Sensor - Reichweite erhöhen mit Richtantennen (Ecowitt)

[Mosi]

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!

GW1100_SMA_innen.jpg (160.25 KiB) 750 mal betrachtet

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250m Entfernung:

GW1100_Yagi_A.jpg (265.01 KiB) 750 mal betrachtet

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

[olicat]

Hi!

Danke fuer den Bericht.

Zu Deinem Punkt 3:
Die 30m gelten fuer WLAN. Die RF-Reichweite wird vom Hersteller mit 100m angegeben (was Du weiter oben ja auch bestaetigst).
Die Verstaerkung via Yagi im 868MHz-Bereich sollte doch fuer WLAN bei 2.4GHz keinen Einfluss haben, oder?
Meinst Du wirklich, dass ausserhalb der Funkstrecke (also hinter der Antenne) nur noch wenige Meter Reichweite bestehen?

Und - ich bin antennentechnisch eher Anwender - braucht die nur Luft und Liebe oder zieht die jetzt auch Strom ueber das GW1100?

BTW:
Anbei ein Foto eines WH31 von innen. Die Wendelantenne ragt nach oben.

Oliver

[Mosi]

Hallo!

Danke für den Hinweis wegen 30m-WLAN, habe ich wohl überlesen...
Auf das WLAN selbst sollte das alles keinen Einfluss haben, es sei denn, man zielt mit einer sendenden Antenne direkt auf einen schlechten, also nicht störfesten WLan Router. selbst dann, dürfte nichts passieren, denn die meiste Zeit passiert auf dem 868MHz Netz nichts. Und WLAN ist schon mit ausgeklügelten Fehlerkorrekturen versehen. Obendrein wird eine Antenne an der Konsole viel mehr empfangen, als aktiv zu senden. Also Störungen=0
Wieviel Reichweite tatsächlich neben, bzw. hinter der Hauptstrahlrichtung am Ende übrig bleibt, muss man ausprobieren. Fakt ist, dass es bei stark richtenden Antennen auch jede Menge tote Winkel gibt, die sich wieder mit besseren "Keulen" (so nennt man das in der Tat) abwechseln.
Hier eine 8dB Antenne

Diagramm.gif (10.88 KiB) 743 mal betrachtet

Eine 20dB Antenne (halte ich übrigens für geschönt)hat ungefähr eine 10fache Reichweite, demzufolge rückwärts nur noch ein zehntel, also 10m oder weniger... Aber alles Theorie. Einstellig ist von mir sicher übertrieben, wenn ich genau nachdenke... Aber besser so als Beschwerden: "Aber Mosi hat doch gesagt..."
Auf das Sendemodul und die Leistung desselben hat die Antenne praktisch keinen Einfluss. Das ist wie eine Taschenlampe: Ohne Spiegel schlecht, mit gutem Spiegel viel heller, aber nur in einer Richtung. Die Glühbirne selbst zieht immer den gleichen Strom. Der Sender eben auch (stimmt nicht ganz, aber für unsere Zwecke ausreichend...)
Gruß, Mosi

[Mosi]

Achso,
dann habe ich ja den Test mit der Polarisation einigemassen richtig gemacht. Danke für das Foto!

[Patrick]

Als Amateurfunker kann ich dir noch einen kleinen Tipp geben:
im GW1100 selbst solltest du den ungeschirmten Teil des Kabels so kurz wie möglich halten. Wenn möglich die Masse gleich neben dem Antennenanschluss anlöten...

[EAE]

Gilt das tatsächlich schon für 868 MHz?, also das kurze und eng beieinander liegende Löten, wieder was dazu gelernt.

Schönes Projekt. Was ich sehr gut nachvollziehen kann, dieses fissilige Löten, ich bin Brillenträger. Seitdem ich auf die Sehprotese angewiesen bin, endet es meistens bei mir mit einer Ansammlung International anerkannter Schimpfworte, trotz Lötlupe von Eschenbach.

Offtopic:

Das Alter,......das Alter..........tja....

C.

[dc3yc]

Ach und noch ein Hinweis: die geänderte Antenne bitte nur am Empfänger anschließen! Rein rechtlich erlischt beim Sender die Zulassung, wenn man daran was ändert. Wobei es bei manchen Empfängern auch problematisch ist, eine andere Antenne zu verwenden: die funktionieren dann gar nicht mehr. Das ist dann der Fall, wenn der Empfänger ein sog. Pendelaudion ist (wie in vielen billigen Wetterstationen verwendet).

[Patrick]

Gilt das tatsächlich schon für 868 MHz?, also das kurze und eng beieinander liegende Löten, wieder was dazu gelernt.

Bei einer Wellenlänge von knapp 35cm könnte jeder ungeschirmte cm zu unerwünschten Effekten führen und sollte daher, wenn möglich, vermieden werden

[Ton_vanN]

Leider Enttäuschung zu erwarten, denn LoraWAN benutzt in Europa zwar 868MHz, aber umgekehrt ist LoraWAN eine Art von 868MHz-Anwendung die für die meisten Wetterstationen nicht benutzbar ist.
Jeder Satz von Wetterstation und Wettersensor hat auf 433MHz oder 868MHz sein 'eigenartiges' Datenprotokoll und Repeater sollen damit Protokoll-kompatibel sein, sonst fliessen keine Daten.

[dc3yc]

Ein Solar Batt. Lorawan Repeater wär cool .Ziel Reichweite Wetterstation-Gateway (500 meter).

Wenn es mit LoRa nicht über die 600m geht, machst du was falsch. Da braucht man keinen Repeater!