Neue externe Flachantenne >> weniger Fehlermeldungen

Problemlösungen und Hinweise von allgemeinem Interesse zur Haussteuerung mit HomeMatic

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funkleuchtturm
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Neue externe Flachantenne >> weniger Fehlermeldungen

Beitrag von funkleuchtturm » 17.11.2015, 18:56

Auf meiner Homepage gibt´s hierzu aktuellere und weitere Informationen:
http://www.stall.biz/project/externe-fl ... -loesungen

Update: 18.11.2015: Ist ein Ringkern notwendig? siehe unten.

Warum überhaupt eine externe Antenne ?
Als Funkamateuer hat man vielleicht ein anderes Verhältnis zur Hochfrequenz. Aber jeder Anfänger lernt als Erstes, daß die Antenne der beste Hochfrequenzverstärker ist. Die Antenne ist einfach das A und O einer Sende- und Empfangsanlage, man kann diesen Satz nicht genug betonen!

Die Homematic ist auch eine Sende- und Empfangsanlage , die auf 868Mhz arbeitet. Deshalb ist auch hier die Notwendigkeit einer guten Antenne die Vorrausetzung für einen stabilen und störsicheren Sende- und Empfangsbetrieb. Allerdings wenn man in die geöffneten HM-Funkmodule reinschaut und den dort als Antenne fungierenden Drahtstummel sieht, dann weiß man sofort, welches Verbesserungspotential mit einer "richtigen" externen Antenne möglich ist.

Natürlich lohnt eine externe Antenne nur dann, wenn man Verbindungsprobleme innerhalb des Homematic-Netzes hat. Haben die Module mehr oder weniger Sichtverbindung, dann muß man sich um eine Verbesserung der Antenne sicher nicht kümmern. Aber beispielsweise in einem typischen 1 1/2-stöckigen Haus mit Keller , Erdgeschoss und Obergeschoss habe wir im ungünstigen Fall zwei Betondecken zwischen den HM-Kommunikationspartnern. Das kann schon zuviel sein, um einen störsicheren und zuverlässigen Betrieb sicher zu stellen.

Auf dieser Webseite wurden schon entsprechende Bauvorschläge veröffentlicht, wie man an der CCU1 , der CCU2 oder am Konfigurationsadapter einen Anschluss für eine externe Antenne herstellt und wie man sich im Selbstbau eine externe sog. Groundplane Antenne herstellt.

http://www.stall.biz/project/externe-cc ... rmeldungen
http://www.stall.biz/project/externe-an ... m-funknetz
http://www.stall.biz/project/externe-an ... ns-adapter

Warum eine Flachantenne ?
Die bisher sehr erfolgreich verwendete Antenne ist eine sog. Groundplane Antenne, die zwar klein ist aber doch aufgrund der räumlichen Antennenform nicht hinter dem Schrank oder der Kommode unsichtbar versteckt werden kann. Deshalb kam der Wunsch nach einer flachen Antenne auf, die einfacher an einem geeigneten Ort platziert werden kann. Bei den sehr guten Funkeigenschaften der Groundplane habe ich versucht , auch bei der Flachantenne bei dem Konzept zu bleiben. Man könnte nämlich statt der vier räumlichen Radials auch nur zwei Radials verwenden , die in einer Ebene (Flachantenne) liegen. Die Berechnungen zeigen, daß dies sehr gut möglich ist und trotzdem nahezu eine Rundstrahlcharakteristik erreichbar ist (siehe folgendes Bild).
hm_antenne_1.jpg
Die Maße der so berechnete Groundplane sind :

> Vertikalstrahlerlänge 79,8mm
> 2 Radials (45°) mit 82,0 mm Länge

Das Konzept und der Selbstbau
Die praktische Umsetzung sollte auch mit wenig Bastelerfahrung möglich sein. Deshalb wurde eine Platine als Strahler konzipiert, an die einfach die Radials aufgelötet werden. Das folgende Bild sagt mehr, als viele Worte:
hm_antenne_2.jpg
Die Radials sind Messingröhrchen mit 2mm Durchmesser aus dem Baumarkt. Sie sind auf eine Länge von 80mm abzuschneiden und wie auf dem Bild aufzulöten. Durch die Platine bekommt das Gebilde eine ausreichende Haltbarkeit.

Als Anschluss verwendet man typisches dünnes und biegsames 50-Ohm WLAN-Antennenkabel mit den gebräuchlichen SMA-Steckern. Aber Achtung : SMA Stecker gibt es als Male und Female und mit Innenverbindung auch als Male- und Female-Ausgführung. Es gibt also insgesamt 4 verschiedene Typen von SMA Steckern/Buchsen !! Also genau hinschauen, sonst kauft man die falschen Anschlüsse. Weitere Fragen zum Anschluß der Antenne beantworten sicher die o.a. Artikel bzw. Links.
hm_antenne_3.JPG
hm_antenne_6.JPG
Anschluß an die CCU mit/ohne Ringkern ?
Zum Anschluß der Antenne muß man natürlich das jeweilige Gerät öffnen und verliert dementsprechend u.U. die Garantie. Man sollte deshalb schon mit dem Lötkolben umgehen können und etwas von Elektronik verstehen. In verschiedenen Artikeln hierzu (siehe o.a. Links) wird Schritt für Schritt das Vorgehen erklärt, so daß eigentlich jeder "Eingriff" erfolgreich sein sollte ;)

Bisher habe ich immer einen Ringkern zwischen CCU-Antennenanschluss und Lötanschluss auf dem CCU-Board verwendet. Dies ist zweifelsohne der richtige Weg, wenn man nicht sicher ist, inwieweit die Platine beim "Abstrahlen" ungewollt mitspielt. Deshalb habe ich zu diesem Thema verschiedene Versuche mit und ohne Ringkern unternommen.

Das Ergebnis ist eindeutig:
Bei einer externen Antenne für die Homematic-Module ist ein Ringkern nicht notwendig bzw. ein Ringkern bringt keine meßtechnisch wahrnehmbaren Vorteile!


Vergleich mit anderen Antennen
Natürlich entsteht immer die Hauptfrage: Was bringt eigentlich die externe Antenne gegenüber der eingebauten Antenne? Allgemein kann man die Frage nur in einem idealen Versuchsumfeld (Freiraum) messen und beantworten. Aber ideal nützt dem Einzelne gar nichts , weil jeder die Frage möglichst ähnlich seinem individuellen HM-Umfeld beantwortet haben möchte. Deshalb habe ich mit meiner eigen wahrscheinlich typischen HM-Installation verschiedene Antennen gemessen. Als Meßwerkzeug wurde auf der CCU die Systemerweiterung "devconfig" installiert. Damit kann man die Sende- und Empfangsfeldstärken der einzelnen Funkmodule abfragen. Mehr dazu im Homematic-Forum: Stichworte rssi und devconfig.

http://homematic-forum.de/forum/viewtop ... ig#p233643

Gemessen habe ich vier verschiedene Antennen :

> die Original CCU2-Antenne
> meine "alte" Groundplane mit 4 Radials
> die "neue" Flachantenne aus diesem Beitrag
> eine käufliche 868Mhz-Stabantenne aus China

Gemessen wurde an einem sehr ungünstigen Aufstellort im Keller und an einem günstigen Aufstellort im Erdgeschoss meines typischen 1 1/2 stöckigen Einfamilienhauses. Gemessen wurde mit 30 verschiedenen HM-Modulen , die naturgemäß im ganzen Haus verteilt sind. Die gemessenen Werte sind die Mittelwerte aus den Signalstärken der 30 Module.

Hier die Ergebnisse:
hm_antenne_4.jpg
Bei der Interpretation der Vergleichswerte ist wichtig zu wissen, daß kleine negative dBm-Werte besser sind. Also je länger der Balken im Bild umso besser! Die Werte für den Aufstellort Keller (blaue Balken) sind naturgemäß sehr schlecht. Hier bringt eine externe Antenne besonders viel. Für den günstigen Aufstellort im Erdgeschoss sind die Werte naturgemäß deutlich besser. Im Mittel ist die Empfangsleistung im Keller um 8,6dBm schlechter. Das enspricht einem Faktor von 7,2 !

Bei dem günstigen Aufstellort der Antennen im Erdgeschoss ist der Unterschied der verschiedenen Antennenformen nicht so groß. Aber immerhin sind zwischen CCU-Antenne und den anderen Antennen so um die 3dB Unterschied auzumachen, was einer doppelten Empfangsleistung entspricht.

Nicht jeder ist mit dem logarithmischen Maß Dezibel vertraut, deshalb im folgenden Bild die Unterschiede der Signalleistung als Faktoren:
hm_antenne_5.jpg
So kann sich jeder ein Bild machen, was meßtechnisch eine externe Antenne bringt. Subjektiv möchte ich anmerken, daß ich auf eine externe Antenne nicht mehr verzichten möchte, weil damit in meiner individuellen Hausumgebung erst ein stabiler und zuverlässiger Betrieb möglich war. Und die vielen Posts zu diesem Thema sprechen eine beredte Sprache !


Anmerkung:
Interessenten können dden Komplettbausatz für die Flachantenne in meinem Webshop erwerben. http://www.stall.biz/produkt/komplettba ... achantenne
Zuletzt geändert von funkleuchtturm am 06.01.2016, 18:16, insgesamt 4-mal geändert.
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Re: Externe Flachantenne und Vergleich mit anderen Antennen

Beitrag von Daimler » 17.11.2015, 21:35

Hallo Eugen,

vorab (ohne es getestet zu haben) einmal wieder herzlichen Dank für diese super Anleitung!

Kleine Frage:
Hat das Lochraster eine besondere Funktion?
Gruß Günter

pivccx mit 2.35.16 in Produktiv, pivccx mit 3.41.11 Testsystem, Yahx 2.35.16 im 2. Testsystem, 3 * HPCx Studio 4.1,
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Re: Externe Flachantenne und Vergleich mit anderen Antennen

Beitrag von funkleuchtturm » 17.11.2015, 21:50

Daimler hat geschrieben:Hat das Lochraster eine besondere Funktion?
Das verbindet nur die Strahlerelemente auf Vorder- und Rückseite und gibt im Bereich der Radials den Lötstellen viel mehr Halt.
Viele Gruesse
Eugen
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Re: Externe Flachantenne und Vergleich mit anderen Antennen

Beitrag von Daimler » 17.11.2015, 22:49

funkleuchtturm hat geschrieben:Das verbindet nur die Strahlerelemente auf Vorder- und Rückseite und gibt im Bereich der Radials den Lötstellen viel mehr Halt.
Also ist 'Doppelseitige Platine' (Strahlerelemente auf beiden Seiten) Pflicht?
Gruß Günter

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Re: Externe Flachantenne und Vergleich mit anderen Antennen

Beitrag von funkleuchtturm » 18.11.2015, 10:16

Daimler hat geschrieben:Also ist 'Doppelseitige Platine' (Strahlerelemente auf beiden Seiten) Pflicht?
Strahlungstechnisch nicht, aber eine durchkontaktierte Plkatine bringt sehr große Stabilität im Bereich der Anschlüsse für die Radials. Dadurch werden die angelöteten Radials quasi mit der Rückseite der Platine "vernietet".

Noch eine wichtige Anmerkung zum Thema der Notwendigkeit eines Ringkerns:
Im Rahmen der Versuche habe ich die Antennen mit und ohne Ringkern untersucht. Siehe Ergänzung im ersten Thread!

Das Ergebnis ist:
kein Rinkern für die externe Antenne notwendig !
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Re: Externe Flachantenne und Vergleich mit anderen Antennen

Beitrag von Boris » 18.11.2015, 10:30

Hallo funkleuchtturm,

danke für den sehr interessanten Beitrag und Bastelanleitung.
Nachdem ich etwas mit der Groundplane von Conrad probiert hatte und damit auch soweit zufrieden war
habe ich noch eine "mehrfachgestockte 5/8 (3fach kollinear)"-Antenne empfohlen bekommen (Empfehlung und Kauf von Winkler-Antennenbau (XA 868-3)).
xa_868_3_f1.jpg
Damit sind nun auch die letzten, selten Empfangsprobleme mit dem 4-fach Aufputzaktor im Garten Vergangenheit.

Deine Meinung dazu würde mich auch interessieren (sofern Du eine dazu hast :) )
CCU3 / Homeputer CL Studio / 348 Kanäle in 120 Geräten:

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Re: Externe Flachantenne und Vergleich mit anderen Antennen

Beitrag von funkleuchtturm » 18.11.2015, 10:54

Boris hat geschrieben:Deine Meinung dazu würde mich auch interessieren (sofern Du eine dazu hast :) )
Die ist mit Sicherheit auch gut, insbesondere für draussen! Aber ich bekäme Probleme mit meiner Frau, wenn ich die Antenne im Wohnzimmer platzieren würde :mrgreen:
Viele Gruesse
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Re: Externe Flachantenne und Vergleich mit anderen Antennen

Beitrag von Familienvater » 18.11.2015, 11:25

Hi,

als Laie die Frage:
Das Abstrahlungsdiagramm der Flachantenne läßt mich glauben, das ein Sensor, der "über" der Antenne ist, sehr schlechte Empfangswerte haben müsste, gilt das auch für den Bereich "unter" der Antenne?

Also ist eine zentrale Platzierung der Antenne im EG des Gebäude nur "sinnvoll", wenn z.B. der Wettermast nicht zentral auf dem Dach sitzt, und im Keller auch keine Sensoren direkt unter der Antenne wären?

Danke,

der Familienvater

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Re: Externe Flachantenne und Vergleich mit anderen Antennen

Beitrag von funkleuchtturm » 18.11.2015, 12:18

Das Abstrahlungsdiagramm bezieht sich auf das Freifeld und ist hilfreich bei der grundsätzlichen Auslegung und Berechnung der Antenne. Im Haus kann das durch Refexionen und "Feldverbiegungen durch Betondecken etc. etc. völlig anders sein. Eigentlich läßt sich das nicht berechnen , sondern nur praktisch ausprobieren.
Eine wichtige (eigentlich selbstverständliche) Aussage bekräftigen meine Messergebnisse:

Die externe Antenne bringt schon viel, aber weitaus wichtiger ist der optimale Standort der Antenne im Haus :!: :!: :!:

Und da man die CCU wegen LAN-Anschluss etc. oftmals nicht an dem günstigsten Ort im Haus platzieren kann, ist eine separate kleine versteckte Flachantenne vielfach die beste Lösung.
Viele Gruesse
Eugen
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Re: Externe Flachantenne und Vergleich mit anderen Antennen

Beitrag von Daimler » 18.11.2015, 18:22

Hi,

noch eine abschließende Frage:
Mit welcher Antennenkabellänge hast Du die Tests durchgeführt?
Bzw. was würdest Du als Maximallänge empfehlen?
Gruß Günter

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