Hallo,
hat jemand fundierte Erfahrung im Selbstbau einer externen WLAN Antenne für Arduino/ESP8266 u.ä. . Diese Controller haben ja bereits eine PCB Antenne (so mäanderförmig auf der Platine verbaut), aber die Signalstärke ist oft sehr schwach und unzureichend, wenn der Arduino/ESP nicht gerade im gleichen Raum mit dem Router oder allgemein dem WLAN Kommunikationspartners ist. Bei 2,4GHz kommt man ja bekanntlich auf ca. 6cm Dipollänge (halbe Wellenlänge), die man ersatzweise zur PCB Antenne nutzen könnte - so die Theorie.
Hat das schon mal jemand in der Praxis umgesetzt und damit dann wirklich eine deutliche Verbesserung der Signalstärke/qualität erzielt? Wenn ja, welche Drahtstärke habt ihr benutzt (wie relevant ist diese überhaupt hierbei), wie war eure Bauform (gerader Draht, Helixform...), habt ihr eine Massefläche benutzt... was gilt es im Detail zu beachten, um damit wirklich eine Verbesserung zu erreichen?
Ich weiss, es gibt die fertigen externen Antennen für WLAN (die sind ja auch so um die 10 cm lang mit Koaxanschluss), aber damit habe ich mäßig Erfolg gehabt, d.h. kaum besser als die PCB Antenne. Vielleicht gibt es aber auch positive Erfahrungen damit. Lieber wäre mir aber ein einfacher, kostengünstiger Dipol als DIY.
Ich weiss, es gibt die fertigen externen Antennen für WLAN (die sind ja
auch so um die 10 cm lang mit Koaxanschluss), aber damit habe ich mäßig
Erfolg gehabt, d.h. kaum besser als die PCB Antenne.
Ein einfacher Koax-Dipol hat den Vorteil, dass Du ihn von der Elektronik abgesetzt montieren kannst. Mehr Ausgangsleistung als die PCB-Antenne bringt der nicht, und das Kabel dämpft auch noch.
Für mehr Antennengewinn musst Du weg vom Rundstrahler. Also Direktoren und Reflektoren anbringen, in Richtung Yagi oder HB9CV. Die "Pringles" oder "Tennisball-Dosen"-Antenne sieht bescheuert aus, bringt aber einiges an Richtwirkung.
Gegen die Dämpfung von Wänden hilft auch keine Richtantenne. Die bringt nur was im freien Feld bzw. unter Line-of-Sight Bedingungen. Im Raum führt sie nur zu mehr Reflexionen.
Ist die PCB-Antenne richtig platziert oder liegt sie über einer Massefläche? Und ja, die angesprochenen 10cm langen WLAN-Antennen arbeiten auch nur, wenn sie eine geeignete Massefläche als Gegenpol besitzen, denn das sind alles Monopole.
Bei 2,4GHz kommt man ja bekanntlich auf ca.
6cm Dipollänge (halbe Wellenlänge), die man ersatzweise zur PCB Antenne
nutzen könnte - so die Theorie.
So die Theorie. Damit die Praxis sich an die Theorie hält, ist Einiges an Aufwand notwendig, um die Leistung aus dem Chip an die DIY Antenne reflexionsfrei anzupassen, so dass die Leistung auch abgestrahlt und nicht irgendwo dazwischen dissipiert wird. Das ist bei diesen Frequenzen nicht trivial und für einen Anfänger ohne Messmittel und GHz Erfahrung nicht zu empfehlen.
Ist die PCB-Antenne richtig platziert oder liegt sie über einer
Massefläche? Und ja, die angesprochenen 10cm langen WLAN-Antennen
arbeiten auch nur, wenn sie eine geeignete Massefläche als Gegenpol
besitzen, denn das sind alles Monopole.
Was heißt "richtig platziert" ? Der "Kommunikationspartner" ist eine FRitz Box die intern irgendwie nach aussen nicht sichtbar einen Rundstrahler integriert hat. Die WLAN Antenne des ESP ist ja eine PCB Antenne, direkt auf dem ESP. Ich habe keine weitere Platine für den Betrieb des ESP, der ESP liegt einfach auf dem Tisch im Zimmer vom Router. Ausserhalb des Zimmers klappt es nicht mehr. Wie und wo ich gegebenenfalls hier eine Massefläche ins Spiel bringen kann, ist mir nicht klar - auch nicht, wenn ich es im Zusammenhang mit einer externen WLAN Antenne betreibe :-( Ein Drehen des ESP mit dem Ziel die Signalstärke zu verbessern hat zumindest nicht reproduzierbare bessere Ergebnisse gebracht. Warum auch, wenn die Fritz Box laut Hersteller einen Rundstrahler integriert hat.
Ich habe keine weitere Platine für den
Betrieb des ESP, der ESP liegt einfach auf dem Tisch im Zimmer vom
Router. Ausserhalb des Zimmers klappt es nicht mehr.
sofern die Zimmerwände nicht 50cm Stahlbeton sind läuft da was anderes falsch
Hast DU eine gute Spannungsversorgung?
Meine Erfarung mit den ESPs : Wo ein Notebook / Handy guten WLAN-Empfang hat gehen die auch
Warum auch, wenn die Fritz Box laut Hersteller einen Rundstrahler
integriert hat.
Wo steht das? Habe ich noch nie gelesen.
Hab die Fritz Box 7530, dass deren Antenne die Charakteristik eines Rundstrahlers hat steht vielfach in der Bedienungsanleitung.
Besorg dir von einer uralt-FB die externe Antenne und schließe die mal
an deinen ESP an.
Oftmals verkaufen Ali&Co. auch Antennen für die falsche Frequenz mit
dann entsprechendem Wirkungsgrad.
Das mag sein, die externe Antenne, die aussieht wie eine von den älteren FB Antennen, die aussen sichtbar sind, habe ich in China für knapp 1€ bestellt. Diese hat wie beschrieben nichts gebracht. Wenn die Antwort von Soul oben stimmt, würde jede externe einfache (passive) Dipol-Antenne auch keine Verbesserung wohl bringen.
Die typischen Routerantennen mit Reverse-SMA sind übrigens
Dipolantennen.
Antennenmeßgerat oder nanoVNA sind da sehr aufschlussreich.
Ich habe keine weitere Platine für den
Betrieb des ESP, der ESP liegt einfach auf dem Tisch im Zimmer vom
Router. Ausserhalb des Zimmers klappt es nicht mehr.
sofern die Zimmerwände nicht 50cm Stahlbeton sind läuft da was anderes
falsch
Hast DU eine gute Spannungsversorgung?
Hab ein stabiles Netzteil direkt angeschlossen. Es ist ja nicht so, dass die Signalstärke auf 0 geht, aber sie wird so schwach, dass die Kommunikation nicht mehr funktioniert. Der Router zeigt dennoch eine stetige Verbindung zum ESP im Netzwerk an.
Meine Erfarung mit den ESPs : Wo ein Notebook / Handy guten
WLAN-Empfang hat gehen die auch
Was die Verbindung zum Router im Netzwerk angeht ja (Router zeigt ESP stets im Netzwerk an, auch im Nebenraum), aber die Signalstärke ist sehr unterschiedlich.
Ich weiss, es gibt die fertigen externen Antennen für WLAN (die sind ja
auch so um die 10 cm lang mit Koaxanschluss), aber damit habe ich mäßig
Erfolg gehabt, d.h. kaum besser als die PCB Antenne.
Ich habe keine weitere Platine für den
Betrieb des ESP, der ESP liegt einfach auf dem Tisch im Zimmer vom
Router. Ausserhalb des Zimmers klappt es nicht mehr.
sofern die Zimmerwände nicht 50cm Stahlbeton sind läuft da was anderes
falsch
Das ist Quatsch. Jede Wand dämpft; 2,4 GHz und noch mehr 5 GHz. Je nach Dicke und Material mal mehr mal weniger. Dünne Holz- oder trockene Rigips Wände um einige dB, gemauerte Wände um einige 10 dB. Mit Metallfolie gedämmte Wände und stahlarmierte Decken fast undurchdringlich. Das lässt sich leicht mit einem Spektrum Analyzer verifizieren. Darum setzt man ja zur Versorgung von Büroflächen zahlreiche Access Points.
Laptops haben durch die Bank einen besseren Empfang als ein Handy. Die internen Antennen sind größer und meist zahlreicher.
Hier im Dorf empfange ich abundzu einen ESP mit Luftlinie fast nen Kilometer quer über kleine Häuser. Ich weiß allerdings nicht, ob er einen Booster ranbastelte und welche Antenne er benutzt.
Die Eingangsempfindlichkeit meines AP dürfte auch etwas besser sein als die einer FB. Ist also machbar.
Mein ESP-02 (ESP8266) im Keller wird auch noch mit der Fritze im 2.Stock durch 3 Betondecken empfangen. Irgendwas machst du falsch. Sind die 100-470µF direkt an die 3.3V gelötet? Diese Kondis sind bei mir bei jedem ESP angelötet, um die Stromspitzen beim WLAN-Senden abzupuffern.
Ich weiss, es gibt die fertigen externen Antennen für WLAN (die sind ja
auch so um die 10 cm lang mit Koaxanschluss), aber damit habe ich mäßig
Erfolg gehabt, d.h. kaum besser als die PCB Antenne.
Wie hast du die angeschlossen?
Die externe Antenne hat ein kleines Stück Koaxkabel; hatte die mäanderförmige PCB Antenne an der "Wurzel" durchtrennt und an offenen Anschluss zum IC hin dann den Innenleiter des Koax angelötet; den Aussenleiter(Masse) an das Gehäuse des ESP gelötet; mit einer Massenfläche aus Kupfer (z.B. Kupferplatte,PCB) wie auch manchmal in Anleitungen vorgeschlagen, hatte ich es nicht versucht. War in der Signalstärke nicht schlechter aber auch nicht spürbar besser
Mein ESP-02 (ESP8266) im Keller wird auch noch mit der Fritze im 2.Stock
durch 3 Betondecken empfangen. Irgendwas machst du falsch. Sind die
100-470µF direkt an die 3.3V gelötet? Diese Kondis sind bei mir bei
jedem ESP angelötet, um die Stromspitzen beim WLAN-Senden abzupuffern.
Helmut, ich nutze ein stabilisiertes Netzteil; an den ESP selber habe ich keine zusätzlichen Kondensatoren angebracht, ich gehe davon aus, dass das Netzteil und das ESP Board die Spannung stabil genug halten.
Es ist so, dass ich den ESP als WLAN gesteuerter Schalter nutze, der über Handy angesteuert wird. Handy kommuniziert mit Router über WLAN Netz, Router mit ESP. Sind Router und ESP im gleichen Raum, funktioniert es tadellos. In getrennten Räumen bestenfalls ab und zu mal sporadisch, meistens gar nicht. Alternativ habe ich zur Probe auch mal eine alte FB als Repeater im Nachbarraum direkt neben dem ESP eingesetzt, dann funktioniert es auch tadellos. Also war mein Schluss, dass es nur an der Signalstärke/Qualität des WLAN Signals hängen kann.
hatte die
mäanderförmige PCB Antenne an der "Wurzel" durchtrennt und an offenen
Anschluss zum IC hin dann den Innenleiter des Koax angelötet; den
Aussenleiter(Masse) an das Gehäuse des ESP gelötet;
... ich nutze ein stabilisiertes Netzteil; an den ESP selber habe
ich keine zusätzlichen Kondensatoren angebracht, ich gehe davon aus,
dass das Netzteil und das ESP Board die Spannung stabil genug halten.
Falsch ausgegangen.
Abblockkondensatoren sind nur durch Abblockkondensatoren zu ersetzen.
Schon 470 uF sind eher /knapp/ bemessen.
Bis so ein stabilisiertes Netzteil mit dem "Regeln" anfängt, ist
der Peak schon /lange/ vorbei. Mich wundert allenfalls, dass das Board
dabei nicht gleich ganz abstürzt.
Bei 2,4GHz kommt man ja bekanntlich auf ca.
6cm Dipollänge (halbe Wellenlänge), die man ersatzweise zur PCB Antenne
nutzen könnte - so die Theorie.
Ein Dipol ist eine symmetrische Antenne, d.h. du bräuchtest dann einen Balun, um vom unsymmetrischen Ausgang des ESP (Gnd-bezogener Antennenausgang) auf symmetrisch zu transformieren - so die Theorie.
Wenn ja, welche Drahtstärke habt ihr benutzt (wie relevant ist
diese überhaupt hierbei), ... , habt ihr eine Massefläche benutzt...
Je dicker der Draht, um so breitbandiger ist die Antenne (und damit unkritischer in der Abstimmung). Ein Dipol ist symmetisch, d.h. der braucht keine Massefläche, weil das Feld zwischen den Dipolhälften aufgebaut wird.
Und schon mal durchgemessen? Da hat irgendwer in China ein Stück Draht das er gefunden hat mit Plastik umgossen.
Bist Du Dir sicher, dass die PCB-Antenne 50 Ohm hat? Ansonsten wird das nix mit "ich hab eine Antenne mit Kabel angelötet".
Bei WIMO z.B. gibts geeignete Antennen ab 15 € (Wifi 2.4 GHz https://www.wimo.com/de/ca-2401). Denen vertrau ich mehr als Ali.
Ein Dipol ist eine symmetrische Antenne, d.h. du bräuchtest dann einen
Balun, um vom unsymmetrischen Ausgang des ESP (Gnd-bezogener
Antennenausgang) auf symmetrisch zu transformieren - so die Theorie.
Ja, eigentlich sind die Koax-Antennen Monopole. Das umgestülpte Geflecht hat aber die gleiche Länge wie der als Radial genutzte Innenleiter. Damit ist es irgendwie doch eine Dipol-Struktur.
Manchmal ist an das umgestülpte Geflecht ein Messingzylinder gecrimpt. Der ist nur für die mechanische Stabilität, am Aufbau ändert sich nix.
Selbst der Hersteller geht in seinen Empfehlungen nicht davon aus.
Es ist nur völlig un-praktikabel "by default" so dicke ElKos
auf so kleinen Boards vorzusehen.
Ein Elko wird eh nicht reichen! Je nach Serie sind 10..100uF keramisch angedacht von espressif.
Mit der Platzierung vom Modul hast du ziemlich viel in der Hand.
Die Positionierung relativ zum Rand, die minimale größe der (durchgehenden) groundplane,... Sind in der Moduldokumentation genau angegeben.
Meiner Erfahrung (gemessen!) nach verlieren normale Integrationen um die 10dB im Vergleich zum optimal lt. Datenblatt und bei dümmer einbausituation auch Mal 20+dB.
Mit einem sauberen Dipol und der richtigen Konfiguration der Leistung im Modul ist auf jeden Fall der Grenzwert für die abgestrahlte Leistung deutlich überschritten!
Das ist übrigens auch ein praktisches Problem. Gehst du mit anderen 2,54GHz geräten zu nahe an so einen Sender hin, ist übersteuerst du den Eingang und der Empfang ist auch weg. Bei Bluetooth geräten gibt's daher gerne den Hinweis, man möge bei verbindungsproblemen den Abstand zwischen den geräten etwas erhöhen.
Nachdem wir aber nicht wissen um welche Platine es geht, ist es schwer vernünftig zu antworten.
Z.b gibt's esp32 Module mit u.fl Anschluss. Dort kann man problemlos jede 50ohm Antenne dran machen. Nur die Antenne "wegschmeißen" und dir eine andere Antenne dran machen kann je nach Board nach hinten losgehen, weil das matching dann nicht mehr passt!
Bei den alten FB war das ein Sleeve-Dipol und der Balun sitzt auch drinnen. Das ergibt einen Donut als Rundstrahler. Oberhalb und unterhalb der Antenne ist daher kein Empfang!
Bei den neueren FB wollte man es wohl schöner machen und hat auf externe Antenne verzichtet. Da sind innen diverse unterschiedliche Antennen für WLANs, Bluetooth und DECT. Entweder als Platinenantennenlayout oder zugekauft als "Drahtbügel".
Ich würde dem Sleeve die besten Eigenschaften zuschreiben.
Vielen Dank zunächst mal für die zahlreichen Antworten. Die Hinweise und Einwände zu der Spannungsstabilisierung als mögliche Ursache zu der Problematik haben mich stutzig gemacht. Die Problematik tritt bei allen ESP8266 auf, die ich nutze (ESP8266 D1 Mini, ESP8266-12E, 01, 01s). Bis auf den ESP8266-01 basieren aber alle darauf, dass sie über USB Schnittstelle die Spannungsversorgung ermöglichen und auf dem Board schon nach meiner Kenntnis einen Spannungsregler besitzen und die 5V USB Spannung auf (hoffentlich) stabile 3,3V ESP Spannung bringen.
Nochmal zusammenfassend zu der Problematik: Die genannten ESPs sind über WLAN mit dem Router(FB) verbunden und werden über Handy angesprochen um einen Pin zu schalten. Die Verbindung zum Router lässt sich stets aufbauen und die FritzBox zeigt auch die Verbindung im Monitor an (zw.-65dBm und -55dBm Signalstärke). Nur wenn der ESP im Zimmer des Routers ist oder im Zimmer des ESP ein Repeater ist, lässt sich der Pin schalten - deshalb war meine Vermutung, es liegt an der Signalqualität/stärke. Ein Ping auf die IP des ESP ist seltsamerweise dagegen stets möglich, auch im Nebenraum von wo die Ansteuerung nicht funktioniert und der Router zeigt im FritzBox Monitor auch stets die Verbindung im Netzwerk zum ESP an. Letzter Punkt widerspricht meiner Vermutung, dass die Signalstärke die Ursache ist, dann würde wohl auch der Ping nicht funktionieren !?
Die Frage ist nun, welche Rolle kann hierbei die Spannungsstabilisierung spielen (Dev Board mit Spannungswandler gegeben, Spannungsversorgung über USB mit 5V stabilisiertem Netzteil, 5V boardintern auf 3.3V abgeregelt) und wenn, wo soll ich dann bei den beiden Boards (ESP8266 D1 mini oder ESP8266 12E)genau noch eingreifen - Kondensatoren direkt an das IC anbringen??
Ein Ping auf die IP des ESP ist seltsamerweise
dagegen stets möglich, auch im Nebenraum von wo die Ansteuerung nicht
funktioniert und der Router zeigt im FritzBox Monitor auch stets die
Verbindung im Netzwerk zum ESP an.
Das klingt dann aber verdächtig nach Software Problem.
Kann schon sein, dass dir bei längerer Sendezeit die Versorgung in die Knie geht.... Ich tippe aber auf irgend ein anderes Problem.
Wenn die Verbindung im anderen Raum steht und du Pingen kannst - vllt sogar ein " quasi flood Ping" mit 20-30ms statt 1s Intervall - dann hast du mit hoher Wahrscheinlichkeit kein Problem in der Hardware.
Die Zusatz-Cs solltest du möglichst nah am IC anbringen. Bei Boards mit Spannungsregler drauf, direkt am Ausgang des Reglers auf dem Board. Bei Modulen ohne (z.B. ESP-01) direkt an den 3.3V-Pins und keine 2cm weg.
Da Du explizit nach jemandem mit fundierter Erfahrung im Antennenbau gefragt hast, scheiden so ziemlich alle Antworten hier wohl aus. Daher gebe ich auch mal meinen Senf dazu:
Die Rückfrage nach einer ordentlichen Spannungsversorgung zielt eigentlich auf eine ausreichende Stromversorgung.
Mein USB 1.0 Anschluss macht 100mA. Wenn ich da den ESP32 anschließe ist das WLAN beschissen. Nehm ich ein Handynetzteil steigt die Reichweite und Übertragungsgeschwindigkeit enorm an.
Ich habe schon sehr viele D1-Mini und andere Boards mit USB-Anschluss
verbaut, hatte nie Probleme mit dem Empfang
Versuch doch mal auf die Schnelle eine andere Software drauf zu flashen?
z.B. https://github.com/letscontrolit/ESPEasy
Das geht meist sogar mit dem Webflasher
In der GUI siehst dann auch die ganzen WIFI-Netze
Heinz, habe jetzt eine Minimallösung mit ESP als HTTP Server geflasht, bei der bei jeder Aktion nur wenige 100 Byte zwischen Browser/Handy und ESP ausgetauscht werden. Der Effekt ist aber ähnlich oder gar identisch. Allerdings konnte ich jetzt einfacher monitoren/debuggen und es hat gezeigt, dass der ESP sauber als HTTP Server startet, sich im Netz /Router anmelden kann und dann aber danach entweder keine Daten von einem GET Request empfängt oder nachdem der GET Request mal sporadisch doch empfangen wurde, keine Daten mehr an den Browser zurück sendet. Sobald ich eine alte FritzBox (als Repeater konfiguriert) neben dem ESP in Betrieb nehme, klappt es auf Anhieb, stabil und sauber.
Evtl. stört ja auch ein anderer ESP der im AP-Mode ist?
Ja, auch möglich. Parallel habe ich 3 ESPs im 7x24 Stunden Einsatz, die aber nicht am Router angemeldet sind sondern direkt miteinander kommunizieren. Ein weiterer ESP sendet über den Router dann zusätzlich Daten in die Cloud. Die klappen alle wunderbar. Nur der ESP als HTTP Server macht diese Zicken.
Mit dem D1 Mini werde ich noch die vorgeschlagene Spannungsstabilisierung versuchen. Das Netzteil ist stark genug, liefert 2A/5V und alle ESPs sind über USB angeschlossen.
Pings mit "Massendaten" an den ESP habe ich auch abgesetzt; das hat gezeigt, dass bis etwa 400 Byte alles soweit ok ist (25ms Antwortzeit), aber ab 500 Byte kommt es (wenn kein Repeater im Spiel ist oder keine Sichtverbindung zum Router besteht) zur Zeitüberschreitung. Bei dem letzten Flash liegt das Datenvolumen noch im grünen Bereich (<500 Byte pro Request)
Ja, auch möglich. Parallel habe ich 3 ESPs im 7x24 Stunden Einsatz, die
aber nicht am Router angemeldet sind sondern direkt miteinander
kommunizieren.
Auf welchem Kanal?
Alex, die Kanäle von den ESPs, die untereinander kommunizieren sind mir nicht bekannt; alle, die über den Router kommunizieren sind im Router Monitor sichtbar und werden vom Router dynamisch gewählt.
Ich habe zwar keine ESP32 im WLAN aber wir haben mehrere WLAN-Router im Gebäude. Die Känäle sind alle fest vergeben mit ausreichend Abstand zueinander. Eine dynamische Kanalzuweisung führt nur zu Channelhopping.
Ich hab mich mal dumm und dämlich geärgert als nach einem OTA kein WLAN mehr verbunden hat, und ich das halbe Auto auseinandernehmen musste um per USB zu flashen, nur um dann festzustellen dass es gar nicht am ESP32 lag, sondern ich einfach vorm Haus eines Nachbarn in der Straße geparkt hatte der mit seinen 15 Zigbee Geräten die Umgebung verstrahlte.
