufkleben auf Kunststoff oder Glas bestimmt sein.
Halten Sie außerdem die drei Antennen so weit wie möglich voneinander entfernt. Sie WERDEN den Betrieb gelegentlich stören, selbst wenn nur einer aktiv verwendet wird, Heartbeats und Verhandlungen treten sporadisch bei inaktiven Verbindungen auf.
Stellen Sie außerdem sicher, dass die Antennen für das richtige Band sind. Wenn Sie einen Ersatz haben, können Sie ihn aufbrechen und die Elemente messen / inspizieren. Wenn es sich um eine Single-Band-Antenne handelt und Sie Module im Quad-Band-Modus verwenden, hat sie eine schreckliche Leistung, wenn sie am anderen Hauptband angeschlossen ist.
@KalleMP die Flachantenne hat das richtige Band. Ich fand, dass das Aufhängen 100 mm von der Stahlbox dem Modul ein volles Signal gibt. Ich denke also, dass die Metalloberfläche das Hauptproblem ist. Das PCB-Layout ist fehlerhaft, aber ich denke, es ist nicht das Hauptproblem. Aus ästhetischen Gründen kann ich immer noch nicht herausfinden, wie die Antenne montiert werden soll

Antworten (1)

Ich wollte sagen "überprüfen Sie die Stromversorgung", da diese Dinge eine sehr spitze Stromaufnahme haben und eine ordnungsgemäße Entkopplung und geringe Welligkeit erfordern. Sie könnten auch einem Übersprechen durch die Grundebene ausgesetzt sein.

Erhalten Sie bessere Ergebnisse, wenn Sie nur eines der Module einschalten?

Die Tatsache, dass das Entfernen der Rückseite des Faraday-Käfigs den Empfang verbessert, deutet jedoch stark darauf hin, dass die Antennen sehr wenig Arbeit leisten. Wenn Sie die Antennen auf die Metalloberfläche geklebt haben, sind sie wahrscheinlich zu nahe daran, um richtig zu funktionieren. Normalerweise möchten Sie Antennen senkrecht zur Grundebene.

Welche Art von Signalstärke erhalten Sie mit aufgesetztem Deckel und derselben Antenne, aber hängen Sie die Antenne im freien Raum > 30 cm von der Box entfernt auf?

Ist die Box geerdet? Auf die gleiche Masse wie die Platine?

Sind die Gleisimpedanzen korrekt? Benötigen Sie einen Ausschnitt in der Masseebene um den SMA-Anschluss?

Ja, ich habe recherchiert und was Sie sagen, ist richtig, ich denke, es ist das Netzteil. Nun, die Antenne sollte sehr wenig Arbeit leisten, da das GSM-Modul die meiste Zeit im Leerlauf ist. Ich habe versucht, die Box zu erden (PCB GND) und das Signal verbessert sich ein wenig. Ich werde andere Dinge ausprobieren, die Sie vorschlagen, und ich glaube, Sie weisen mich in die richtige Richtung, danke!
Ich habe einige Experimente mit einer an der Stahlbox befestigten und nicht an dieser befestigten Antenne durchgeführt. Diesmal löte ich eine zweite Testplatine, die etwas besser abschneidet. Bei geschlossener hinterer Abdeckung und angeschlossener Antenne melden die linken und rechten Module ein Signal von etwa 70 %, während das mittlere nur 0 % bis 30 % ausgibt. Wenn ich die Antennen 5 cm von der Box bewege, haben die linken und rechten Module volles Signal, während das mittlere 70 % hat. Obwohl ich sicher bin, dass es immer noch Probleme mit dem PCB-Layout gibt, liegt das Problem eher im Bereich der Antennen. Hätten Sie weitere Anmerkungen/Ratschläge?
Antennendesign ist nicht wirklich mein Gebiet, aber als ich GSM-Antennen verwendete, kamen sie mit Datenblättern, die den Mindestabstand zu einer Grundplatte angeben. Ich vermute, dass Sie mit "stummeligen" Antennen, die so weit wie möglich voneinander entfernt und senkrecht zur Ebene der Box positioniert sind, bessere Ergebnisse erzielen.
Warum habe ich ein sehr schwaches Signal, wenn meine GSM-Antenne an die Platine angeschlossen ist?
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