Antennkonstruktion 433Mhz (trial and error)

[Anahka1975]

Hej

Har lekt med esic clone/fineoffset clone som ecenier här på "forat" konstruerat.
Den 433Mhz modul jag använt mig av är en jag köpte på Kjell o Co för massa år sedan och jag gick bet på att hitta datablad eller annan teknisk info om den.
Det slutade med att jag lyckas hitta nått generellt schema hur dessa moduler är byggda och kunde lista ut pinnarna.

Denna modulen misstänker jag kräver extern antenn, och jag började med en vanlig tråd på 16,5cm.
Räckvidden blev allt annat än bra (kör fineoffset protokollet mot en Rfxtrx433E).
Idag lyfte jag över allt från labbplatta till kretskort (veroboard). Räckvidden lika kass.

Efter lite googlande på antenner testade jag en spolvariant, luftlindad 24varv ca 5mm i diam.
Den verkade inte göra skillnad alls.
Bara för att körde jag ner skruvmejseln jag lindande spolen runt tillbaka i den (som kärna) och vips så hände något.
Helt plötsligt har jag signal genom murstocken (som jag sitter bakom och testar).
Förflyttar kortet till pannrummet i källaren (där det är tänkt att prylarna ska vara) och jo då hittills har det funkat.

Vad beror detta på? Tur?? Har kärnans längd nått med detta att göra eller rent teoretiskt skulle det fungera med en kortare bit "järn"?
Idag är kärnan ca 3ggr längre än spolen, dvs spolen täcker 1/3 av skruvmejseln och 2/3 är fri.
Nån som kan förklara detta med RF?
/AndersW

[Miramithe]

Oj du ja klart intressant, nu är ju jag bara amatör och kan ju rätt lite om RF. Men kan det på något sett vara så att "kärnan" är typ 17,2 cm lång och hjälper till att skicka signalen. De vanliga 433 MHz sändarna brukar vara 433,92 MHz och en kvarts våg av det blir ca 17,2 cm. Jag tror längden är rätt viktig på antennerna. Sen RF och breadboard går nog inte riktigt hand i hand....

[E Kafeman]

Antennen kan jämföras med en impedans-transformator, den omvandlar sändarens komplexa impedans som typiskt är 30-70 Ohm på dessa sändare till luftens impedans på 377 Ohm.
Är det dålig matchning så blir det låg effektivitet och praktiska räckvidden sjunker.
Den enklaste antennen är en dipol, som kan vara två motriktade metallytor eller trådar. Det räcker inte med att ena ytan har rätt storlek. Om nu ena av trådlängderna var 17 cm, vad var andra längden?
För antenner såväl som för alla andra elektriska kretsar, måste det finnas två poler.
Ett förenklat exempel, lägsta frekvensen, likström, anta att ett batteri är sändaren och glödlampan är antennen. Ansluter man bara ena polen till glödlampan så sänds inte så mycket ljus till omgivningen.
En kvartsvåg lång tråd, i ditt fall 17 cm, kallas typiskt för monopol, mono då det bara finns ett av de bägge nödvändiga polerna.
Den andra polen utgörs av av trådens spegling i jordplanet.
En större metallyta, där reflekteras radio-signalerna lika effektivt som en spegel gör för synligt ljus.
Att göra stabil och effektiva radio-sändare handlar mycket om jordplanets stabilitet. Om jordplanet är för litet, eller dåligt utformat, så räcker det inte till som spegel för en dipol.
Även DC-matningen av sändaren måste vara stabil. Korta ledningar och bra avkoppling är här viktiga faktorer. Är DC-matningen instabil vid radio-frekvensen så påverkar det sändaren impedans.
Impedansanpassningen mellan sändare och antenn är viktig. Jämför batteriet och glödlampan. Om man ansluter en lampa på 100 Watt avsedd för 240 Volt till ett 1,5 Volt batteri, blir det dålig utsändning av ljus.
Problemet är inte att batteriet inte räcker till att leverera effekten, problemet är impedansanpassningen, motståndet i lampans glödtråd resp motståndet i batteriet inte är matchat. För mest utsänt lyse ska dessa motstånd vara lika.

Så slutsatsen är att välgjord radio med stabilt jordplan är villkor för bra resultat. Är det kass redan här så kan inte heller antennen anpassas till att sända ut mer effekt än vad som matas till den.

Om man nu har en stabil och bra radio-sändare ska dess impedans anpassas till antenn-impedansen som i förlängningen är en anpassning till luftens impedans.
Vet man inte radions-impedans, kan man beräkna den i simulatorprogram eller mäta experimentellt med enklare hjälpmedel eller med dyrare instrument som direkt kan visa den komplexa impedansen.
Enklaste designar man sedan en antenn vars impedans konjugat-matchar sändarens impedans. Konjugat innebär att man neutraliserar de reaktiva strömmarna som man inte har någon nytta av.
Även antennen kan experimenteras fram eller simuleras på samma sätt som för radio-sändaren. För vissa antenn-konstruktioner är det väsentligt att skilja på förlust-resistans och strålnings-resistans. Det gäller framförallt när man vill göra små loop-antenner som ändå ska vara hyggligt effektiv. Förlust-resistansen kan jämföras med när en transformator blir ineffektiv och eldar upp tillförd effekt som värm, istället för att göra den tillgänglig på sekundärlindningen.

Hur lång ska då en monopol-antenn vara för bästa effektivitet?
Tänk dej att du sitter i en roddbåt, där båten utgår jordplanet på ditt PCB. Båten flyter i ett hav av sirap. Du ska nu ro båten med en åra, som utgör antennen. För liten åra, typ glass-pinne och du kan ro frenetiskt men kommer ingen stans.
En för lång åra typ lång flaggstång, och du kommer heller ingenstans för du orkar inte veva lika hårt med den långa stången i sirap, som med glasspinnen. Det är din ork och årans motstånd som motsvarar impedanserna för radio och antenn.
Lagom lång åra och du har bäst förutsättningar att förflytta roddbåten.

Om nu roddbåten är instabil och liten (ditt jordplan och DC-matning) så orkar den inte ens stå emot krafterna när du ror med 17 cm lång tråd. Det blir som utombordare på en båt av gjord av tunt papper, Det blir bara pappers-skrynkel när båten ska drivas framåt av motorns kraft. Räckvidden blir dålig men blir trots allt bättre om du ror med en glasspinne, eller slumpmässigt vald skruvmejsel än något som belastar mer än vad båtskrovet/jordplanet tål.
Mitt antagande är att det är det som inträffat i ditt fall.

[Anahka1975]

Tackar för svaret E Kafeman
Ska läsa det noggrannare senare, nu bär det av till en ishall.

Men jag misstänkte nog att det var som du skrev, att jag får bättre resultat pga tur.
Ska ta en bild på kortet och posta lite intressant om man med "enkla" medel kan förbättra resultatet, bara man vet vad man gör

/AndersW

[Anahka1975]

Så här ser setup'en ut nu med mejseln.
Totallängden på den är 13cm, så klingan är troligen inte mer än 7-8cm.

Tror ni det har någon betydelse vilken metall man har som kärna?
/AndersW

20151206_185825.jpg

[xxargs]

ja, om den är ferromagnetisk eller inte.

[SM7CZR]

Vissa metaller kan t.o.m. minska induktansen i en spole , men i detta fallet är ju bara den ena änden ansluten.
Fungerar troligen som en antenn som är kapacitivt kopplad till mejseln.

Förresten, har du provat med en dipol, 2x 16 cm?

Har inte lekt med grejorna själv, men läst att räckvidden är cirka 100 meter vid fri sikt.

[E Kafeman]

Ur RF-synpunkt, var finns jordplanet som monopol-antennen kan spegla sej i, i din design?
Antennen kan inte bli bättre än sin spegelbild och jag ser faktiskt inget spegel/jordplan alls utom ett råttnäste med kablar, som samtliga mer eller mindre agerar jordplan/antenner i brist på någon egentlig design.

Utstrålningen sker exakt lika mycket från dessa trådarna som det som ansluts som antenn (mejsel/spole).

DC-avkopplingen är väsentlig för hur mycket effekt sändaren kan åstadkomma. Sändaren behöver en jord att ta avstamp från för att orka driva en antenn.
Försöker du lära din sändare simma utan jord eller avkoppling?

De enklaste jordplans-oberoende antenn-alternativen till monopol-antenn är dipol eller loop-antenn.
Oavsett antenn-typ behövs en fungerande strömmatning till sändaren, där avkoppling är ett första steg.

Jordplanets utformning på kretskortet är det som visar mer hur bra sändaren fungerar än själva antennen.
Att kabel-härva ligger på visst sätt vinklade i förhållande till t.ex. en skruvmejsel, för att få någon som helst räckvidd, är inte tillförlitligt.

Generellt så är det svårt att bygga på denna typ av kretskort för designer som ska fungera väl som sändare eller mottagare, men det går med hjälp av diverse trix.
Ett av de enklare trixen är att göra kretskortet dubbelsidigt genom att limma koppartejp på hela ena sidan av kretskortet och låta det vara del av jordplanet.
Först när när man lyckats få ordning på sändaren är det lönt att mixtra med antennen.

Alternativet är att nöja sej med instabil belastningskänslig sändare och knyckla random trådar tills sändaren fungerar, med risk för att funktionen avtar om man måste placera sändaren på ett annat ställe på arbetsbänken.

En möjlig tröst i min kritik kan vara att jag en gång byggde långt värre skat-bon men har numera bättrat mej något.

[Anahka1975]

Förstår vad du menar. Och har väl i ärlighetens namn inte tänkt så långt att ett jordplan är såpass viktigt.
Det är ju "bara" en sketen 433Mhz modul för några tior osv...som du säger så är det troligen bara tur som fått räckvidden att bli såpass bra som den ändå är.

Men funderar på om man kan rädda upp situationen genom att sätta allt i en aluminiumlåda som jordas och får agera jordplan?

Förstår inte riktigt vad du menar med DC-avkoppling?
Schemat är ju från ecenier's esic-clone http://elektronikforumet.com/forum/view ... =3&t=63772 => 0.7 varianten.
Kan noll om RF (om det var otydligt för någon)

/AndersW

[Biker]

Det lär fungera fint med en aluminiumlåda , dock blir det inte bra om antennen passerar genom ett litet hål och sen sticker ut 16cm.
Passagen skall ske med koaxkabel (antennkabel) , i ditt fall kan du ta en bit tvkoax.
Anslut skärmen till jord och mittledaren till antennen ut så att säga , strax efter att kabeln passerat lådan kapar du till t.ex 16cm och tar bort ytterhöljet och skärmen på antennkabeln och sen värmer du dit krympslang för syns skull.

Det är nu den oskärmade delen av kabeln som är antenn.

[Anahka1975]

Tänkt använda en chassi monterad sma (tror jag det är?) och testa en fabriksgjord antenn för 450Mhz (Net1 bredband).
Bild kommer senare...även resultatet...

[Anahka1975]

Ja då har det hänt saker med "enkla" medel.
Denna setup fungerar utan problem (Se bilden nedan).
Både lock och låda är jordade i batteri minus/jord i kretsen.
Hålet för SMA kontakten är metallrent på insidan lådan (dessutom taggbricka).

Antennen kanske inte är 100% optimal då den är för 450Mhz men uppenbarligen gör den sitt jobb.
Magnetfoten sitter dessutom på sidan av ena acc tanken om nu det har betydelse för jordplanet.
Hur stor betydelse har det om antennsprötet är vertikalt eller horisontellt (inte i mitt fall kanske utan mer generellt)?

Tackar alla för hjälpen och de glada tillropen
/AndersW

[xxargs]

Magnetfotsantenn är beroende att det sitter mot en plåtyta av resonabel storlek för att den skall bli komplett antenn, detta för att den andra (virtuella) sprötet för dipolen kan skapas och spegla sig i plåtytan.

En magnetfotsantenn som bara hänger i sladden utan någon metallskiva (vilken metall som helst duger, bara den leder ström efter ytan) under sig fungerar dåligt och försöker i brist på bättre få till 'spegeln' med hjälp av sladden till antennen och man kan få en massa RF gå efter utsidan av kabeln - vilket med lite starkare sändare kan skapa en hel del konstigheter.

[Biker]

Du får ju onödig förluster i antennkabeln och så.
Tillverka en exakt uträknad antenn med sma kontakt och skruva på.
Jordplanet räcker väl ganska hyfsat för en 433Mhz 1/4 våg och ger nog ganska rundstrålande egenskaper

[Anahka1975]

Biker>>Det var min tanke också att prova med, men samtidigt smidigt med flyttbar antenn.
Får se om jag orkar krångla mer. Nu fungerar det minst lika säkert som en köpt trådlös termometer.

xxargs>>just nu sitter den på en metallyta (på acc tanken) men pekandes horisontellt, om det nu har betydelse?

Nästa steg får bli att montera på givarna på tankar, panna, de olika shuntarna (har 3 olika kretsar).
Funderar på om man skulle kunna använda PIR ingången till att logga laddomaten...