HF-Eigenschaften FR4-Kondensator

[Michael S.]

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

Also haben wir uns im Bßrstenträger 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 ßbrigens um die 200pF.

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

--
Michael

 

[Matthias Weingart]

Leo Baumann <charly020664@yahoo.de>:

Ein Problem bei FR4-Kondensatoren bei hohen Frequenzen ist der
Skin-Effekt. Das fĂźhrt 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?).
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.
--

 

[Leo Baumann]

[...]

Hast Du ein Foto von dem Aufbau mit der Platine?

 

[olaf]

Michael S. <michaely@bigfoot.de> wrote:

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?

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]

[...]

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

 

[Leo Baumann]

Am 10.01.2019 um 16:31 schrieb Matthias Weingart:

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 dĂźnnes (um welche StrĂśme
geht es denn?).
SMD-Kondensatoren funktionierten? Auf kleines Platinchen gelĂśtet 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.

 

[Frank Scheffski]

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?

MfG

Frank

 

[Michael S.]

Am 10.01.2019 um 16:31 schrieb Matthias Weingart:

Leo Baumann <charly020664@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 dĂźnnes (um welche StrĂśme
geht es denn?).

So einfach ist das nicht:
Der Motor hat im Prinzip drei AnschlĂźsse. Die beiden BĂźrsten 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
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 dafßr ne
BĂźrste 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).

SMD-Kondensatoren funktionierten? Auf kleines Platinchen gelĂśtet 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 LÜtanschluss zum Gehäuse fßhre, funktioniert
das bei 1,5GHz nicht mehr.
Es muss halt auch produzierbar sein.

Michael

 

[Stefan Heimers]

On 1/10/19 3:41 PM, Michael S. wrote:

0603er Kerkos direkt zwischen Anschlusspins und Motorgehäuse zu lÜten.
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 Bßrstenträger.

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

 

[Joerg]

On 2019-01-10 08:40, Frank Scheffski wrote:

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]

Hallo Michael,


Am 10.01.19 um 15:41 schrieb Michael S.:

Hallo HF-Experten,
wir machen hier schon Monate an der EntstĂśrung eines kleinen
BĂźrstenmotors rum. Bis 800MHz wars kein Problem, darĂźber ist das ganze
allerdings nur noch Voodoo.

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

Vielleicht kĂśnnte der Hersteller die auch fertig entstĂśrt liefern

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

Also haben wir uns im Bßrstenträger 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..

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 aufgelĂśtete SMD
Kondensatoren?
Mal verschiedene Kondensator Typen versucht?
Speisung via dĂźnnem Koax vielleicht versuchen.


> Die gemessene Kapazität liegt ßbrigens um die 200pF.

Das ist dem Frequenzbereich nahezu Kurzschluß..

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

Gruß jan

 

[Wolfgang Martens]

Am 10.01.2019 um 20:11 schrieb Michael S.:

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

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


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

mfG W.Martens

 

[Helmut Wabnig]

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

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.

Was mit C nicht geht, schafft L spielend.

w.

 

[Matthias Weingart]

"Michael S." <michaely@bigfoot.de>:

Die Frage ist, wie ich den mittleren Anschluss niederimpedant mit dem
MotorgehÇĎuse verbinden kann. Wenn ich das Ding auf ne Leiterplatte
packe und 5mm Leiterbahn zu einem LÇôtanschluss zum GehÇĎuse fÇŹhre,
funktioniert das bei 1,5GHz nicht mehr.

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

M.
--

 

[Michael S.]

Am 10.01.2019 um 23:15 schrieb Joerg:

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.

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
MotoranschlĂźssen rausschaut. Wenn man zwischen Motoranschluss und
Motorbecher 0603 reinlĂśtet, sind wir gut.
Also haben wir ne runde Leiterplatte unter den Deckel in den
Bßrstenträger 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.

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 ursprĂźngliche 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

 

[Matthias Weingart]

"Michael S." <michaely@bigfoot.de>:

Es hat sich Ăźbrigens herausgestellt, dass es nicht das FR4 ist, sondern
die andere Anbindung gegenĂźber dem selbsgebastelten Prototypen. 5mm
mehr und das Spektrum sieht komplett anders aus.

Klar, kürzestmögliche Verbindungen sind bei GHz das absolute Muss. Mhh, EMV-
technisch wäre dann vermutlich ein BLDC-Motor die bessere Alternative, hilft
Dir jetzt aber auch nicht. ;-)

M.
--

 

[Michael S.]

Am 10.01.2019 um 17:40 schrieb Frank Scheffski:

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?

Geht das 3 oder 4lagig zu geringen Kosten?

Es hat sich Ăźbrigens herausgestellt, dass es nicht das FR4 ist, sondern
die andere Anbindung gegenĂźber dem selbsgebastelten Prototypen. 5mm mehr
und das Spektrum sieht komplett anders aus.

--
Michael

 

[Michael S.]

Am 11.01.2019 um 01:14 schrieb Wolfgang Martens:

Am 10.01.2019 um 20:11 schrieb Michael S.:

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

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


Ideen:
Motorgehäuse kurz und niederohmig auf Masse legen (oder 1nF)

Was ist Masse? Gibts in dem Umfeld bei der Frequenz nicht.

und
Ferritperlen auf die AnschlĂźsse
bringt nichts

> Ferritring auf die Motorachse kleben

Wäre ne Idee, um ausprobiert zu werden.

Was strahlt, ist Motorgehäuse und Motorwelle. Je nach Maßnahme mehr das
eine oder mehr das andere. Dass die Zuleitungen nicht strahlen, ist
einfach zu verhindern.
Der Motor selbst darf nicht abstrahlen. Das ist das Voodoo an der Sache.
Der sitzt halt ein paar Zentimeter weg vom Ansteuer-PCB. Das ganze in
einem Kunststoffgehäuse im Motorraum im KFZ. Ein Metallgehäuse wßrde das
Problem lĂśsen, ist aber aus anderen GrĂźnden keine Option.

Der OEM hat mal wieder die Grenzwerte abgesenkt, was nun dazu fĂźhrt,
dass man mit den herkömmlichen Entstörmaßnahmen (Seriendrosseln, X- und
Y-Kondensatoren, Ringvaristoren, Ferrit-Beads) die Grenzwerte nicht mehr
schafft. BlĂśderweise hat die Konstruktion die MotoranschlĂźsse und den
Kommutator auf der Vorderseite bei der Abtriebswelle platziert, nicht
hinten, wie bei herkĂśmmlichen Motoren.

Dass das EMV-technisch nachteilig ist, wissen wir erst jetzt kurz vor Serie.

--
Michael

 

[Michael S.]

Am 11.01.2019 um 16:15 schrieb Matthias Weingart:

"Michael S." <michaely@bigfoot.de>:

Es hat sich ÃŒbrigens herausgestellt, dass es nicht das FR4 ist, sondern
die andere Anbindung gegenÃŒber dem selbsgebastelten Prototypen. 5mm
mehr und das Spektrum sieht komplett anders aus.

Klar, kĂźrzestmĂśgliche Verbindungen sind bei GHz das absolute Muss. Mhh, EMV-
technisch wäre dann vermutlich ein BLDC-Motor die bessere Alternative, hilft
Dir jetzt aber auch nicht. ;-)

Genau


--
Michael

 

[Michael S.]

Am 11.01.2019 um 00:02 schrieb Jan Conrads:

Hallo Michael,


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

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

Der Hersteller ist Chinese, hat keine Ahnung von EMV und ist nur
Zulieferer für einen großen Automobilzulieferer, für den wir jetzt die
EMV-Problem lĂśsen sollen.

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

Muss es? Lambda/2-Strahler sind einpolig.

Komplettschirmung kommt aus verschiedenen GrĂźnden nicht in Frage.

Die gemessene Kapazität liegt ßbrigens um die 200pF.

Das ist dem Frequenzbereich nahezu Kurzschluß..

Wenn es bei 1GHz noch 200pF sind und wenn sie gut angebunden sind.

--
Michael