Aby wybrać optymalną antenę dla noda sieci Meshtastic na 868 MHz, postanowiliśmy dokonać pomiaru emisji pola kilku anten w porównaniu do wzorcowego dipola półfalowego
BUDOWA DIPOLA
Dipol półfalowy został wykonany z kawałka drutu w emalii o średnicy 2,2 mm, jego rozpiętość to 214 mm. Symetryzatorem jest pólfalowy odcinek semi-rigida a dopasowaniem dwa odcinki kabla 1/12 fali, pierwszy o oporności 50 ohm (od strony dipola) a drugi 75 ohm. Nośnikiem jest odpowiednio docięty laminat jednostronny.
Dipol został zestrojony w okolicy 869,5 MHz z dopasowaniem SWR 1.08.
POLE POMIAROWE
Pomiarów dokonaliśmy w otwartym terenie, antena odbiornika i antena mierzona były odległe o 35 metrów, osie anten umieszczono na wysokości 2,4 metra.
Anteną odbiorczą była LPDA firmy Inco (300 do 1000 MHz) na oryginalnym stojaku, podłączona kablem TriLan 240 o długości 15 metrów i stratności 3,79 dB / 870 MHz.
Jako odbiornik użyliśmy SDR HackRF z tłumikiem zabezpieczającym 2 dB i filtrem pasmowo-przepustowym 869 MHz / -0,6 dB na wejściu. Ustawienia odbiornika: Amp ON, LNA 32 dB, VGA 24 dB.
Do badanej anteny był doprowadzany sygnał z generatora o częstotliwości 869 MHz i poziomie 0 dBm poprzez kabel TriLan 240 o długości 7 metrów i stratności 1,88 dB / 870 MHz.
Przed samą anteną umieszczony był tłumik 10 dB dla stabilizacji impedancji linii zasilającej.
Jako oprogramowanie pomiarowe zastosowaliśmy SDRangel w wersji 7.17.3, odczytując moc odbieranego prążka w kanale o szerokości 6 kHz.
Za każdym razem wykonywaliśmy sześć pomiarów, przesuwając antenę odbiorczą w obrębie prostokąta 15 x 30 cm i uśredniając odczytane wyniki.
Pierwszą serię pomiarów wykonała ekipa w składzie Damian SQ9WLK, Wojtek SQ9WGR i Mariusz SP9HSQ.
POMIARY
Do przetestowania przygotowaliśmy następujące anteny:
– TX868-BLG-40 (40 cm 5,5 dBi)
– Qoltec (110 cm 8 dBi)
– Qoltec (50 cm 5,8 dBi)
– Interline Horizon 868 Helium (86 cm 8 dBi)
– antena od routera 20 cm
– antena od routera 4 cm
Najpierw zmierzyliśmy emisję dipola pionowego półfalowego zamocowanego do masztu z włókna szklanego.
Następnie mierzoną antenę umieszczaliśmy na szczycie metalowego masztu tak, aby jej środek był dokładnie na wysokości anteny pomiarowej, czyli 2,4 metra.
Anteny z routera były zamontowane na końcu kabla, prawdopodobnie dodanie przeciwwagi w postaci poziomej płaszczyzny metalowej dałoby lepsze rezultaty pomiarów.
WYNIKI POMIARÓW
W poniższej tabeli dla każdej z anten przedstawiamy wyniki sześciu pomiarów, wartość uśrednioną oraz odniesioną do poziomu dipola wzorcowego.
Jak widać, w naszych warunkach pomiarowych antena Interline emitowała sygnał o 1,9 dB większy od dipola półfalowego. Pozostałe anteny emitowały sygnał słabszy niż dipol.
POMIAR KĄTA PROMIENIOWANA
Do pomiaru kąta promieniowania zastosowaliśmy składany maszt z włókna szklanego (skok co 60 cm) z ruchomym przegubem na szczycie, co pozwalało na pochylanie anteny odbiorczej LPDA w kierunku środka anteny badanej. Stałą odległość od anten uzyskaliśmy przez zamocowanie cienkiej dratwy o długości 6 m pomiędzy antenami. W ten sposób mogliśmy mierzyć sygnał emitowany przez badaną antenę w stałej odległości i pod kątami od -17 do + 37 stopni (powyżej 5 metrów już trudno było utrzymać maszt z anteną odbiorczą).
Zmierzono w ten sposób kąt promieniowania dipola jako odniesienie oraz anteny Qoltec 50 cm. Wyniki pomiarów przedstawia tabela.
Z pomiarów wynika, że antena Qoltec 50 cm najskuteczniej promieniuje pod kątem około 24 stopnie do góry, przewyższając sygnał dipola o 3,3 dB (5,45 dBi). Natomiast w poziome, w naszym układzie pomiarowym sygnał był słabszy o prawie 8 dB.
Nanosząc wyniki na wykres kątowy mamy poniższy obraz.
DRUGA SERIA POMIARÓW
Tym razem do zestawu mierzonych anten doszła Interline 50 cm.
Dołączył do nas również Kuba SQ9JWK.
Badana antena była umieszczana na odejściu od masztu w odległości 87 cm, czyli miej więcej w takiej pozycji, jak będzie pracowała na wieży. Mierzyliśmy również anteny w pozycji odwróconej. Każdorazowo środek anteny był na wysokości 2,4 metra. Pozostałe warunki zostały zachowane z poprzedniego pomiaru.
Najpierw zmierzyliśmy dipola a następnie wszystkie anteny w dwóch pozycjach.
Wyniki pomiarów pokazuje tabela.
W naszym układzie pomiarowym antenami skuteczniejszymi niż dipol pionowy okazały się obydwie Interline oraz odwrócona Qoltec 110 cm. Największy sygnał uzyskaliśmy od anteny Interline 86 cm w obydwu pozycjach, co świadczyłoby o najniższym kącie promieniowania.
POMIAR KĄTA PROMIENIOWANIA
Tym razem zmierzyliśmy kąt promieniowania długiej anteny Interline (86 cm) w normalnej pozycji na odejściu od masztu. Odbiornik HackRF został ustawiony na mniejsze wzmocnienie niż poprzednio (Amp OFF, LNA 26 dB, VGA 24 dB).
Oto wyniki pomiarów i wykres kątowy.
W przypadku tej anteny, w naszych warunkach pomiarowych, najsilniejszy sygnał pojawia się w okolicach minus 6 stopni i wynosi 3,3 dB ponad sygnał od dipola, czyli około 5,45 dBi. Antena posiadając ujemny kąt promieniowania, wydaje się być najlepszą do naszego zastosowania, czyli pracy na wieży o wysokości około 40 metrów w sieci Meshtastic.
Podczas montażu będzie sprawdzona opcja odwrotnego przykręcenia anteny jak również rozważone nawiercenie otworów wentylacyjnych, których antena nie posiada.
Zdajemy sobie sprawę, że powyższe pomiary są w jakiś sposób zniekształcone bliską obecnością gruntu (7 długości fali) i powinny być wykonane w wolnej przestrzeni albo w rzeczywistym środowisku pracy anteny, czego nie mieliśmy możliwości zrealizować.
POMIAR DOPASOWANIA ANTEN
Pomiaru dokonaliśmy analizatorem VIAVI JD745B na zaciskach anten umieszczonych na odejściu od masztu (wysięgnik) oraz szczycie masztu. W tabeli są podane wartości SWR dla częstotliwości pracy sieci 869,5 MHz oraz dla częstotliwości z najlepszym dopasowaniem. Zmierzono dwie takie same anteny Interline 86 cm.
Qoltek jest anteną dobrze dopasowaną, pozostałe wydają się być wrażliwe na miejsce montażu i elementy znajdujące się bezpośrednio przy uchwycie.
TZ868-BLG-40 na maszcie:
Qoltec 50 cm na maszcie:
Qoltec 50 cm na odejściu:
Qoltec 110 cm na maszcie:
Qoltec 110 cm na odejściu:
Interline 50 cm na maszcie:
Interline 50 cm na odejściu:
Interline 86 cm (A) na maszcie:
Interline 86 cm (A) na odejściu:
Interline 86 cm (B) na maszcie:
Interline 86 cm (B) na odejściu:
Antena z routera 4 cm (na gnieździe analizatora – pomiar szacunkowy):
Antena z routera 20 cm (na gnieździe analizatora – pomiar szacunkowy):
opracował: Mariusz SP9HSQ