Black magic, hocus pocus, antennes spreken tot de verbeelding van veel techneuten die nog wel uit de voeten kunnen met de wet van Ohm, maar voor wie RF elektronica ver van hun bed is. Als je het houdt bij standaard antennes en die op de juiste manier gebruikt, gaat het vaak goed, maar ik heb ook prachtige voorbeelden gezien van antennes waar de fantasie van de “ontwerper” helemaal los staat van de realiteit. Ik vergeet nooit de meterslange geisoleerde draad die netjes tegen de muur was bevestigd en waarvan het uiteinde aan zo’n telescopisch sprietantenne was geknutseld. En omdat omroepontvangers gevoelig zijn en de zenders zeer krachtig, is er niet veel antenne nodig om radio te kunnen luisteren.
Ook bijzonder was de RFID antenne op een heftruck. De antenne bestond uit installatiedraad en was op de plaats waar de antenne RFID tags moest lezen zorgvuldig van de isolatie ontdaan. De hele draad liep door een mooi uitgefreesde sleuf. Of wij misschien een betere RFID lezer hadden… want het uitleesbereik was op zijn best 1 cm. Uiteindelijk een keramische patch antenne gemaakt (de ruimte was erg beperkt). Met een uitleesafstand van ca. 4 meter.
RFID antennes zijn er te kust en te keur te koop. Maar toch lopen mijn klanten regelmatig tegen het probleem aan dat er geen standaard oplossing voor hun probleem is te vinden op de markt. Zo maakten wij antennematten voor hardlopers. De randvoorwaarden: het moet niet al te duur zijn, er moet een heftruck of vrachtwagen over kunnen rijden, er moet een waterdichte anti-slip bescherming over de antenne en het moet vooral licht en dun zijn. Zeker het materiaal boven de antenne bleek lastig, het heeft (net als de voetstappen) een enorme invloed op de antenne. En helaas varieerde de samenstelling per batch. Uiteindelijk zijn alle problemen opgelost. Er is nu zelfs een nieuwe mat gemaakt met gesegmenteerde antennes zodat de mat oprolbaar gemaakt kan worden.
Een andere klant had door een gerenommeerd kennisinstituut een antenne laten ontwerpen die op het lichaam gedragen kan worden. Er was één prototype dat een beetje werkte, maar de nagebouwde versies waren niet aan de praat te krijgen. Uiteindelijk heeft IDcircuits een nieuwe antenne gemaakt, op basis van een keramische patch antenne. Iets zwaarder, maar met een veel betere performance. Het product wordt nu uitgerold door de klant.
Voor Intellifi heeft IDcircuits alle antennes ontworpen, voor RFID en voor BLE. Naast min of meer standaard antennes ook een RFID antenne waarvan de kijkrichting elektronisch bestuurd kan worden. Deze antenne bestaat uit meerdere kleine antennes waarvan de signalen met instelbare faseverdraaiing gecombineerd worden. Het resultaat is een antenne die een groter gebied kan bestrijken en die gericht kan kijken in een bepaalde richting. Hij wordt onder andere gebruikt in ziekenhuizen om de voorraad van honderden verschillende medische verbruiksartikelen continu in kaart te kunnen brengen. Verpleegkundigen grijpen nu niet meer mis, voorraden worden op tijd bijgevuld.
Meestal wil je een antenne ook meten om te zien of het resultaat voldoet aan de verwachting. Hierboven een opstelling met een BLE beacon (2.45 GHz) die op een infuuspomp is gemonteerd. De infuuspomp zelf zit in een houder. Metaal aan alle kanten. De antenne is geoptimaliseerd voor de infuuspomp. In de vrije ruimte werkt hij ook nog prima. Meestal is het andersom en wordt een antenne geoptimaliseerd voor optimale omgevingsfactoren. Praktijk wil dan nog wel eens tegenvallen.
Antennes maken is voor een belangrijk deel experimenteel. Je kunt simuleren wat je wil, maar het effect van dakbedekkingsmateriaal laat zich moeilijk simuleren als de fabrikant je raar aankijkt als je vraagt om de diëlektrische constante van het materiaal. Simulaties vormen soms een goed beginpunt, maar uiteindelijk is het effect van componenten in de buurt, hand-effect of invloed van de behuizing dermate groot dat je niet ontkomt aan een zekere mate van trial-and-error.
Kopertape en een VNA (Vector Network Analyzer) zijn je grootste vrienden. Je ziet meteen het effect van een millimeter meer of minder koper. Met de nodige ervaring weet je op welke plaatsen je koper moet toevoegen of weghalen om de antenne op de juiste frequentie te krijgen en om het netjes 50 Ohm te maken. En soms blijft het nog een beetje black magic!
Dat antennes helemaal niet ingewikkeld hoeven te zijn blijkt wel uit bovenstaande foto. Gewoon een stukje draad. Het belangrijkste is de juiste lengte. En als het te lang is, rol je het een stukje op. Productiekosten van de meeste antennes zijn heel laag. Denk daarom eens aan het laten maken van een eigen antenne. Je eigen antenne wordt voor jouw toepassing geoptimaliseerd en je bent niet of minder afhankelijk van leveringsproblemen. Meer weten? Neem contact op!