ESP8266 mit externer WLAN-Antenne für WIFFI, Wemos ...

Problemlösungen und Hinweise von allgemeinem Interesse zur Haussteuerung mit HomeMatic

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funkleuchtturm
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ESP8266 mit externer WLAN-Antenne für WIFFI, Wemos ...

Beitrag von funkleuchtturm » 02.07.2016, 20:00

Mehr und immer aktuelle Details zu diesem Thema auf meiner Webseite:
http://www.stall.biz/project/esp8266-es ... ffi-und-co

1 Ausgangssituation
Für viele Projekte in der Hausautomation werden die sehr leistungsfähigen und preisgünstigen Mikrocontroller der ESP8266 -Reihe verwendet. Dabei gibt es Versionen mit verschiedenem Layout und unterschiedlicher Anzahl von Ports. Sie werden mit dem ergänzenden Kürzel ESP-01 bis ESP-12 gekennzeichnet. Fast alle Versionen haben eine gedruckte Antenne auf der Modulplatine, lediglich die Versionen ESP-02 , ESP-05 und ESP07 haben eine Pigtail-Buchse als externen WLAN-Antennenanschluss. Allerdings haben gerade diese Versionen weniger Ports und sind auch nicht so verbreitet wie zum Beispiel die "Vollversion" ESP-12 in folgendem Bild:

Dieser letztgenannte Typ wird in sehr kostengunstigen Lösungen für die Arduino-Entwicklungsumgebung eingesetzt. Kleine fertige Mikrocontroller mit dem ESP8266 ESP-12 heißen Wemos, Nodemcu usw.

2 Warum eine externe Antenne ?
Ganz einfach, weil gerade im Haus wegen der Wände und Betondecken die Funkabdeckung mit dem hauseigenen Router manchmal zu schwach ist! Man kann zur Problemlösung zwar Repeater o.ä. einsetzen, aber mit einer verbesserten Antenne ist meistens eine deutlich bessere Verbindung sicher gestellt. Und das ohne stromfressende Zusatzgeräte! Dazu kommt, daß die Platinenantennen der Module nicht so überragende Sende- Empfangseigenschaften haben können, einfach weil sie einfach räumlich sehr klein sind. Mit einer größeren externen Antenne ist da einiges an Reichweite zu holen.

3 Der Umbau
So ganz einfach ist der Umbau nicht, weil die zu verändernden Teile ausgesprochen klein sind. Auch muß eine geeignetes Equipment vorhanden sein:

>> möglichst eine Leuchtlupe,
>> Lötstation mit feiner Lötspitze ,
>> Cuttermesser o.ä.

Und natürlich benötigt man zum Umbau eine kurze Koaxleitung mit SMA-Einbaubuchse, im folgenden nur Kabelpeitsche genannt . An die SMA-Einbaubuchse kann dann eine WLAN-Antenne angeschraubt werden. Wichtig ist, daß Antennenanschluss und Kabelpeitsche auch den zueinander passenden SMA-Anschluss haben.
esp8266_antenne7.jpg
Wichtig: Es gibt zwei SMA-Steckerfamilien: die einfachen SMA-Steckverbinder als Male und Female und die sog. RP-SMA-Steckverbinder auch als Male und Female -Ausführung. Man muß darauf achten, daß Steckeranschluss und Antennenanschluss aus der gleichen Steckerfamilie stammen, sonst passt nichts zueinander !

Bei den ESP8266 ESP-12 Chips gibt es nach meiner Kenntnis zwei verschiedene Antennenformen:
feiner Mäander wie beim WIFFI-wz und grober Mäander wie beim Wemos. Hier wird nur der Umbau für den WIFFI-wz erläutert, auf meiner Webseite sind auch Fotos, die den Umbau z.B. am Wemos D1 mini zeigen .

Los geht´s.
Erst mit dem Cuttermesser die Leitungen der Leiterplatten-Antenne unterbrechen. Dazu schneidet man vorsichtig die Leiterbahnen an den Stellen wie im folgenden Bild gezeigt.
wiffi1.JPG
Dann werden die Leiterbahnen zwischen den Schnitten durch vorsichtiges Kratzen mit dem Cuttermesser wie in folgendem Bild entfernt:
wiffi2.JPG
Übrig bleibt eine Lötinsel zum Anschluss der Koaxkabel-Seele . Diese Lötinsel wird jetzt verzinnt und auch das daneben liegende Gehäuse wird zum Anschluß der Koaxkabe-Abschirmung verzinnt. Aber nicht zu lange mit dem Lötkolben erwärmen!
wiffi3.JPG
Jetzt wird die Kabelpeitsche mit dem konfektionierten SMA-Stecker angelötet.Und so sieht das ganze dann im verlöteteten Zustand aus. Die Abschirmung des Koaxkabels ist mit dem Blechgehäuse des ESP8266 verlötet, so daß dies gleichzeitig auch eine gute Zugentlastung ist.
wiffi4.JPG
Nun die Antennenbuchse in das Modulgehäuse einschrauben und die WLAN-Antenne einstecken bzw. aufschrauben so wie beim WIFFI-wz in folgendem Bild :
esp8266_antenne4.JPG
4 Das Ergebnis
Das Ergebnis war bei mir überraschend gut, deutlich mehr als 10dB Gewinn gegenüber der Leiterplattenantenne !! Selbst im abgelegensten Winkel meines Hauses kann ich meinen WIFFI-wz nun platzieren ohne einen Repeater o.ä. einzusetzen. Der Aufwand hat sich gelohnt.

Viel Erfolg beim Nachbau !

Haftungs- und Sicherheitshinweise
Beim Nachbau müssen natürlich alle wichtigen einschlägigen Sicherheitsvorschriften für den Umgang mit gefährlichen Spannungen eingehalten werden. Fundierte theoretische und praktische Fachkenntnisse der Elektrotechnik und für den Umgang mit gefährlichen Spannungen sind unverzichtbar!!
Zuletzt geändert von funkleuchtturm am 03.07.2016, 11:08, insgesamt 3-mal geändert.
Viele Gruesse
Eugen
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dondaik
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Re: ESP8266 mit externer WLAN-Antenne für WIFFI und Co

Beitrag von dondaik » 02.07.2016, 22:35

supi.
kommt dieses antennenkit auch in den shop ?
-------
wer schreibfehler findet darf sie behalten.

lxuser
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Re: ESP8266 mit externer WLAN-Antenne für WIFFI und Co

Beitrag von lxuser » 03.07.2016, 09:44

funkleuchtturm hat geschrieben:Fast alle Versionen haben eine gedruckte Antenne auf der Modulplatine, lediglich die Versionen ESP-02 und ESP-05 haben eine Buchse für einen externen WLAN-Antennenanschluss. Allerdings haben gerade diese Versionen nur wenige Ports und sind auch nicht so verbreitet wie zum Beispiel die "Vollversion" ESP-12 in folgendem Bild
Hallo Eugen,

dein Bild entspricht doch der unter http://www.esp8266.com/wiki/doku.php?id ... ule-family als Typ ESP-12-E/Q gelisteten Variante.
Zumindest als Alternative zum normalen ESP-12 bietet sich meiner Meinung nach auch der ESP-07 mit Buchse an.

Gruß Mario

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Re: ESP8266 mit externer WLAN-Antenne für WIFFI und Co

Beitrag von funkleuchtturm » 03.07.2016, 10:29

Hallo Mario,
Du hast Recht, auch der ESP-07 hat eine Pigtail-Buchse. Aber er ist nicht so verbreitet wie der ESP-12. Ich wollte auch nur eine nachträgliche Option für die Umrüstung bereits verbauter ESP-12 in fertigen Modulen wie Wemos, Nodemcu und Wiffi aufzeigen.

Weiterhin gibt es vom ESP-12 zwei unterschiedliche Antennenformen. Deshalb habe ich die Bauanleitung auf meiner Webseite nochmals dementsprechend überarbeitet und das Vorgehen deutlich vereinfacht :D
dondaik hat geschrieben:supi.
kommt dieses antennenkit auch in den shop ?
Das hängt vom Bedarf ab. Wenn mehrere Interessenten einen Bedarf anmelden, dann kann ich einen einfachen Antennenkit bestehend aus Kabelpeitsche und WLAN-Antenne zusammenstellen, so wie bei der Stabantenne für die Homematic. Wird dann etwa 15€ kosten.
Viele Gruesse
Eugen
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Re: ESP8266 mit externer WLAN-Antenne für WIFFI und Co

Beitrag von Daimler » 03.07.2016, 10:48

Hallo Eugen,
funkleuchtturm hat geschrieben:Das hängt vom Bedarf ab.
Klar ist Bedarf da, melde ihn an - aber nur, wenn die Bilder wieder sichtbar werden. Aber bitte mit 'gelb' und 'orange' :lol:
Gruß Günter

System - Yahx mit 2.25.xx in Produktiv- und Testsystem, 2 * HPCx Studio, 4 * L-Gateway, 2 * L-Adapter, FHZ200x, vereinzelt noch FS2x-Komponenten.
HM: Zur Zeit knapp 250 Komponenten mit ~ 650 Kanälen .

Ich übernehme für alle von mir gegebenen Hinweise, Tipps und Links keine Haftung! Das Befolgen meiner Tipps ist nur für Fachkundige gedacht und erfolgt auf eigene Gefahr!

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Re: ESP8266 mit externer WLAN-Antenne für WIFFI, Wemos und C

Beitrag von funkleuchtturm » 03.07.2016, 10:53

Daimler hat geschrieben:Klar ist Bedarf da, melde ihn an - aber nur, wenn die Bilder wieder sichtbar werden. Aber bitte mit 'gelb' und 'orange' :lol:
Ja, schon verstanden :mrgreen: :mrgreen:
Habe deshalb die Bauanleitung auch verändert. Jetzt braucht man keinen Dremel mehr sondern nur noch ein Cuttermesser , so daß die Umrüstung auch für weniger Löterfahrene möglich ist. Man muß allerdings einen Sinn für´s "Kleine" haben oder ne gute Lupe!
Viele Gruesse
Eugen
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Re: ESP8266 mit externer WLAN-Antenne für WIFFI, Wemos und C

Beitrag von dondaik » 03.07.2016, 11:04

melde bedarf ... :-)
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Re: ESP8266 mit externer WLAN-Antenne für WIFFI, Wemos ...

Beitrag von cmjay » 03.07.2016, 11:43

Wem eine externe Antenne zu gross ist, der kann auch einfach die Mäanderantenne durch eine Dipolantenne aus zwei Drahtstücken ersetzen. Die Vorgehensweise ist nahezu identisch und im verlinkten Instructable für nrf24L01 Transceiver, die als Standard bei MySensors benutzt werden, beschrieben. Die Anleitung kann 1:1 für die ESPs angewendet werden.

http://www.instructables.com/id/Enhanced-NRF24L01/

Ich habe den Antennengewinn zwar nicht vermessen können, habe aber eine deutliche Verbesserung der Reichweite und Stabilität meiner Sensoren festgestellt, indem weit entfernte Sensoren mit Kommunikationsstörungen nach dem Umbau stabil und ohne irgendwelche Aussetzer kommunizieren.
Es kann leider nicht ganz ausgeschlossen werden, dass ich mich irre.

ACHTUNG! Per Portweiterleitung aus dem Internet erreichbare CCU2-WebUI ist unsicher! AUCH MIT PASSWORTSCHUTZ! Daher: Portweiterleitung deaktivieren!

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Re: ESP8266 mit externer WLAN-Antenne für WIFFI, Wemos ...

Beitrag von funkleuchtturm » 03.07.2016, 11:53

cmjay hat geschrieben:einfach die Mäanderantenne durch eine Dipolantenne aus zwei Drahtstücken ersetzen
Natürlich bringt fast jede größere Drahtkonstruktion einen Gewinn gegenüber der kleinen serienmäßigen Leiterplattenantenne. Aber ohne hier detailliert zu kommentieren ist diese Lösung antennentechnisch nicht günstig, weil eine symmetrische Antenne an einem unsymmetrischen Antennenausgang angeschlossen wird. Die zweite rechte Dipolhäfte kann man sich fast schenken. Besser wäre einfach ein Lamda/viertel -Drähtchen anzulöten.
... aber das kennen wir ja schon von der Homematic :mrgreen:
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