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HF-Eigenschaften FR4-Kondensator

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Michael S.
Guest

Thu Jan 10, 2019 3:45 pm   



Hallo HF-Experten,
wir machen hier schon Monate an der Entstörung eines kleinen
Bürstenmotors rum. Bis 800MHz wars kein Problem, darüber ist das ganze
allerdings nur noch Voodoo.
Die Entstörung bekommen wir zwar hin, allerdings ist es nicht
produzierbar, 0603er Kerkos direkt zwischen Anschlusspins und
Motorgehäuse zu löten. Mit bedrahteten Kerkos schaffen wir die
Grenzwerte nicht.

Also haben wir uns im Bürstenträger einen Kondensator aus Kupferfolie
und Kaptonband selbstgebaut. Außen die beiden Motoranschlüsse, innen
Motorgehäuse. Das hat uns unter die Grenzwerte gehievt.

Also das ganze dann in produzierbar mit FR4 auf ne 0,3mm starke 4lagige
Leiterplatte gemacht. Das funktioniert gar nicht, wir sind 20dB schlechter.
Die gemessenen Kapazitäten sind jedoch ählich zu denen mit Kapton. Kann
es sein, dass man im GHz-Bereich mit FR4 als Dielektrikum nicht mehr
rechnen darf? Epsilon-R von FR4 ist ja eh nicht hoch und die Kapazität
eines Luft-Kondensators hätte ich ja immer. Oder spielt das FR4 da noch
mit anderen Dreckeffekten rum, was Kapton nicht macht?

Die gemessene Kapazität liegt übrigens um die 200pF.

In diesem Fall ist die Konstruktion mit der Leiterplatte natürlich etwas
anders als mit dem Selbstbaukondensator (Produzierbarkeit). Diese
Einflüsse müssen wir natürlich noch ausschließen.

--
Michael

Matthias Weingart
Guest

Thu Jan 10, 2019 4:45 pm   



Leo Baumann <charly020664_at_yahoo.de>:

Quote:
[...]

Ein Problem bei FR4-Kondensatoren bei hohen Frequenzen ist der
Skin-Effekt. Das führt zu hohem ESR.


Mit nicht vergoldeter Kupferfolie hat es ja anscheinend schon funktioniert.
Ich denke es ist eher das Dielektrikum. Es gibt ja auch teures Basismaterial
(Keramik).

Warum nimmt der OP nicht Koax-Kabel? Eigentlich soll die Kapazitten des
Kabels zwar niedrig sein, aber es gibt ja auch ganz dnnes (um welche Strme
geht es denn?).
SMD-Kondensatoren funktionierten? Auf kleines Platinchen geltet dann nicht
mehr? Besser sind da ja sowieso die 3 Beinigen Pi-Filter (SMD Kondensator mit
Masseanschluss in der Mitte).

(z.B. farnell.de: 9528156)

M.
--

Leo Baumann
Guest

Thu Jan 10, 2019 4:45 pm   



[...]

Hast Du ein Foto von dem Aufbau mit der Platine?

olaf
Guest

Thu Jan 10, 2019 4:45 pm   



Michael S. <michaely_at_bigfoot.de> wrote:

Quote:
Die gemessenen Kapazitten sind jedoch hlich zu denen mit Kapton. Kann
es sein, dass man im GHz-Bereich mit FR4 als Dielektrikum nicht mehr
rechnen darf?


Mein Eindruck ist eher man nimmt ueber 1Ghz FR4 nur noch ungern weil
es fuer komplexe Strukturen schwerer vorhersagbar ist. Aber es ist
nicht komplett unbrauchbar. Einen Kondensator sollte man damit schon
hinbekommen. Es gibt ja durchaus auch billige chinesische Radartechnik
auf FR4. Nur auf Pertinax hab ich da noch nichts gesehen. :-)

Olaf

Leo Baumann
Guest

Thu Jan 10, 2019 4:45 pm   



Am 10.01.2019 um 16:31 schrieb Matthias Weingart:
Quote:
Mit nicht vergoldeter Kupferfolie hat es ja anscheinend schon funktioniert.
Ich denke es ist eher das Dielektrikum. Es gibt ja auch teures Basismaterial
(Keramik).

Warum nimmt der OP nicht Koax-Kabel? Eigentlich soll die Kapazitäten des
Kabels zwar niedrig sein, aber es gibt ja auch ganz dünnes (um welche Ströme
geht es denn?).
SMD-Kondensatoren funktionierten? Auf kleines Platinchen gelötet dann nicht
mehr? Besser sind da ja sowieso die 3 Beinigen Pi-Filter (SMD Kondensator mit
Masseanschluss in der Mitte).

(z.B. farnell.de: 9528156)

M.
--


Ich kann mir den Aufbau nur schlecht vorstellen, aber ich denke ein
größerer Abstand der Kondensatoren vom Motor ergibt keine gewünschten
Ergebnisse.

Leo Baumann
Guest

Thu Jan 10, 2019 4:45 pm   



[...]

Ein Problem bei FR4-Kondensatoren bei hohen Frequenzen ist der
Skin-Effekt. Das führt zu hohem ESR.

Frank Scheffski
Guest

Thu Jan 10, 2019 5:45 pm   



Michael S. schrieb:

Quote:
Also das ganze dann in produzierbar mit FR4 auf ne 0,3mm starke 4lagige
Leiterplatte gemacht. Das funktioniert gar nicht, wir sind 20dB schlechter.


Schon an eine flexible "Leiterplatte" aus Kapton gedacht?

MfG

Frank

Michael S.
Guest

Thu Jan 10, 2019 8:45 pm   



Am 10.01.2019 um 16:31 schrieb Matthias Weingart:
Quote:
Leo Baumann <charly020664_at_yahoo.de>:

[...]

Ein Problem bei FR4-Kondensatoren bei hohen Frequenzen ist der
Skin-Effekt. Das fÃŒhrt zu hohem ESR.

Mit nicht vergoldeter Kupferfolie hat es ja anscheinend schon funktioniert.
Ich denke es ist eher das Dielektrikum. Es gibt ja auch teures Basismaterial
(Keramik).

Warum nimmt der OP nicht Koax-Kabel? Eigentlich soll die Kapazitäten des
Kabels zwar niedrig sein, aber es gibt ja auch ganz dünnes (um welche Ströme
geht es denn?).


So einfach ist das nicht:
Der Motor hat im Prinzip drei Anschlüsse. Die beiden Bürsten und dann
noch das Gehäuse. Zum Gehäuse gibt es Y-Kondensatoren. Macht man die in
0603 direkt außen zwischen Motor-Pin und Gehäuse, dann funktioniert es.
Bedrahtete Cs gehen schon nicht mehr. Der Kondensator zwischen den
Motorleitungen spielt in dem hohen Frequenzbereich bei uns keine Rolle,
weil der Motor selbst abstrahlt.
z.B. kommen wir auch durch die EMV, wenn wir die 2cm lange Motorwelle
absägen oder vollständig abschirmen. Leider ist der Motor dann ohne
Funktion Smile
Die Gleitlager bzw. Kugellager stellen nämlich keine niederimpedante
HF-technisch gute Verbindung her. Koppeln wir die Motorwelle mit
schleifender Alu-Folie mit dem Gehäuse, ist es gut. Nehmen wir dafür ne
Bürste mit Feder und Anschlusslitze, ist es nicht mehr gut. Also wieder
mal nicht produzierbar.
Das Problem ist, dass das EMV-Problem eigentlich ein mechanisches Prblem
ist. Da ist jeder Iterationsschritt extrem teuer (5stellig).



Quote:
SMD-Kondensatoren funktionierten? Auf kleines Platinchen gelötet dann nicht
mehr? Besser sind da ja sowieso die 3 Beinigen Pi-Filter (SMD Kondensator mit
Masseanschluss in der Mitte).

(z.B. farnell.de: 9528156)


Die Frage ist, wie ich den mittleren Anschluss niederimpedant mit dem
Motorgehäuse verbinden kann. Wenn ich das Ding auf ne Leiterplatte packe
und 5mm Leiterbahn zu einem Lötanschluss zum Gehäuse führe, funktioniert
das bei 1,5GHz nicht mehr.
Es muss halt auch produzierbar sein.

Michael

Stefan Heimers
Guest

Thu Jan 10, 2019 10:45 pm   



On 1/10/19 3:41 PM, Michael S. wrote:
Quote:
0603er Kerkos direkt zwischen Anschlusspins und Motorgehäuse zu löten.
Mit bedrahteten Kerkos schaffen wir die Grenzwerte nicht.


Hast Du schon versucht zwei bedrahtete Kondensatoren parallel zu
montieren? Damit liesse sich die Serieninduktivität verringern. Am
besten nicht nebeneinander, sondern auf beiden Seiten vom Bürstenträger.

Quote:
Also das ganze dann in produzierbar mit FR4 auf ne 0,3mm starke
4lagige Leiterplatte gemacht. Das funktioniert gar nicht, wir sind
20dB schlechter.


Ich vermute mal das liegt nicht am Material, sondern daran, dass es
nicht so gut am Gehäuse anliegt, die Zuleitungen länger sind oder die
Geometrie irgendwie anders.

Vielleicht ist es auch eine Frage der Wellenimpedanz. Zwei parallele
Leiter wirken im Prinzip wie ein HF-Kabel, das bei einer bestimmten
Quellimpedanz die HF durchlässt, und bei anderer diese reflektiert.
Vielleicht hast Du per Zufall mit der Leiterplatte einen passenden
Wellenleiter gebaut, und mit dem Kupfer / Kapton Gebastel einen unpassenden.

Du könntest auch eine zweilagige Platine nehmen, diese an einer Stelle
durchkontaktieren und oben einen SMD-Kondensator auflöten. Die Platine
dann mit der Unterseite leitend aufs Motorgehäuse schrauben, und oben
die Zuleitung anschliessen.

Joerg
Guest

Thu Jan 10, 2019 11:45 pm   



On 2019-01-10 08:40, Frank Scheffski wrote:
Quote:
Michael S. schrieb:

Also das ganze dann in produzierbar mit FR4 auf ne 0,3mm starke 4lagige
Leiterplatte gemacht. Das funktioniert gar nicht, wir sind 20dB schlechter.

Schon an eine flexible "Leiterplatte" aus Kapton gedacht?


Wollte ich gerade schreiben ... zumal Michael das in einem Versuch ja
bereits erfolgreich durchgezogen hat. Inzwischen kann man Flex-Board
m.w. sogar bei einigen der chinesischen Schnellversender bekommen.

Denkbar waeren auch Flex-Boards mit 0603 Kondensator drauf oder, noch
besser, SMT-reversed, also Kontaktierung an den Breitseiten. Dies
koennte helfen:

https://cecas.clemson.edu/cvel/Reports/CVEL-10-019%20.pdf

Ein Foto waere an dieser Stelle sehr hilfreich. Nur den
Kontaktierungsbereich, nichts vertrauliches von der Anlage. Man kann
z.B. gerade im 800MHz Bereich auch sehr viel mit Ferritperlen erreichen.
Die muessen aber rappelsicher sein und sehr nahe an den Abgaengen.

--
Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com/

Jan Conrads
Guest

Fri Jan 11, 2019 12:45 am   



Hallo Michael,


Am 10.01.19 um 15:41 schrieb Michael S.:
Quote:
Hallo HF-Experten,
wir machen hier schon Monate an der Entstörung eines kleinen
Bürstenmotors rum. Bis 800MHz wars kein Problem, darüber ist das ganze
allerdings nur noch Voodoo.


das ist allerdings schon heftig, was ist das genau für ein Motortyp, was
sagt der Hersteller denn dazu? Sollte ja eigentlich CE haben..

Vielleicht könnte der Hersteller die auch fertig entstört liefern

Quote:
Die Entstörung bekommen wir zwar hin, allerdings ist es nicht
produzierbar, 0603er Kerkos direkt zwischen Anschlusspins und
Motorgehäuse zu löten. Mit bedrahteten Kerkos schaffen wir die
Grenzwerte nicht.

Also haben wir uns im Bürstenträger einen Kondensator aus Kupferfolie
und Kaptonband selbstgebaut. Außen die beiden Motoranschlüsse, innen
Motorgehäuse. Das hat uns unter die Grenzwerte gehievt.


Habt ihr mal ermittelt, welcher Teil genau strahlt? Komplettschirmung
kommt nicht in Frage? Für Abstrahlung muß es ja immer zwei Pole geben..


Quote:

Also das ganze dann in produzierbar mit FR4 auf ne 0,3mm starke 4lagige
Leiterplatte gemacht. Das funktioniert gar nicht, wir sind 20dB schlechter.
Die gemessenen Kapazitäten sind jedoch ählich zu denen mit Kapton. Kann
es sein, dass man im GHz-Bereich mit FR4 als Dielektrikum nicht mehr
rechnen darf? Epsilon-R von FR4 ist ja eh nicht hoch und die Kapazität
eines Luft-Kondensators hätte ich ja immer. Oder spielt das FR4 da noch
mit anderen Dreckeffekten rum, was Kapton nicht macht?


Vielleicht eine Länge, die gut als Antenne wirkt? Schlitzantenne..

Was ist mit einem Streifen FR4 und in der Mitte aufgelötete SMD
Kondensatoren?
Mal verschiedene Kondensator Typen versucht?
Speisung via dünnem Koax vielleicht versuchen.


> Die gemessene Kapazität liegt übrigens um die 200pF.

Das ist dem Frequenzbereich nahezu Kurzschluß..


Quote:
In diesem Fall ist die Konstruktion mit der Leiterplatte natürlich etwas
anders als mit dem Selbstbaukondensator (Produzierbarkeit). Diese
Einflüsse müssen wir natürlich noch ausschließen.


Gruß jan

Wolfgang Martens
Guest

Fri Jan 11, 2019 2:14 am   



Am 10.01.2019 um 20:11 schrieb Michael S.:

Quote:
... weil der Motor selbst abstrahlt. z.B. kommen wir auch durch die
EMV, wenn wir die 2cm lange Motorwelle absägen oder vollständig
abschirmen.


Könnte auch sein, dass der Motor so einfach nur weniger Strom zieht
und weniger Bürstenfeuer hat.
Schon an steigende Abstrahlung bei alterndem Motor gedacht?


Ideen:
Motorgehäuse kurz und niederohmig auf Masse legen (oder 1nF) und
Ferritperlen auf die Anschlüsse
Ferritring auf die Motorachse kleben

mfG W.Martens

Helmut Wabnig
Guest

Fri Jan 11, 2019 8:45 am   



On Thu, 10 Jan 2019 15:41:43 +0100, "Michael S." <michaely_at_bigfoot.de>
wrote:

Quote:
Hallo HF-Experten,
wir machen hier schon Monate an der Entstrung eines kleinen
Brstenmotors rum. Bis 800MHz wars kein Problem, darber ist das ganze
allerdings nur noch Voodoo.
Die Entstrung bekommen wir zwar hin, allerdings ist es nicht
produzierbar, 0603er Kerkos direkt zwischen Anschlusspins und
Motorgehuse zu lten. Mit bedrahteten Kerkos schaffen wir die
Grenzwerte nicht.

Also haben wir uns im Brstentrger einen Kondensator aus Kupferfolie
und Kaptonband selbstgebaut. Auen die beiden Motoranschlsse, innen
Motorgehuse. Das hat uns unter die Grenzwerte gehievt.

Also das ganze dann in produzierbar mit FR4 auf ne 0,3mm starke 4lagige
Leiterplatte gemacht. Das funktioniert gar nicht, wir sind 20dB schlechter.
Die gemessenen Kapazitten sind jedoch hlich zu denen mit Kapton. Kann
es sein, dass man im GHz-Bereich mit FR4 als Dielektrikum nicht mehr
rechnen darf? Epsilon-R von FR4 ist ja eh nicht hoch und die Kapazitt
eines Luft-Kondensators htte ich ja immer. Oder spielt das FR4 da noch
mit anderen Dreckeffekten rum, was Kapton nicht macht?

Die gemessene Kapazitt liegt brigens um die 200pF.

In diesem Fall ist die Konstruktion mit der Leiterplatte natrlich etwas
anders als mit dem Selbstbaukondensator (Produzierbarkeit). Diese
Einflsse mssen wir natrlich noch ausschlieen.


Was mit C nicht geht, schafft L spielend.

w.

Matthias Weingart
Guest

Fri Jan 11, 2019 3:45 pm   



"Michael S." <michaely_at_bigfoot.de>:

Quote:
Die Frage ist, wie ich den mittleren Anschluss niederimpedant mit dem
Motorgehuse verbinden kann. Wenn ich das Ding auf ne Leiterplatte
packe und 5mm Leiterbahn zu einem Ltanschluss zum Gehuse fǬhre,
funktioniert das bei 1,5GHz nicht mehr.


Schwierig vorzustellen ohne Bild vor den Augen. Die Platine muss natrlich
doppelseitig sein - eine Seite vollflchig auf Massepotential, da strahlt von
einem 5mm Leiterzug auch bei 1.5GHz nix ab. Wichtig ist, dass die Leitungen
von der Platine zu allen Anschlsen mglichst kurz sind (am besten den
Ltanschluss des Gehuse durch eine Bohrung direkt auf der Platine anlten).
Du hast doch schon eine Leiterplatte gebaut, wie sieht die genau aus? Hat die
einen durchgehende Seite auf Massepotential? Wie lang sind die Anschlsse zum
Motor? Was passiert da, wenn Du dort die SMD-Kondensatoren aufltest?

M.
--

Michael S.
Guest

Fri Jan 11, 2019 4:45 pm   



Am 10.01.2019 um 23:15 schrieb Joerg:
Quote:
On 2019-01-10 08:40, Frank Scheffski wrote:

Schon an eine flexible "Leiterplatte" aus Kapton gedacht?


Wollte ich gerade schreiben ... zumal Michael das in einem Versuch ja
bereits erfolgreich durchgezogen hat. Inzwischen kann man Flex-Board
m.w. sogar bei einigen der chinesischen Schnellversender bekommen.

Denkbar waeren auch Flex-Boards mit 0603 Kondensator drauf oder, noch
besser, SMT-reversed, also Kontaktierung an den Breitseiten. Dies
koennte helfen:


Ein Breitseiten-Kondensator bringt nichts, wenn man den nicht
niederimpendant anbinden kann. Der Knackpunkt ist die niederimpedante
Anbindung an den Motorbecher. Das muss vibrationssicher, fertigbar,
temperaturfest, ... sein.

Quote:
https://cecas.clemson.edu/cvel/Reports/CVEL-10-019%20.pdf

Ein Foto waere an dieser Stelle sehr hilfreich. Nur den


https://media.rs-online.com/t_large/F2483716-01.jpg
Der Motor sieht so ähnlich aus, nur dass die Motorwelle zwischen den
Motoranschlüssen rausschaut. Wenn man zwischen Motoranschluss und
Motorbecher 0603 reinlötet, sind wir gut.
Also haben wir ne runde Leiterplatte unter den Deckel in den
Bürstenträger eingelegt, die einen 200pF-Leiterplattenkondensator
darstellt, und diese ringsum an mehreren Punkten mit dem Becher verbunden.
Nachdem wir nun die Anbindung an den Becher und die Pins nochmal
geändert haben, wurde es wieder deutlich besser. Hier machen 1-2mm
Anbindungsänderung gerne mal 10-20dB aus. Das ist richtig kacke. Denn
wenn der Konstrukteur das dann produzierbar nachbaut, hast Du diese 2mm
ganz schnell irgendwo wieder drin.

Quote:
Kontaktierungsbereich, nichts vertrauliches von der Anlage. Man kann
z.B. gerade im 800MHz Bereich auch sehr viel mit Ferritperlen erreichen.


Da nicht die Motorleitungen strahlen sondern der Motorbecher bzw. die
Motorwelle bringt das leider absolut gar nichts.

Ferrit ist in dem Umfeld auch kritisch, da sehr korrosions- und
vibrationsempfindlich.

Meine ursprüngliche Frage ist ja bereits beantwortet. Auch mit FR4
bekommen wir gut Ergebnisse, wenn wir Kleinigkeiten ändern. Am Ziel sind
wir aber noch lange nicht.

--
Michael

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