logo elektroda
logo elektroda
X
logo elektroda
Adblock/uBlockOrigin/AdGuard mogą powodować znikanie niektórych postów z powodu nowej reguły.

Antena YAGI PCB 2,4GHz Wi-Fi do ESP-NOW

TechEkspert 07 Sie 2024 10:56 3294 28
  • Dwie anteny PCB YAGI do Wi-Fi na pasmo 2,4 GHz z widocznymi elementami konstrukcyjnymi.
    Na Aliexpress dostępne są anteny PCB YAGI Wi-Fi na pasmo 2,4GHz. Jednak nie potrzebowałem takiej anteny do typowej karty Wi-Fi. Korzystam z modułów ESP32 z antenami dookólnymi, które po ESP-NOW przekazują informacje miedzy dwoma budynkami oddalonymi o około 300m. Jeden moduł wysyła informacje, drugi informacje odbiera, jest to transmisja jednokierunkowa. Między budynkami nie ma widoczności, zasłaniają drzewa i inne budynki. Odległość 300m nie jest specjalnym osiągnięciem, gdyż można znaleźć informacje o udanych próbach z ESP-NOW na 1km przy widoczności optycznej.



    Taki prosty zestaw pozwolił na przekazywanie danych na odległość 300m:

    Dwa moduły ESP32 z podłączonymi antenami dookólnymi na tle niebieskiej powierzchni


    Jednak czasami wystarczy żelbetonowy budynek z wielkiej płyty na drodze łączności i zasięg ledwo osiąga 50m lub mniej. Miałem okazję sprawdzić dołączone anteny dookólne i widać zestrojenie na pasmo 2,4GHz:

    Widok na ekran analizatora sieci z wykresem Smitha dla sygnału o częstotliwości około 2,48GHz.


    Do czego potrzebna była mi antena PCB YAGI?

    Chciałem zastosować podobną łączność między dwoma budynkami oddalonymi o około 430m. Tym razem dookólne anteny nie zapewniły transmisji. Niestety nie wiedziałem czy problemem jest odległość, czy przeszkody terenowe. Pozostało wykonać próbę praktyczną i antena PCB trafiła do odbiornika.

    Również miałem okazję sprawdzić czy antena reaguje na częstotliwości w paśmie 2,4GHz:

    Pomiar parametrów anteny PCB w paśmie 2,4 GHz na ekranie analizatora.


    Co ciekawe antena PCB odstrajała się po położeniu na paździerzowej płycie biurka. Być może wilgoć w drewnie miała wpływ na działanie anteny?

    Złącze anteny wymagało zastosowania odpowiedniej przejściówki u.FL - SMA:

    Widok z boku anteny PCB YAGI z złączem RF


    Po zastosowaniu anteny YAGI w odbiorniku, transmisja na około 430m była możliwa!


    Wymiary anteny wynoszą około 50mmx100mm więc stawiają większe wymagania montażowe niż antena dookólna:

    Antena PCB YAGI z linią pomiarową


    Na PCB widoczne są trzy direktory, dipol i reflektor:

    Antena PCB YAGI przeznaczona na pasmo 2,4GHz.


    Po drugiej stronie jest jakaś magia ze ścieżkami dotycząca w.cz ;)
    Prośba o podpowiedź co tu się dzieje, czy jest to jakiś rodzaj dopasowania impedancji?

    Zdjęcie anteny PCB YAGI do Wi-Fi na zielonej płytce.


    Antena sprawdziła się w zapewnieniu odpowiedniego zasięgu dla transmisji, jednak nie zawsze uda się przesłać dane z wykorzystaniem ESP-NOW w paśmie 2,4GHz,
    warunki miejskie mocno utrudniają propagację w tym paśmie. Pracujące w tym paśmie liczne AP Wi-Fi również nie ułatwiają zadania.

    Czy korzystaliście z anten PCB lub z ESP-NOW, jakie zasięgi udało się osiągnąć?

    Fajne? Ranking DIY
    O autorze
    TechEkspert
    Redaktor
    Offline 
    W moich materiałach znajdziecie testy i prezentacje sprzętu elektronicznego, modułów, sprzętu pomiarowego, eksperymenty. Interesuje mnie elektronika cyfrowa, cyfrowe przetwarzanie sygnałów, transmisje cyfrowe przewodowe i bezprzewodowe, kryptografia, IT a szczególnie LAN/WAN i systemy przechowywania i przetwarzania danych.
    Specjalizuje się w: mikrokontrolery, rozwiązania it
    TechEkspert napisał 5819 postów o ocenie 4623, pomógł 15 razy. Jest z nami od 2014 roku.
  • #2 21183948
    sq3evp
    Poziom 36  
    Antena Yagi zawsze to zysk z powodu kierunkowości. Przy tej samej mocy znacznie większa moc wypromieniowana w konkrenty kierunku, także przy odbiorze zwiększony zysk.
  • #3 21184031
    ArturAVS
    Moderator
    TechEkspert napisał:
    po położeniu na paździerzowej płycie biurka.

    To raczej nie paździerzowa a meblowa, pokroju MDF, HDF czy wiórowa. Paździerzowa w meblarstwie nie ma zastosowania choćby ze względu na niezbyt równą powierzchnię (gruby wiór).
    Zaciekawiłeś mnie tą anteną, już kilka dni szukam jakiejś prostej do wykonania DIY anteny dookólnej. Jaką ta ma charakterystykę? Zapewne kierunkową?
  • #5 21184141
    sq3evp
    Poziom 36  
    ArturAVS napisał:
    Zaciekawiłeś mnie tą anteną, już kilka dni szukam jakiejś prostej do wykonania DIY anteny dookólnej. Jaką ta ma charakterystykę? Zapewne kierunkową?

    Trafiłeś - antena Yagi to antena kierunkowa co do zasady.
  • #6 21184362
    TechEkspert
    Redaktor
    Ma charakterystykę kierunkową, nadajnik miał pionowo ustawioną antenę dookólną więc w odbiorniku pionowo ustawiłem dipol, następnie direktorami w kierunku nadajnika i okazało się, że odchylenie powyżej ~30 stopni powoduje zanik sygnału.

    Z opisu aukcji nic nie wynikało, gdyż to było jakieś tłumaczenie z chińskiego w stylu: "duża moc, niski hałas, zasięg wszędzie, potężna antena, kupujcie"...

    Natomiast znalazłem informacje, że są też anteny PCB YAGI oszukane i tam jest dipol otwarty, a złącze jest tak przylutowane, że robi się zwarcie między ekranem a żyłą koncentryka.

    Szukałem też innych rodzajów niż YAGI PCB jednak ostatecznie wybrałem takie rozwiązanie. Inne to były anteny panelowe/mikropaskowe a nawet kierunkowa szerokopasmowa logarytmiczna.

    Z DIY do Wi-Fi najpopularniejsze są typu biquad.
  • #7 21184397
    sq3evp
    Poziom 36  
    TechEkspert napisał:
    Z DIY do Wi-Fi najpopularniejsze są typu biquad.

    Podobnie bardzo dobry stosunek ceny/nakładu pracy/efektów.
    Nie testowałem, zrobiłem kiedyś taką nakładkę na antenę dookólną udającą Yagi (tz. reflektor i direktory, antena robiła za element czynny) i sprawdzała się, ale była niewygodna.
  • #8 21184543
    ArturAVS
    Moderator
    TechEkspert napisał:
    Z DIY do Wi-Fi najpopularniejsze są typu biquad.

    Mój zrobiony ze śmieci warsztatowych i pomalowany jakąś końcówką farby w spray'u po 7-miu latach;

    Kot leżący na dachu warsztatu pod anteną wykonanymi własnoręcznie z resztek.


    Już mam położone nowe okablowanie i jest mi praktycznie zbędny, ale potrzebuję zamiast niego wstawić dookólną dla swojej sieci. Wystarczy że stanę kilka metrów dalej i telefon gubi sygnał. Mogę zamontować około 1,5 metra nad dachem warsztatu. Dlatego szukam jakiejś prostej konstrukcji DIY.
  • #9 21184562
    efi222
    Poziom 16  
    Jeśli gubione są pakiety ESP Now, można spróbować przestawić modemy odbiornika i nadajnika na sztywno na standard 802.11b.

    Tabela porównawcza mocy nadawczej i czułości odbiornika dla standardów 802.11 b/g/n.

    Dla Arduino IDE ESP8266:

    extern "C" {
    #include "user_interface.h"
    }

    Setup:
    wifi_set_phy_mode(PHY_MODE_11B)
  • #10 21184575
    TechEkspert
    Redaktor
    Dookólna powinna być dość prosta: https://mbharris.co.uk/articles/antenna/omni/quarter/
    Są też takie wykonane z kilku odcinków koncentryka: http://wireless.gumph.org/articles/homemadeomni.html

    Biquad dookólny: https://www.youtube.com/watch?v=4t6OliwhJ5g

    2,4GHz + 5GHz: https://www.youtube.com/watch?app=desktop&v=g1S6uh7ICaI

    Gdy pojawiło się WiFi popularne były anteny ponoć kierunkowe z puszki pringles :)

    @efi222 to ciekawa podpowiedź, dzięki!
    Jak wypada 802.11B w porównaniu z WIFI_PROTOCOL_LR ?
  • #11 21184635
    efi222
    Poziom 16  
    Z ESP32 mam małe doświadczenie, ale Espressif podaje, że w trybie LR (tylko ESP32) można osiągnąć nawet 1km zasięgu w linii prostej kosztem szybkości.
    Zysk w stosunku do 802.11b wynosi 4dB, co przekłada się na zasięg 2 do 2,5 raza większy od trybu 11b. Tyle teorii.
    Najlepiej porównać te dwa tryby w określonych warunkach.
  • #12 21184706
    austin007
    Poziom 17  
    TechEkspert napisał:
    Gdy pojawiło się WiFi popularne były anteny ponoć kierunkowe z puszki pringles

    Te z puszki Pringles są parszywe. Poza sławą w social mediach i łatwością wykonania nie mają zalet. Zrobiłem starannie, pomierzyłem i ogromnie sie rozczarowałem. Zrobiłem swoją z puszki blaszanej o przeliczonych parametrach. Potrzebowałem selektywnej, czułej anteny odbiorczej 2.4GHz. Zmiana in plus wszystkich parametrów w tym s/n ratio ogromna.
  • #14 21186603
    khoam
    Poziom 42  
    efi222 napisał:
    Z ESP32 mam małe doświadczenie, ale Espressif podaje, że w trybie LR (tylko ESP32) można osiągnąć nawet 1km zasięgu w linii prostej kosztem szybkości.

    Niestety tryb 802.11 LR nie jest obsługiwany w ESP-NOW.
  • #15 21186615
    austin007
    Poziom 17  
    sq3evp napisał:
    Pringles by działały gdyby były metalowe jak prawdziwa puszka.

    Nie w tym problem. Nawet nie rozważałem niemetalowych opakowań Prngelsów. Na takim forum robienie anten z tych kartonowych niemetalizowanych czy niemetalowych powinno wzbudzać jedynie litość. Tuby mają niewłaściwe wymiary dla 2.4GHz. Średnica na przykład jest za mała - powinna być 82,7mm fi wew. Zadziała ale bardzo nieoptymalnie. Jak pisałem - wykonana starannie zgodnie ze sztuką jest godna polecenia.
  • #19 21187419
    khoam
    Poziom 42  
    efi222 napisał:
    Wracając jeszcze do trybów 802.11 pracy ESP. Nie mogę znaleźć jaki jest tryb domyślny np. Przy uruchomieniu ESP jako soft AP. Może ktoś doczytał?

    W oficjalnej dokumentacji Espressif chyba tej informacji nie znajdziesz. Natomiast nic nie stoi na przeszkodzie, aby to sprawdzić. W wypadku ESP8266 można użyć do tego celu funkcji wifi_station_get_ap_info(), a dla ESP32 esp_wifi_sta_get_ap_info().

    Kiedyś na forum Espressif wyczytałem, że AP w przypadku ESP32 najpierw próbuje zestawiać (negocjować) połączenia w trybie 802.11n, a jak się nie uda to wtedy 802.11bg. W praktyce, "u mnie" tak się dzieje. Jak jest w ESP8266 nie sprawdzałem.
  • #20 21190289
    ledo99
    Poziom 26  
    ArturAVS napisał:
    To raczej nie paździerzowa a meblowa, pokroju MDF, HDF czy wiórowa. Paździerzowa w meblarstwie nie ma zastosowania choćby ze względu na niezbyt równą powierzchnię (gruby wiór).



    Płyty HDF czy MDF to płyty paździerzowe właśnie... a płyty wiórowe to płyty MFP (najczęściej wykorzystywane w meblarstwie), gruby wiór to mają płyty OSB które od niedawna są wykorzystywane jak płyty meblowe (co kto lubi w dobie mebli z palet).

    PS wiem że OT

    PS2 teraz nie OT - ja również jestem za biquadami - z FR4 raczej kiepski substrat w paśmie 2.4GHz.
  • #21 21190458
    sq3evp
    Poziom 36  
    ledo99 napisał:
    PS2 teraz nie OT - ja również jestem za biquadami - z FR4 raczej kiepski substrat w paśmie 2.4GHz.

    Właśnie to mnie jakoś odstraszało do takich prób - FR4 ma kiepskie parametry dla w.cz. - ideałem byłby teflon, ale chyba nie ma PCB na teflonie.
  • #22 21190460
    ArturAVS
    Moderator
  • #23 21190469
    sq3evp
    Poziom 36  
    ArturAVS napisał:

    No popatrz - i ma dobre parametry dla w.cz. dzięki za podpowiedź.
    Jeden koleś na YT robi drukowane yagi i do prototypów uzywa płyty chyba własnie teflonowej i nakleja na nią paski miedzi, tak jak folia spożywcza Al tylko stosuje do tego paski Cu.
  • #25 21190497
    sq3evp
    Poziom 36  
    Nie zmienia to faktu, że FR4 nie nadaję się do w.cz.
    Pytanie co będzie po pracy przez jakiś czas? W technice w.cz. teflon daje możliwość w miarę stałych parametrów.
  • #27 21191994
    khoam
    Poziom 42  
    efi222 napisał:
    Czyli jak dobrze rozumiem, przy takich antenach, można się spodziewać degradacji parametrów po jakimś czasie?

    Po "jakimś" to na pewno ;) Jeśli PCB jest wyprodukowane z wysokiej jakości materiałów, antena może zachować swoje właściwości przez wiele lat. Na pewno zbyt wysoka temperatura czy wilgotność ma wpływ na zmianę impedancji takiej antenki, w efekcie następuje pogorszenie jej parametrów falowych.
  • #28 21199071
    max257
    Poziom 10  
    Też kupiłem takie same anteny, mam podobne potrzeby, może trochę mniejszy dystans, około 100 m.
    Szczegóły i wyniki pomiarów całego układu-linku WiFi podam w odrębnym poście.

    Zamieszczam trochę pomiarów, oczywiście z zyskiem to sprzedawca trochę przesadził - przeczytaj to Link
    Zysk anten PCB w stosunku do ground-plane 1/4λ wyniósł 7 dB, w stosunku do dipola(antena wzorcowa) 1.2λ wyniósł 8.1 dB, SWR patrz screenshot - trochę torii Link.
    SWR-y anten PCB szału nie ma 12-13 dB. Anteny wzorcowe dipol i ground-plane na 2450 MHz SWR minimum 20 dB, dipol wzorcowy 26.7dB - patrz screenshot.
    Tłumienie przód-tył około 14 dB - ze względu na odbicia interferencje trudno było to dokładnie zmierzyć.
    Na uwagę zasługuje fakt że antena pracuje w miarę równo w całym zakresie częstotliwości 2400 do 2500Mhz
    Poziom sygnału do testów 0 dBm, dystans testowy pomiędzy antenami 7 m.
    Testowana antena według mnie ma wadę, dość mocno zbiera z boku, do tego przyczynił się poprzecznie umieszczony dipol.
    W laptopie były dwie anteny i te PCB również zastosowałem również dwie, z jedną układ źle pracował.
    Jednak musiały być w odległości od siebie minimum 40 cm, ponieważ zakłócały transmisję będąc blisko siebie (poziomy dipol).
    Antena pracuje dość stabilnie w temperaturze, jest stabilna mechanicznie.
    Odkształcenia mechaniczne znacząco nie wpływają na SWR i pasmo przepuszczania.
    Jak większość anten, a zwłaszcza na mikrofalach, nasza jest wrażliwa na najbliższe otoczenie, przedmioty metalowe, drewniane.
    Położenie jej na stole, na dłoni itp. może przesunąć punkt pracy (CF i SWR) o kilkadziesiąt MHz.
    Takie zabiegi mogą doprowadzić również do stanu, kiedy antena przestanie definitywnie pracować!
    Im mniej wszystkiego dookoła, a zwłaszcza z przodu, tym lepiej.
    Kiedy kupię dokładny cyfrowy kątomierz, to pomierzę kąty promieniowania i wykreślę charakterystykę anteny.
    Tak czy inaczej antena jest kierunkowa, a minimalne odchyłki na kierunku powodowały znaczne spadki dB.
    Aby zapewnić jej poprawne warunki pracy, należy umieścić ją w wolnej przestrzeni, np w uchwycie na stojaku.
    Ta antena jest przeznaczona do pracy wewnątrz budynków, po zamontowaniu anteny np. w kubku po jogurcie będzie można ją stosować zewnętrznie.
    Robiłem już próby i po takiej modernizacji z deklem z plastiku, pianki, parametry zmieniły się nieznacznie - przykładowe zastosowanie Link.

    W przyszłości spróbuję jeszcze trochę zmodernizować antenę i umieścić ją w odpowiednim falowodzie.
    Takie rozwiązanie uodporni antenę na czynniki zewnętrzne, znane sa takie rozwiązania -patrz tutaj - Link
  • #29 21199491
    sq3evp
    Poziom 36  
    Anteny to od lewej patrząc:
    - yagi - kierunkowa
    - dipol - zależy jak użyjesz - w płaszczyźnie dipola dwukierunkowa (polaryzacja pozioma), w prostopadłym jest dokólna (polaryzacja pionowa)
    - 1/4 fali czy jak wyżej zależy jak ją użyjesz.

    Takie anteny mają polaryzację i nie promieniują kuliście w każdym kierunku.
REKLAMA