Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik 433Mhz PCB Antenne für LoRa


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von Wolfram F. (mega-hz)


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Hallo,

zu meinem Projekt:
Wir haben eine Senioren-WG und es kommt öfter mal vor, daß eine 
Bewohnerin
etwas möchte, z.B. auf Toilette oder so.
Da sie nicht gut zu Fuß ist, braucht sie Hilfe.
Nun fand ich es blöd, daß sie immer mit dem Handy anrufen muss, also 
habe ich ein kleines System auf Basis von 433Mhz LoRa Funkmodulen 
entwickelt.

ich habe einen Handsender als "Notrufsender" bzw. Funkklingel
auf Basis von einem LoRa RA-01 433Mhz Funkmodul gebaut.
Das Basisgerät hat ein TFT-Touchscreen auf dem bs zu 8
handsender sichtbar sind.

Folgende Funktionen hat das System:

Wenn Handsender #1 aktiviert wird, ändert sich der #1 Kreis auf dem
Basisgerät von grün in Rot und es wird ein Piezo sowie eine helle LED
angesteurt. Zusätzlich wird noch eine Funksteckdose angesteurt, welche 
eine Lampe einschaltet.

Wenn man nun auf diesen rot leuchtenden Kreis drückt, kann der Alarm 
Zustand gelöscht werden. Nach dem löschen empfängt der Handsender einen 
Befehl von der Basis, sich wieder in den DeepSleep zu versetzen.

Alle 60min wacht der Handsender kurz auf und sendet seinen Akkustand der 
LiPo Zelle an die Basis. Sollte dieser in Richtung 3.2.V fallen, wird 
auf dem Display der Basis dies angezeigt und zum laden aufgefordert.

Soweit zu dem Projekt.

zum eigentlichen Thema der Antenne:

zuerst habe ich mit den beigelegten Antennen (aufgewickelter Draht)
getestet, ein Sender, ein Empfänger.
Reichweite war quer durchs Haus noch ca. 100m.
Dann habe ich eine PCB zum testen entwickelt auf der ein 433Mhz Dipol 
als Leiterbahnen drauf war, die Reichweite stieg auf sagenhafte 600m !
Diese PCB Antenne habe ich mit Hilfe des Eagle-ULPs "lenght-freq-ri"
berechnet wobei die Frequenz an das 4fache angepasst war, da die Antenne 
als Lambda 1/4 ausgelegt war.

Nun habe ich aber festgestellt - entgegen der vielen Hinweise im Netz 
auf Lambda 1/4 - das mit Lambda 1/2 die Module noch viel besser 
funktionieren!
Freifeld ergab es eine Reichweite von 5Km !

Die endültige Version der Handsenderplatine hat nun ein 433Mhz Lamda 1/2 
als Leiterbahnen.
------------------------------
Meine Fragen dazu:

1) ich habe die Verbindungen der Leiterbahnen nun mit rundungen anstatt 
rechteckigen Verbindungen ausgeführt, sind runde besser als eckige?

2) Wer kann mir erklären, warum immer Lamda 1/4 empfohlen wird?

3) Warum erziehle ich viel bessere Sende/Empfangsergebnisse bei Lamda 
1/2?

4) hat jemand Verbesserungsvorschläge bezüglich der Antenne?

Gruß,
Wolfram.

von Wolfgang (Gast)


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Wolfram F. schrieb:
> 2) Wer kann mir erklären, warum immer Lamda 1/4 empfohlen wird?

Bei Lambda/4 brauchst du als Gegengewicht eine Massefläche, sonst 
funktioniert die nicht richtig. Ohne die fehlt die Hälfte.

> 3) Warum erziehle ich viel bessere Sende/Empfangsergebnisse bei Lamda
> 1/2?

Wenn du die richtig angepasst hast, liegt das daran, dass die vernünftig 
abstrahlen kann, weil sie keine Massefläche quasi als Spiegelfläche 
braucht.

Wie sieht dein Antennenaufbau und deine Anpassung aus.
Hast du sie Anordnung mit einem VNA abgestimmt oder passt es zufällig 
richtig?

von Wolfgang (Gast)


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Wolfram F. schrieb:
> LoRa_RA-01_PCB_Antenne.png

Falls das das Bild zu deiner Lamda/2 Antenne ist, fehlt da noch ein 
Balun.

von Helmut -. (dc3yc)


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Wie hast du denn deine Lambda/4 Antenne angeordnet? Nur eine Leiterbahn? 
Dann wird das nichts. Eine l/4-Antenne braucht eine Massefläche als 
Gegengewicht. Wenn du zwei l/2-Stücke anschliesst, bekommst du einen 
aufgewickelten Dipol mit seinem passenden Gegengewicht. Die Anpassung 
stimmt zwar nicht, aber irgendwie strahlt das Gebilde schon ab. l/4 
sollte rundstrahlend sein, während l/2 eine Vorzugsrichtung hat.

von Wolfram F. (mega-hz)


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Wolfgang schrieb:
> Wie sieht dein Antennenaufbau und deine Anpassung aus.
> Hast du sie Anordnung mit einem VNA abgestimmt oder passt es zufällig
> richtig?
wiegesagt, ich habe das Eagle-Ulp lenght-freq-ri ausgeführt und dieses 
gibt u.A. die Frequenz aus.
Was ist ein VNA?

Helmut -. schrieb:
> Wie hast du denn deine Lambda/4 Antenne angeordnet? Nur eine
> Leiterbahn?
> Dann wird das nichts. Eine l/4-Antenne braucht eine Massefläche als
> Gegengewicht. Wenn du zwei l/2-Stücke anschliesst, bekommst du einen
> aufgewickelten Dipol mit seinem passenden Gegengewicht. Die Anpassung
> stimmt zwar nicht, aber irgendwie strahlt das Gebilde schon ab. l/4
> sollte rundstrahlend sein, während l/2 eine Vorzugsrichtung hat.
ähnlich wie im Bild, nur kürzer, enmal die heisse Seite, einmal an GND.

Wolfgang schrieb:
> Wolfram F. schrieb:
>> LoRa_RA-01_PCB_Antenne.png
>
> Falls das das Bild zu deiner Lamda/2 Antenne ist, fehlt da noch ein
> Balun.

Was ist ein Balun und warum muss der darein?

von Gerald K. (geku)


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Wolfram F. schrieb:
> Was ist ein Balun und warum muss der darein?

Ein Bauteil, der ein Signal von sysmetrisch auf unsymetrisch oder 
umgekehrt transformiert. Z.B. Ein HF Transormator.

https://de.m.wikipedia.org/wiki/Balun

Mir ist noch kein Funkmodul untergekommen, der eine symetrische Antenne 
besitzt.

von Wolfgang (Gast)


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Wolfram F. schrieb:
> Was ist ein VNA?

https://de.wikipedia.org/wiki/Netzwerkanalysator#Vektorieller_Netzwerkanalysator

> Was ist ein Balun ... ?

https://de.wikipedia.org/wiki/Balun

> ... und warum muss der darein?

Dein Antennenausgang vom Modul liefert wahrscheinlich ein 
unsymmetrisches Signal, d.h. gegen Gnd schwingend.
Ein Dipol ist eine symmetrische Antenne, bei der die beiden Dipolhälften 
gegeneinander schwingen. Ein Balun transformiert das unsymmetrischen 
Signal vom Antennenausgang auf die beiden symmetrische Antennenhälften.

von Wolfram F. (mega-hz)


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ist es dadurch, daß ich einmal eine Leiterbahn an den Ant Anschluss und 
genauso eine auf der anderen Seite an GND angeschlossen habe, nicht 
symetrisch? Der Gegenpol sollte bei dem Modul doch GND sein, oder?

Bei der Basisstation ist eine 160x100mm Platine mit vollkupfer als 
Gegenpol, die Antenne ist eine Radioantenne auf 34cm Länge eingestellt.

Mithilfe eines SDRs und mit kleinster Sendeleitung konnte ich gut 
herausfinden, daß bei 1/2 es am besten funktioniert.

von Wolfram F. (mega-hz)


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sollte ich mit dem Gegenpol(GND) falsch liegen?
Wie müsste der Balun dann aufgebaut werden?

Bin nicht so der HF-Freak, CB Funk Zeit ist schon sehr lange her :-)

von Wolfgang (Gast)


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Gerald K. schrieb:
> Mir ist noch kein Funkmodul untergekommen, der eine symetrische Antenne
> besitzt.

Das ändert aber nichts daran, dass ein Dipol eine symmetrische Antenne 
ist. Gesehen habe ich die bei einem Funkmodul im unteren Frequenzbereich 
(wenige GHz) auch noch nie. Bei Radar-Modulen kann das schon mal anders 
aussehen.

Aber es gibt ja auch noch andere Antennen, z.B. eine J-Pole Antenne.
Das ist dann ein endgespeister Lambda/2 Strahler mit Lamda/4 
Transformator. Das Ding wird aber eher als externe Antenne verwendet und 
an Stelle eines Baluns wird z.B. einfach ein Ferritkern als 
Mantelwellensperre aufs Kabel gesetzt.

von Wolfgang (Gast)


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Wolfram F. schrieb:
> Bei der Basisstation ist eine 160x100mm Platine mit vollkupfer als
> Gegenpol ...

Bei 433 MHz ist das viel zu klein, um HF-mäßig als Masse zu 
funktionieren.
Da ist selbst die längste Kante der Platte noch kürzer als Lambda/4

von Wolfgang (Gast)


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p.s.
Mit LoRa müsstest du bei vernünftiger Antenne und freier Sicht (genauer 
freier Fresnelzone), je nach Spreading factor und Baudrate auf mehrere 
Kilometer Reichweite kommen.

von Wolfram F. (mega-hz)



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ok, größer kann ich bei der Station die Masse nicht machen.

Wäre sowas geignet? (Bild)

Achso, macht es einen Unterschied ob die Antennen Leiterbahn runde
(wie im ersten Bild) oder eckige Verbindungen hat ?

: Bearbeitet durch User
von Gerald K. (geku)


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Wolfram F. schrieb:
> Wäre sowas geignet? (Bild)

Eigentlich braucht man nur den Übertrager wenn man das Balun auf der 
Leiterplatte integriert.

Wolfram F. schrieb:
> Achso, macht es einen Unterschied ob die Antennen Leiterbahn runde (wie
> im ersten Bild) oder eckige Verbindungen hat ?

Macht sicher einen Unterschied beim Kapazitäts und Induktivitätsverlauf 
und somit auf Anpassung und Leitungslängen.

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