Observation om antenner (LoRa)

Elektronikrelaterade (på komponentnivå) frågor och funderingar.
E Kafeman
Inlägg: 3260
Blev medlem: 29 april 2012, 18:06:22

Re: Observation om antenner (LoRa)

Inlägg av E Kafeman »

AliX-antennen är en förkortad antenn, vad som finns ingjutet, det må vara spolar av solida guldtrådar, så hjälper inte det.
Vad som är klart är att den data som försäljaren visar är rena påhitt, lögn och fantasi data, som inte har ett enda dugg med antennen att göra.
Det kan vara antenn-data, men kan inte vara från denna antennen.

Om det vore en dipol med sådana strålningsdiagram som redovisas så skulle antennen troligen dessutom vara sämre än den antagligen är.
Om antennen är en verklig dipol och skulle ha det av säljaren utlovade gainet på 3dBi så är det mer än vad som är teoretiskt möjligt ens för en fullstor dipol, där max gain är 2.15 dBi.
Det är som att få rum med en solid järnklump på 3 kg i ett ett utrymme som bara rymmer en järnklump på 1 kg. Går bara i Kina.
Detta är en krympling som aldrig kan uppnå samma prestanda så det är gain-siffror som kräver att spolarna är gjorda av trolltråd.
Effektiviteten är sämre än en fullstor dipol pga mindre apertur-yta och gainet vet vi då ligger max någonstans på 1.5 dBi om det är en välgjord ideal dipol av denna förkortade storlek.

Skulle jag gissa med tanke på att jag tidigare mätt på rätt många lågpris-antenner av denna typen så finns det någon form av spole av rätt tunn tråd i spröten. Formen antyder en balun men någon sådan finns troligen inte.
VSWR är rätt högt och mesta antenn-egenskaperna har man i koaxialkabelns ytter-skärm. Det är rätt lätt kollat om man kan läsa RSSI då den påverkas om man för handen utefter kabeln, nära antennen.
Vid lågt VSWR, som med ölburkarna, så blir sådan påverkan minimal.

Det går givetvis att korta burkarna för andra frekvenser men impedansproblem pga proportionerna gör att det fungerar mindre bra. Däremot fungerar det bra att skala hela antennen inklusive burk-diametern.
Som Biker är inne på, man brukar kunna få 10 cl betydligt smalare burkar exempelvis på flyget, som antagligen skulle kunna fungera närmare 868 MHz utan ytterligare avstämning.
Nu är inte allt låst till ölburkar, det går med sopp-burkar lika väl och har man möjlighet att avstämma så kan man nog hitta burkar som går skjuta inuti varandra.
Tar man en sväng ner till Tyskland så kan man köpa billiga 5-liters burkar med öl.
I livsmedels-butiken brukar finnas pytte-små fruktkonserver i förtennad bleckplåt, vilket gör dom betydligt enklare att löda i jämfört med aluminiumburkar.
Fråga i COOP om de har frukt-konserver för 868 MHz 8)

Annars är det nog så att dessa 50cl ölburkarna är unika på flera sätt vad gäller en gynnsam antenn-funktion vid 433 MHz för hög total effektivitet som nog är mindre lätt att träffa vid andra frekvenser och andra okapade burkar.
Fördelen är enkelheten att bygga till minimal kostnad då inga special-instrument eller kunskaper behövs för att ändå få en hygglig avstämning och det är lätt att improvisera mekaniska lösningen så den passar egna behovet.
För andra frekvenser och om man har mät-instrumenten typ VNA så är avstämningen inget problem men de flesta har inte sådana prylar och då får man oftast måttliga resultat för antenner som kräver avstämning som en del i byggandet.

Som exempel, vem vet hur många pringles-burkar som fördärvats för att det i gör-det-själv-kretsar alltid spridits ett rykte om hur enkelt det är att bygga en bra WiFi-antenn med en pringles-burk. Har säkert byggts 100-tusentals och 100-tals beskrivningar och ingen enda har lyckats, men få vill erkänna att de inte lyckas så alla tror att de är ensamma om misslyckandet och håller tyst om egna oförmågan. De som har mätresurser och kunnande försöker inte ens då det är en medioker konstruktion hur man än gör.
Det samma med antenner via t.ex.Thingsverse/instructables där någon kröker till en klädgalge till TV-antenn och lovar super-resultat, i bland angivet i felaktiga mät-termer och utan ens en fundering på om det behövs någon form av tuning.

Det är fullt möjligt att misslyckas även med ölburkarna, men svårighetsgraden är mer om man kan löda ihop enklaste ficklamps-kretsen utan att kortsluta allt, så bör man nog lyckas att få till en hygglig antenn jämfört med det mesta i köpe-väg.
Enda chansen att köpa antenn som medger längre räckvidd är om man köper en bra rikt-antenn.

Fast inget som hindra att man då fortsätter att bygga med ölburkar för högre riktverkan, en hemtillverkad Yagi-Uda t.ex. men det går åt många starkbärs så man kan bli yr i mössan innan burkarna är tömda.

Något jag funderat på är just detta om man kunde printa en mellanring som kunde snäppas fast över bägge ölburkskanterna så skulle det bli en snyggare distans jämfört med toa-rulle och smältlim. Med färdig sådan ring skulle det bli än mer en fail-safe design att bygga. Som de ölburks-lock i plast som finns att köpa, fast två mot varandra.

Är man händig kan man bygga in all radio-elektroniken och batteri i "jordsidans burk" så har man fixat ett skyddande hölje och antenn till minimal kostnad som tål att hänga på hustaket.
Det är möjligt att grannarna ser det som lite märkligt om man har ölburkar dinglandes på hustaket så man kan ju förklara syftet.
Jag brukar alltid i förebyggande syfte förklara för grannarna när det händer konstigheter på gården, som exempel att det är ett vetenskapligt projekt när skottkärran utrustats med lasersikte för min ultravågs-kanon. Jaha du, säjer dom då och nickar samstämmigt mot varandra.

Som tidigare så pekar kurvan från Smith-diagrammet på att antenn-effektiviteten är hög men det är bättre att faktiskt mäta den. Tyvärr så är min mätkammare lite för liten för frekvensen så det kan slå någon procent men uppmätta kurvan visar oavsett en bra antenn-funktion med max på 97% och en 50% effekt-bandbredd på drygt 400 MHz, 280 till 690 MHz.
När effekt-bandbredden numeriskt är i nivå med centerfrekvensen trots hög verkningsgrad, då är det en antenn utöver det vanliga.
graph_eff.png
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
JanErik
Inlägg: 3118
Blev medlem: 11 februari 2008, 17:15:58
Ort: Vasa, Finland

Re: Observation om antenner (LoRa)

Inlägg av JanErik »

Nu har jag byggt en burkantenn som jag satte på min inomhusnod med CC110L, men den ger nog inte speciellt mycket bättre signal än monopolen som jag använt normalt (med chassiet av ett ATX-nätaggregat som jordplan), bytte kl 12:
todaybasementlink.php.png
Ska försöka sätta den på mätnoden i källaren istället som nästa, har en gammal Wifiantenn nu.

Lite tydligare skillnad kanske på RSSI i råa värdena, RSSI måste dock räknas om med en formel som finns i databladet (och grafkoden). LQI har dock inte påverkats.

Kod: Markera allt

+---------------------+--------+-------+---------+
| ts                  | rssi   | lqi   | resends |
+---------------------+--------+-------+---------+
| 2020-02-16 22:00:04 | 239.20 | 46.60 |       0 |
| 2020-02-16 21:30:06 | 239.60 | 46.40 |       0 |
| 2020-02-16 21:00:03 | 241.00 | 45.80 |       0 |
| 2020-02-16 20:30:03 | 242.80 | 46.20 |       0 |
| 2020-02-16 20:00:03 | 240.60 | 46.40 |       0 |
| 2020-02-16 19:30:03 | 237.20 | 46.00 |       0 |
| 2020-02-16 19:00:06 | 239.80 | 46.80 |       0 |
| 2020-02-16 18:30:03 | 240.00 | 46.60 |       0 |
| 2020-02-16 18:00:03 | 237.80 | 46.80 |       0 |
| 2020-02-16 17:30:03 | 239.00 | 47.20 |       0 |
| 2020-02-16 17:00:03 | 239.00 | 46.80 |       0 |
| 2020-02-16 16:30:06 | 237.80 | 46.60 |       0 |
| 2020-02-16 16:00:03 | 233.60 | 47.20 |       0 |
| 2020-02-16 15:30:04 | 232.20 | 45.80 |       0 |
| 2020-02-16 15:00:05 | 233.20 | 45.60 |       0 |
| 2020-02-16 14:30:03 | 232.40 | 46.00 |       0 |
| 2020-02-16 14:00:06 | 231.00 | 46.40 |       0 |
| 2020-02-16 13:30:03 | 229.20 | 47.00 |       0 |
| 2020-02-16 13:00:03 | 232.00 | 47.00 |       0 |
| 2020-02-16 12:30:03 | 227.60 | 47.20 |       0 |
| 2020-02-16 12:00:03 | 222.20 | 47.20 |       0 |
| 2020-02-16 11:30:03 | 217.80 | 47.00 |       0 |
| 2020-02-16 11:00:06 | 232.20 | 47.20 |       0 |
| 2020-02-16 10:30:03 | 232.60 | 46.00 |       0 |
| 2020-02-16 10:00:06 | 223.80 | 45.80 |       0 |
| 2020-02-16 09:30:06 | 221.80 | 46.00 |       0 |
| 2020-02-16 09:00:03 | 222.60 | 46.40 |       0 |
| 2020-02-16 08:30:03 | 219.60 | 46.40 |       0 |
| 2020-02-16 08:00:06 | 220.20 | 46.40 |       0 |
| 2020-02-16 07:30:03 | 216.40 | 47.20 |       0 |
| 2020-02-16 07:00:09 | 218.00 | 47.00 |       0 |
| 2020-02-16 06:30:03 | 230.00 | 46.00 |       0 |
| 2020-02-16 06:00:03 | 229.20 | 46.40 |       0 |
| 2020-02-16 05:30:03 | 229.60 | 46.80 |       0 |
| 2020-02-16 05:00:06 | 227.60 | 47.00 |       0 |
| 2020-02-16 04:30:03 | 223.60 | 47.20 |       0 |
| 2020-02-16 04:00:03 | 222.20 | 47.00 |       0 |
| 2020-02-16 03:30:03 | 223.20 | 46.80 |       0 |
| 2020-02-16 03:00:03 | 223.20 | 46.80 |       0 |
| 2020-02-16 02:30:03 | 223.60 | 46.80 |       0 |
+---------------------+--------+-------+---------+
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
E Kafeman
Inlägg: 3260
Blev medlem: 29 april 2012, 18:06:22

Re: Observation om antenner (LoRa)

Inlägg av E Kafeman »

Bra att du loggar RSSI så du kan se förändringar. Det underlättar att utvärdera antenner, dess position och anslutning.
Det är lite svårt att se upplösningen på kurvan men generellt kan man väl säja att det är utmärkt resultat om du ser 3-5 dB förbättring med burk-antennen relativt en väl fungerande monopol-antenn placerad på stort jordplan och ytterligare förbättring om tidigare antenn var mindre optimal. Nu är ett skalstreck på RSSI-kurvan 20 dB så det är lite svårt att se förändringen.
En sak som kan påverka är att burk-antennen ger troligen en renare polarisation än en mindre väldefinierad monopol. Antennen reagerar mer på hur den är roterad. Det gör att man för bästa resultat kolla om burken får samma polarisation som antennen i den andra änden, för bästa resultat.

Ok, nu finns rena siffror. Gör man en trendkurva av detta, relativ förändrin i dB, blir det lite förvånande då det inte syns något direkt hopp i kurvan vid byte av antenn utan snarast en backe, som iofs visar på en förbättring med några dB.
Att det blir backe kan det ha att göra med lokala variationer eller väder?
Blå kurva är rå-data till relative dB och röd kurva är en trendlinje från Excel.
antkurva.jpg
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Användarvisningsbild
Biker
Inlägg: 6117
Blev medlem: 23 november 2005, 04:51:36

Re: Observation om antenner (LoRa)

Inlägg av Biker »

Har du nått i källaren och skall uppåt skall du ha en dipol horisontellt , även kvartsvåg - sen samma polarisation prova vrida en antennerna 90 grader och sen kan du testa 45 om det är en reflex du tar
JanErik
Inlägg: 3118
Blev medlem: 11 februari 2008, 17:15:58
Ort: Vasa, Finland

Re: Observation om antenner (LoRa)

Inlägg av JanErik »

Det är en liten filtrering, rullande medelvärde, men om jag minns rätt är det av fem paket och noden skickar två (temp+fuktighet) varje 18 minuter.
Det hade gått ner lite i natt/morse igen också.
Har varit ordentlig storm och regn men det är ju i samma hus, bara tre våningar under min lägenhet. Fuktigheten steg antagligen under eftermiddagen/kvällen.
JanErik
Inlägg: 3118
Blev medlem: 11 februari 2008, 17:15:58
Ort: Vasa, Finland

Re: Observation om antenner (LoRa)

Inlägg av JanErik »

Formeln för övrigt ur databladet:

If RSSI_dec ≥ 128 then RSSI_dBm = (RSSI_dec -256)/2 –RSSI_offset
Else if RSSI_dec < 128 then RSSI_dBm = (RSSI_dec)/2 –RSSI_offset

var RSSI_offset = 74

Och LQI beskrivs som
The LQI gives an estimate of how easily a received signal can be demodulated by accumulating the magnitude of the error between ideal constellations and the received signal over the 64 symbols immediately following the sync word. LQI is best used as a relative measurement of the link quality (a low value indicates a better link than what a high value does), since the value is dependent on the modulation format.
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/cc1101.pdf
E Kafeman
Inlägg: 3260
Blev medlem: 29 april 2012, 18:06:22

Re: Observation om antenner (LoRa)

Inlägg av E Kafeman »

Ett RSSI-värde på -80- -90 dBm och det är fortfarande goda marginaler innan man behöver omsända paket så det borde inte vara anledningen till dålig kontakt.
Skulle jag ge ytterligare råd så är det att samla dina radio och andra elektronik-pcbn på ett gemensamt jordplan (ett större PCB) och inte dra jord via kablar mellan de olika PCB'na då det nästan alltid ger stabilitets-problem.
Alla kablar mellan de olika PCBna bör ledas så nära jordplanet som möjligt för att minska storleken på loop-antenner som plockar upp lokala störningar.
Stabilitetsproblem kan vara jobbiga då de kan komma och gå lite slumpartat. Detta gäller särskilt vid LoRa då mindre interna störningar kan få radion att tappa spåret.

Utöver att få bort förluster i jordplan, någon extra avkopplingskondensator med korta ledningar från radions Vcc till det gemensamma jordplanet och alla andra strategiska Vcc stabilitets-punkter kan också påverka rätt ordentligt på stabiliteten.
Det kan aldrig bli för bra avkopplat.
Oftast så väljer man ytmonterad kondensator för avkopplingen då benlöst ger kortare kopplingsväg och mindre förluster. 100nF kan vara passande.
Stabiliteten på matningsspänningen kan bli sämre av en välfungerande antenn på sändarsidan, då sådan antenn kan vara en tyngre resistiv last att driva än en sämre avstämd antenn.
Det gemensamma obrutna jordplanet bidrar till bättre stabilitet genom sin storlek. Ju större, ju stabilare, åtminstone så länge storleken är mindre än en våglängd och allt mindre än 1/4 våglängd (17 cm) ska ses som ett problem där det är svårt att hålla koll på jordströmmar, i synnerhet om antennen är jordplansberoende, som en monopol-antenn är.
JanErik
Inlägg: 3118
Blev medlem: 11 februari 2008, 17:15:58
Ort: Vasa, Finland

Re: Observation om antenner (LoRa)

Inlägg av JanErik »

För att förtydliga, dessa moduler med CC1101 funkar bra, det är de nya SX1278 (LoRa) som inte presterar som önskat. Dem har jag bara testat lite än så länge.
Dock har jag ju loggning på CC1101 som är i konstant drift och samma SMA-kontakt.

Modulerna har Atmega328 på protoboard eller hemgjort kretskort, basstationen en hemgjord Mega1280 med en tilläggsshield för enkel anslutning av sensornät, SPI&I2C, matning/jord m.m. Den är då också kopplad till ett 1-wire-nät och några DHT22-sensorer i hela lägenheten och utsidan, samt en Ethernetmodul.
Har nog strösslat med 100nF som brukligt men SPI-ledarna är ju inte kortare än de kan bli, med en nivåskiftare mellan.

Värdena kan nog variera på längre tid, vet inte vad det kan vara för störningar inne i huset som kommer och går slumpmässigt. Ibland tappar den nåt paket men det är sällan.
lastweekbasementlink.png
Garagenoden har lite svårare att nå fram vilket är förståeligt. Den är också lite kraftigare modell, 100 mW, den jag har i källarförrådet hörs absolut inte från plåtgaraget. De två pikarna i RSSI är när garagedörren har varit öppen.
lastweekgaragelink.png
Ibland har jag kopplat ihop störningarna med uppkommande oväder, som ju denna gång bröt ut natten till söndag.

Nu har jag satt burkantennen på mätnoden i källaren istället för den gamla Wifiantennen jag haft på den.
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
JanErik
Inlägg: 3118
Blev medlem: 11 februari 2008, 17:15:58
Ort: Vasa, Finland

Re: Observation om antenner (LoRa)

Inlägg av JanErik »

todaybasementlink.php.png
Här syns en tydligare förbättring, varför det dippar till slut vet jag inte.
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
E Kafeman
Inlägg: 3260
Blev medlem: 29 april 2012, 18:06:22

Re: Observation om antenner (LoRa)

Inlägg av E Kafeman »

En sak som ibland kan synas på RSSI är om folk rör sej i närheten av antennerna så att en del av signalen absorberas. Det brukar då bli mer orolig RSSI-kurva dagtid.
Om det är störningar från andra 433-källor så sjunker normalt detekterade signal-kvaliteten, medans RSSI är densamma eller om det är mycket starka störningar kan RSSI öka.
Har nog inte så mycket mer att komma med mer än att du får dricka mer öl. Om du har burk-antenn för både sändande och mottagande nod så kan det hjälpa det RSSI ytterligare något.
Eller jo en sak man naturligtvis kan göra är att använda en TV-dongel och spela in signalen för att se om den ger några ledtrådar som sammanfaller med att LoRa-noderna får problem.
Fördelen med TV-dongeln är att där finns ingen fördröjning, man ser omedelbart signal-kvaliteten över ett brett frekvensområde.
Jag har själv använt dongeln för liknande ändamål med bra resultat. Man slipper vänta och när något händer sparar man ner hela filen som en wav-fil som sedan kan spelas upp på nytt i t.ex. SDR-sharp och analyzeras.
Även dongeln behöver lämplig antenn. Går åt mer öl. En fördel med burkantennen är att den hjälper till att undertrycka störningar som ligger långt utanför 433MHz såsom telefonband på 800 MHz och uppåt jämfört med en sämre avstämd antenn som ofta fungerar halvbra på ett bredare frekvensområde.
Utöver att man ser störningar med dongeln så kan man se om det är egna sändande noder som plötsligt minskar utsänd effekt eller om det är bara mottagande nod som inte är i riktigt bra form för tillfället.
Man ser även om en sändande nod tillfälligt inte ligger väl centrerad på kanalen. Kan bero på t.ex. kristall-drift.
JanErik
Inlägg: 3118
Blev medlem: 11 februari 2008, 17:15:58
Ort: Vasa, Finland

Re: Observation om antenner (LoRa)

Inlägg av JanErik »

Det rör sig nog inte mycket folk i källaren och speciellt inte i förrådet. Finns bara belysning i förrådet, mätnoden går på batteri. Garagenoden går på nätmatning (trafo + linjär regulator) under vintern men har inte märkt nån skillnad när jag kör den på batteri sommartid.
Inne i lägenheten är endast kyl&frys samt basstationen och en Banana Pro igång när jag inte är hemma.
Ovanför min lägenhet finns ventilationens utsugsfläkt som går på frekvensomformare men det är samma tidsschema varje dag.

Frekvensoffset korrigerar jag, basstationen är fast och mätnoderna kompenserar automatiskt enligt den. Garagenoden ligger normalt på -1 men kan hoppa till 0 nån gång i veckan, källarnoden stabilt på 13. De meddelar när offset ändrats.
JanErik
Inlägg: 3118
Blev medlem: 11 februari 2008, 17:15:58
Ort: Vasa, Finland

Re: Observation om antenner (LoRa)

Inlägg av JanErik »

Syns ju nog en klar förbättring över längre tid. Det var på måndag kväll som jag bytte mätnodens antenn från Wifiantenn till burkantenn.
lastweekbasementlink.png
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
E Kafeman
Inlägg: 3260
Blev medlem: 29 april 2012, 18:06:22

Re: Observation om antenner (LoRa)

Inlägg av E Kafeman »

Kurvan är lite grov att utläsa enskilda dB. Rimligen bidrar inte antennen med mer än 5-6 dB förbättring och med burkantenn i bägge ändana så kan det bli uppåt 10 dB förbättring relativt två halvdåliga monopol-antenner.
Om inte provat ännu, försök med burkantenn i bägge ändarna, lika orienterade.
Sedan kommer du nog inte så mycket längre med att förbättra antenn-signalen och det borde vara mer än tillräcklig signal.
Det borde gå att identifiera de tillfällen som ger kraftiga avvikelser på RSSI. Både mellan tis-ons och tors-fre har det varit något som påverkat i flera timmar.
Om du har tillgång till TV-dongel så är det enkelt att logga ett dygn.
Man kan sedan backa till tider med problem och skilja på om det är sändarens signalnivå som minskar eller om det tillkommer oidentifierade störningar. Om inget av dessa så är det mottagaren som periodvis tappar i mottagningsförmåga.
Vissa TV-donglar går använda som enkla spektrumanalysatorer då de kan visa live vad som händer på frekvensen av intresse och en bra bit runt om.
TV-dongel: https://www.ebay.com/itm/Digital-HDTV-F ... 3716271220
Allmän demo:
Demo LoRa-signal:
Jag har själv några donglar för allt från problemsökning till att avkoda fjärrtermometrar och allmänt radio-lyssnande så det det är starkt rekommenderat och prisvärt verktyg.
Skriv svar