Forum: HF, Funk und Felder Freiluftdaempfung zweier Antennen mit VNA gemessen gibt massiv unerwartete Ergebnisse.


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von Peter M (Gast)


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Hallo alle,

Ein Problemchen hab ich noch ;-)

Ich habe zwei Stub Antennen (W1910, 
https://productfinder.pulseeng.com/doc_type/WEB301/doc_num/W1910-W1911-W1910-M/doc_part/W1910-W1911-W1910-M.pdf).

Nun moechte ich die Freiraumdaempfung (bei 915 und 1830 MHz) 
messen/nachvollziehen.

Ich habe S11 der Antennen gemessen und der stimmt einigermassen mit dem 
PDF von oben ueberein; S11 ist < -4dB bei meinen Frequenzen.

Im Anhang ist ein Foto meines Setups: Ich verbinde beide Antennen mit 
einem VNA (Kabel hat 0.7 bzw. 1.1dB Daempfung), montiere sie auf ein 
Tripod auf gleicher Hoehe (und etwa gleichem Winkel).

Um Interference so gut wie moeglich zu vermeiden waehle ich +15dBm. Ich 
positioniere die Antennen einigermassen von anderen Objekten wie 
Waende/Tische weg.

Nachdem ich die Antennen positioniert habe, verlasse ich dem Raum und 
greife auf den VNA per VNC zu, um jeglichen Einfluss auf mich zu 
vermeiden (bzw. ein statisches Setup zu haben). Bevor ich die Messpunkte 
nehme, mittle ich 100x.

Dann messe ich S21/S12 fuer die Frequenzen in den Abstaenden 0.17, 0.22, 
0.27, 0.30, 0.33, 0.35, 0.43, 0.58 Meter. Das Ergebnis ist ebenfalls im 
Anhang, zusammen mit einem beispielhaftem Screenshot.

Die Messpunkte sind extrem weit von der Erwartung (gestrichelte Linie: 
Friis' Gesetz) entfernt und machen ueberhaupt keinen Sinn.

Mir ist klar dass:
- Bei kleinem "d" die Messung nicht akkurat ist (Nahfeld)
- Jegliche Objekte im Nahfeld (Kabel/Tripod) die Antennencharakteristik 
aendern und Objekte im Umfeld die Freiraumvermutung abweichen lassen 
(Reflexionen, Multipath)
- Andere Stoerungen Einfluss haben koennen, da ich die Messung nicht 
isoliert durchfuehre
- Der 1/r^2 Abfall einfacher sichtbar waere, wenn ich d logarithmisch 
waehle (was ich nicht kann)
- ...


Dennoch wuerde ich -- mit meinem Level an Sorgfalt -- zumindest 
einigermassen Uebereinstimmung erwarten.

An was kann die Diskrepanz liegen?



Das einzige was mir einfiele ist ev. eine fehlende Groundplane? Was mich 
dabei aber verblueffen wuerde ist, dass diese Antennen auf kleine, voll 
bestueckte PCBs montiert werden ... oder alte Handys ... die also auch 
keine wirklich guten Groundplanes unter sich haben.

von Stefan M. (derwisch)


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Der Aufbau verhält sich eher wie ein Bandfilter in sehr großem Gehäuse 
(Zimmer).
Das ist auch logisch, da Du nicht im Fernfeld misst, sonderen im 
Nahfeld.
Der Abstand der Antennen ist um Größenordungen (hunderte bzw. tausende 
Meter)
zu gering.
Bei 15 dBm sind auch die Reflexionen an Gegenständen und Wänden um den 
Betrag größer. Das nützt also nichts.
Du brauchst eine freie, riesengroße Wiese und extremen Abstand der 
Antennen.
Selbst dann muss nocht der Einfluss des Erdbodens "weggerechnet" werden.
Die Freiraumdämpfung nach Theorie ist in der Praxismessung so kaum exakt 
nachstellbar.

Vielleicht bei einen Weltraumspaziergang der ISS Mannschaft...

: Bearbeitet durch User
von Erwin D. (Gast)


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Stefan M. schrieb:
> Vielleicht bei einen Weltraumspaziergang der ISS Mannschaft...

...und selbst dort müsstest du weit genug von der ISS weg sein

von TestA (Gast)


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Das Ergebniss ist nicht ungewöhnlich.
Die Frage ist eher wie kommt man drauf Freiraum mit vollgestopften 
Keller zu verwechseln.
Es gibt wohl Gründe dafür warum Antennen in Messkammern gemessen werden 
und die Leute die es tun dazu noch viel Erfahrung brauchen.
Ich hoffe das bei der Messung klar wurde das die Umgebung einen nicht zu 
vernachlässigenden Einfluss auf die Messungen hat.
Rechne doch erst mal aus wann du sicher im Fernfeld bist und überlege 
bevor du einen Vergleich anstellst ob deine Formel Anwendung findet für 
deinen gemessen Fall.
Du hast ja schon einige Gründe für die Diskrepanzen selbst aufgezählt 
sie aber einfach in deiner Betrachtung weg gelassen. Warum?
Dein Level an sogfalt zeig leider das du noch nicht qualifiziert bist 
sollche Messungen in adequater Firm durchzuführen.
Hast du eine solide Theoretische Ausbildung oder eher Internet halb 
wissen?

von Volker M. (antennensimulation)


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Peter M schrieb:
> Mir ist klar dass:
> - Bei kleinem "d" die Messung nicht akkurat ist (Nahfeld)
> - Jegliche Objekte im Nahfeld (Kabel/Tripod) die Antennencharakteristik
> aendern und Objekte im Umfeld die Freiraumvermutung abweichen lassen
> (Reflexionen, Multipath)

Ja, in der Tat. Du solltest mal schauen, wie sich die Werte ändern wenn 
du kleine Änderungen der Entfernung hast. Also ob das Verhalten monoton 
ist oder mit Auf und Ab durch Mehrwegeausbreitung.

Grundsätzlich habe ich solche improvisierten Pfad-Dämpfungmessungen mit 
eigenen Entwicklungen bei Bluetooth auch schon gemacht. Das hatte recht 
gut gepasst, allerdings mit mehr Abstand zu allen Seiten. Nicht vor so 
einer Meßgeräte-Metallwand und Mauer, sondern freier.

> Das einzige was mir einfiele ist ev. eine fehlende Groundplane?

Ja, die fehlende Masse ist sicherlich ein großer Effekt. Auch ein PCB 
hat als HF-Gegengewicht eine gewisse Wirkung. So ganz ohne Masse nur mit 
Coax ist das nix.

Viel Erfolg!
Volker

PS: Die Anmerkungen, daß die Berechnung nur im Fernfeld gilt solltest du 
auch beachten!

: Bearbeitet durch User
von A. K. (foxmulder)


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In einer kleinen Kammer, neben einer Wand und mit Alustativen...
Mahlzeit

von Volker M. (antennensimulation)


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Volker M. schrieb:
> PS: Die Anmerkungen, daß die Berechnung nur im Fernfeld gilt solltest du
> auch beachten!

Um das in Zahlen zu fassen: 2 * Lambda wäre 65cm Abstand bei 915 MHz. 
Daß der Abstand "um Größenordnungen" zu niedrig ist stimmt also nicht.

von GHz N. (ghz-nerd)


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bei solchen undefinierbaren Stummelantennen dürfte die Koaxzuleitung den 
grössyen Teil der Antenne ausmachen... ohne jegliche 
Mantelwellenunterdrückung wird das Strahlungsdiagramm der Antennen viel 
zu stark von der Lage und Ausrichtung der beiden Koaxkabel abhängen 
(neben allen anderen angesprochenen Problemen).
Viel dankbarer wäre ein entsprechender Versuch z.B mit Hornantennen

von Thomas (Gast)


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Peter M schrieb:
> zumindest
> einigermassen Uebereinstimmung erwarten.

Nicht mit dem Versuchsaufbau! Schaue Dir mal die Antennenmessstände 
gängiger Hersteller an, R&S hat so etwas im Katalog und beschreibt auch 
in mehreren PDFs wie die Messungen aufgebaut sind und aussehen sollen.

von Stefan M. (derwisch)


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Volker M. schrieb:
> Um das in Zahlen zu fassen: 2 * Lambda wäre 65cm Abstand bei 915 MHz.
> Daß der Abstand "um Größenordnungen" zu niedrig ist stimmt also nicht.

Stimmt, da beginnt(!) rechnerisch das Fernfeld.
Es ist aber ein fliessender Übergang, der für dieses Vorhaben immernoch 
bei weitem zu dicht ist.
Und wie gesagt, es müsste mindestens eine reflexionsfreie Messkammer 
benutzt werden.

Eine rechnerische Freiraumdämpfung in der Praxis zu bestätigen geht z.B. 
mit eine EME (Erde-Mond-Erde) Reflexion.
Bekannt sein muss für die benutzte Frequenz die Dämpfung der 
Mondoberfläche und die Dämpfung der Erdatmosphäre.
Daraus wurde schon mit Messungen die theoretische Freiraumdämpfung 
bestätigt.

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Stefan M. schrieb:
> Und wie gesagt, es müsste mindestens eine reflexionsfreie Messkammer
> benutzt werden.

Oder halt wirklich "Freiraum".

Ist nur nicht so toll die Jahreszeit dafür.

von Rabe (Gast)


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Daher benutzt man bei professionellen Antennendiagrammvermessungen auch 
gerne eine "Compact Range" mit Hohlspiegel, der wirklich plane 
Wellenfronten erzeugt. Auch wenn man im GHz-Bereich unterwegs ist.

von Wolfgang (Gast)


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Peter M schrieb:
> Nun moechte ich die Freiraumdaempfung (bei 915 und 1830 MHz)
> messen/nachvollziehen.

Was betreibst du denn da auf diesen Frequenzen bzw. wo willst das 
machen?

von Hennes (Gast)


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Hallo

all die angesprochenen Einflüsse sind real und wie geschrieben braucht 
es einiges Wissen und Erfahrung um Antennen richtig zu vermessen.

Jetzt frage ich mich:
Gerade solche Antennen werden ja oft innerhalb von "großen Gehäusen" und 
oder in der Nähe von "störenden" Objekten wie den Nutzer genutzt.
Wofür dann der ganze Aufwand? - Die erzielten, hoffentlich korrekten, 
Messwerte haben dann in der Praxis doch nur begrenzten Wert, selbst bei 
viel Platz gibt es wohl viele zufällige und unbekannte Störgrößen die 
den Sinn der gewonnen Messwerte zumindest relativieren.

Was soll eine Antenne denn in der Praxis können:
-Möglichst viel Energie bei gegebener mechanische Größe als Nutz HF 
abstrahlen.
-Von der Bandbreite möglichst genau zur Anwendung passen.
-Nicht von äußeren Gegebenheiten beeinflusst werden.

Und nicht zuletzt mechanisch stabil und dabei preiswert sein.


Viele der gewünschten Eigenschaften sind als Gesamtpaket nicht 
realisierbar, vor allem wegen der äußeren Einflüsse und bei solchen 
"Gummiwürsten" verschärft dadurch das solche Antennen sehr selten 
wirklich frei abstrahlen können.

daher die Frage:
Warum der Aufwand - hat die so mühsam ermittelte Freiraumdämpfung 
insbesondere bei diesen "Gummiwürsten" und den typischen 
Einsatzbedingungen irgendeinen praktischen Nutzen?
Es geht ja nicht um den 20kW Rundfunksender mit großen Antennenarray, 
oder auch "nur" das Amateurfunkrelais was gezielt einen bestimmten 
Bereich  abdecken soll und möglichst jedes mW als gewünschtes HF Signal 
unter allen Bedingungen abstrahlen soll.

Hennes

von Volker M. (antennensimulation)


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Stefan M. schrieb:
> Volker M. schrieb:
>> Um das in Zahlen zu fassen: 2 * Lambda wäre 65cm Abstand bei 915 MHz.
>> Daß der Abstand "um Größenordnungen" zu niedrig ist stimmt also nicht.
>
> Stimmt, da beginnt(!) rechnerisch das Fernfeld.

Ja, und für solche ungerichteten Antennen ist das auch praktisch 
relevant. Man sieht oben im Diagramm, wie die Kurven bei zu kleinen 
Abständen abweichen.

Man sollte jetzt auch mal die Kirche im Dorf lassen - hier ist eine 
improvisierte Messung als Abschätzung gefragt. Ich hatte oben bereits 
berichtet, daß ich sowas bei Bluetooth auch mal (notgedrungen) genutzt 
hatte, als kein reflektionsfreier Raum zur Verfügung stand. Das passte 
ziemlich gut zu den gerechneten Werten, so etwa 2dB Unterschied. Aber 
ich hatte wie oben geschrieben auch mehr Abstand ringsrum, nicht so 
extrem dicht an Wänden und Metallteilen. Und die fehlende Masse wird 
hier auch deutlichen Einfluss haben, bei mir war das im Test korrekt 
aufgebaut

> Und wie gesagt, es müsste mindestens eine reflexionsfreie Messkammer
> benutzt werden.

Das wäre die beste Lösung, aber auch mit improvisierter Messung geht es 
besser als oben gezeigt.

Reflektierte Grüße
Volker

von Marc Oni (Gast)


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Die Messung ist ein Abbild der Realität. Mobilfunk und Funk im 
allgemeinen findet nicht im Freiraum, sondern im Lebensumfeld in 
Straßen, Gebäuden usw. statt. Insofern zeigt die Messung realistische 
Ergebnisse.

von Pandur S. (jetztnicht)


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Du solltest eben bei der Messung grad neben dem Setup stehen. Durch 
Bewegung kannst du dann den Einfluss der Umgebung abschaetzen. Und 0dBm 
genuegen. Wenn du nicht grad dein Handy laufen laesst...

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