Sensor - Reichweite erhöhen mit Richtantennen (Ecowitt)
Verfasst: 01 Mär 2024, 22:55
Hallo Bastler und Tüftler,
wer, wie ich, vor dem Problem steht, dass ein Sensor außerhalb der Funkreichweite der Konsole ist, wird hier vielleicht fündig.
Bei mir muss ein Sensor (Anemometer) zwingend auf freiem Feld stehen, da es sonst durch angrenzendem Wald zu Verwirbelungen und demzufolge zu Fehlmessungen kommen wird. Entfernung 250m, ohne zusätzliche Mittel konnte ich nur gut 100m überbrücken (immerhin! entspricht den Herstellerangaben!)
Zur Theorie: (ich versuche es populär zu erklären, bitte nicht jedes Wort auf die Goldwaage legen)
Ohne an den Sende-/Empfangsmodulen etwas zu verändern, bleibt nur der Tausch der Antennen durch welche mit höherem Gewinn. Gewinn ist das Verhältnis der Strahlung der Antenne im Verhältnis zu der Strahlung einer normalen, in alle Richtungen strahlenden Antenne. Also: würde ich den unnützen Teil der Strahlung z.B. nach hinten durch einen Reflektor vollständig nach vorne lenken, hätte ich einen Gewinn auf das zweifache, das sind 3dB. Dieser Gewinn ist eine der wichtigsten Kennzahlen einer Antenne und ist immer in den techn. Daten zu finden. Die (logarhitmische) Maßeinheit dB hat übrigens den Vorteil, dass man alle Gewinne, Verluste, Verstärkungen etc einfach addieren kann.
Jetzt muss man noch wissen, dass eine Verdoppelung der Strahlungsleistung leider nicht eine Verdoppelung der Reichweite bedeutet, sondern nur das 1,4 fache (Wurzel2) Ergo: zur Verdoppelung brauche ich nicht 3dB, sondern 6dB Gewinn. (4-fache Strahlung --> doppelte Reichweite.)
In der von mir verwendeten Konsole GW1100 ist eine sogenannte Wendelantenne verbaut, ich nehme an, alle Sende- Empfangsteile aller Konsolen/Sensoren werden identisch aufgebaut sein. Habe ich nicht überprüft.
Eine Wendelantenne hat wohl von sich aus einen Gewinn von 2dB (nicht sicher, es gibt wenig infos zu Wendelantennen)
Jetzt können wir rechnen: Reichweite normal ca. 80m, gewünschte Reichweite 250m. Mit ein bisschen Sicherheit nehme ich 320m, das ist auch das vierfache von 80m.
Also muss die Antenne einen Gewinn von 12dB mehr als die ursprüngliche Antenne haben. Diese hat 2dB, Also brauche ich eine Antenne mit 14dB Gewinn. Ich habe mich für https://de.aliexpress.com/item/10050054 ... pt=glo2deu entschieden. 20dB für einen schmalen Taler.
Zur Praxis: Wie kriege ich jetzt nun die Antenne angeklemmt, und wo?
Erstmal, es ist (fast) egal, ob die Antenne am Sender oder Empfänger montiert wird, man kann auch den Gewinn aufteilen und 2 Antennen mit jeweils halben Gewinn verwenden (sozusagen die klassische Richtfunkstrecke).
Meinen Sensor WS68 habe ich nicht so einfach zerlegt bekommen, deswegen habe ich meine Konsole GW1100 modifiziert:
1. aufschrauben, Wendelantenne ablöten.
2. auf der Platine eine kleine Massefläche frei-kratzen
3. wer geschickt ist, kann eigentlich direkt das Antennenkabel anlöten, ich bin es nicht, die Antennkabel sind schon extrem störrisch.
4. ich habe ein sogenanntes Pigtail mit SMA Buchse verwendet, das kurze Koax-Kabel ist sehr flexibel und auch dünn.
(bei der Gelegenheit habe ich gleich die USB Buchse entfernt und ein festes Kabel angelötet)
5. da die Antenne von Haus aus eine N-Buchse hat, wäre ein Pigtail mit N-Stecker praktischer, hatte ich nicht im Haus. Mein "Haus-Standard" ist SMA, also hab ich den N-Stecker getauscht (keine schöne Arbeit für einen älteren Herren...)
Fertig! 250m Entfernung:
Folgende Erkenntnisse habe ich gewonnen:
1. ich habe vorerst nur die Hälfte der Antenne verwendet, also eine 9-Element Yagi, die hat ca. 14dB Gewinn. Reicht, siehe oben, aber die Theorie sagt, gerade so. Später werde ich die andere Hälfte ranschrauben, für mehr Sicherheit.
2. im weißen Kästchen hatte ich zwei Sensoren WH31, einen hochkant, einen liegend. Wollte sehen, ob die Polarisation irgendeinen Einfluss hat: hat nicht. (Der Test war ein bisschen blöd, ich kenne ja noch nicht die Einbaulage der Sensor-Antennen)
3. Man muss wissen: wenn die Strahlung nach vorne verstärkt wird, wird die Strahlung nach hinten natürlich um den gleichen Faktor schwächer. Das wird zwar niemals null, aber selbst die angegebene 30m sichere Reichweite ist dann eben nicht mehr garantiert. Alle Sensoren, die sich nur ein paar, einstellige Meter rundherum der Antenne befinden, sollten aber funktionieren. Unbedingt testen! Bei mir habe ich diesen Fall auch in Zukunft nicht.
4. Keine Erkenntnis, aber eine Bemerkung: das alles ist vielleicht HF-technisch nicht wirklich sauber, Anpassungen, Stehwellen sind mit Sicherheit nicht optimal, aber es funktioniert!
Viel Spaß beim Nachbauen,
Gruß, Mosi
wer, wie ich, vor dem Problem steht, dass ein Sensor außerhalb der Funkreichweite der Konsole ist, wird hier vielleicht fündig.
Bei mir muss ein Sensor (Anemometer) zwingend auf freiem Feld stehen, da es sonst durch angrenzendem Wald zu Verwirbelungen und demzufolge zu Fehlmessungen kommen wird. Entfernung 250m, ohne zusätzliche Mittel konnte ich nur gut 100m überbrücken (immerhin! entspricht den Herstellerangaben!)
Zur Theorie: (ich versuche es populär zu erklären, bitte nicht jedes Wort auf die Goldwaage legen)
Ohne an den Sende-/Empfangsmodulen etwas zu verändern, bleibt nur der Tausch der Antennen durch welche mit höherem Gewinn. Gewinn ist das Verhältnis der Strahlung der Antenne im Verhältnis zu der Strahlung einer normalen, in alle Richtungen strahlenden Antenne. Also: würde ich den unnützen Teil der Strahlung z.B. nach hinten durch einen Reflektor vollständig nach vorne lenken, hätte ich einen Gewinn auf das zweifache, das sind 3dB. Dieser Gewinn ist eine der wichtigsten Kennzahlen einer Antenne und ist immer in den techn. Daten zu finden. Die (logarhitmische) Maßeinheit dB hat übrigens den Vorteil, dass man alle Gewinne, Verluste, Verstärkungen etc einfach addieren kann.
Jetzt muss man noch wissen, dass eine Verdoppelung der Strahlungsleistung leider nicht eine Verdoppelung der Reichweite bedeutet, sondern nur das 1,4 fache (Wurzel2) Ergo: zur Verdoppelung brauche ich nicht 3dB, sondern 6dB Gewinn. (4-fache Strahlung --> doppelte Reichweite.)
In der von mir verwendeten Konsole GW1100 ist eine sogenannte Wendelantenne verbaut, ich nehme an, alle Sende- Empfangsteile aller Konsolen/Sensoren werden identisch aufgebaut sein. Habe ich nicht überprüft.
Eine Wendelantenne hat wohl von sich aus einen Gewinn von 2dB (nicht sicher, es gibt wenig infos zu Wendelantennen)
Jetzt können wir rechnen: Reichweite normal ca. 80m, gewünschte Reichweite 250m. Mit ein bisschen Sicherheit nehme ich 320m, das ist auch das vierfache von 80m.
Also muss die Antenne einen Gewinn von 12dB mehr als die ursprüngliche Antenne haben. Diese hat 2dB, Also brauche ich eine Antenne mit 14dB Gewinn. Ich habe mich für https://de.aliexpress.com/item/10050054 ... pt=glo2deu entschieden. 20dB für einen schmalen Taler.
Zur Praxis: Wie kriege ich jetzt nun die Antenne angeklemmt, und wo?
Erstmal, es ist (fast) egal, ob die Antenne am Sender oder Empfänger montiert wird, man kann auch den Gewinn aufteilen und 2 Antennen mit jeweils halben Gewinn verwenden (sozusagen die klassische Richtfunkstrecke).
Meinen Sensor WS68 habe ich nicht so einfach zerlegt bekommen, deswegen habe ich meine Konsole GW1100 modifiziert:
1. aufschrauben, Wendelantenne ablöten.
2. auf der Platine eine kleine Massefläche frei-kratzen
3. wer geschickt ist, kann eigentlich direkt das Antennenkabel anlöten, ich bin es nicht, die Antennkabel sind schon extrem störrisch.
4. ich habe ein sogenanntes Pigtail mit SMA Buchse verwendet, das kurze Koax-Kabel ist sehr flexibel und auch dünn.
(bei der Gelegenheit habe ich gleich die USB Buchse entfernt und ein festes Kabel angelötet)
5. da die Antenne von Haus aus eine N-Buchse hat, wäre ein Pigtail mit N-Stecker praktischer, hatte ich nicht im Haus. Mein "Haus-Standard" ist SMA, also hab ich den N-Stecker getauscht (keine schöne Arbeit für einen älteren Herren...)
Fertig! 250m Entfernung:
Folgende Erkenntnisse habe ich gewonnen:
1. ich habe vorerst nur die Hälfte der Antenne verwendet, also eine 9-Element Yagi, die hat ca. 14dB Gewinn. Reicht, siehe oben, aber die Theorie sagt, gerade so. Später werde ich die andere Hälfte ranschrauben, für mehr Sicherheit.
2. im weißen Kästchen hatte ich zwei Sensoren WH31, einen hochkant, einen liegend. Wollte sehen, ob die Polarisation irgendeinen Einfluss hat: hat nicht. (Der Test war ein bisschen blöd, ich kenne ja noch nicht die Einbaulage der Sensor-Antennen)
3. Man muss wissen: wenn die Strahlung nach vorne verstärkt wird, wird die Strahlung nach hinten natürlich um den gleichen Faktor schwächer. Das wird zwar niemals null, aber selbst die angegebene 30m sichere Reichweite ist dann eben nicht mehr garantiert. Alle Sensoren, die sich nur ein paar, einstellige Meter rundherum der Antenne befinden, sollten aber funktionieren. Unbedingt testen! Bei mir habe ich diesen Fall auch in Zukunft nicht.
4. Keine Erkenntnis, aber eine Bemerkung: das alles ist vielleicht HF-technisch nicht wirklich sauber, Anpassungen, Stehwellen sind mit Sicherheit nicht optimal, aber es funktioniert!
Viel Spaß beim Nachbauen,
Gruß, Mosi