Externe Antenne am Raspberry mit neuem Funkmodul RPI-RF-MOD

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Externe Antenne am Raspberry mit neuem Funkmodul  RPI-RF-MOD
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Original haben die Homematic Aufsteckmodule RPI-RF-MOD nur ein Stückchen Draht als einfache sog Lambda-Viertel-Antenne.  Für funkmäßig günstige Wohnverhältnisse reicht das meistens aus. Aber immer häufiger hat man Wohnungen und Häuser mit viel Beton oder oder Fertighäuser mit eingebauten Dampfsperren aus Alufolie etc. wo die Funkverhältnisse u.U. sehr ungünstig sind . In diesen Fällen kann eine bessere Antennentechnik sehr viele Vorteile bringen bzw. vorhandene Probleme beseitigen. Weniger Fehlermeldungen und  meist deutlich stabilere und robustere Funkverbindungen zwischen den HM-Sensoren/Aktoren und der CCU oder dem Repeater sind Beweise für eine spürbare Verbesserung.

In früheren Threads wurden bereits die Vorteile von verschiedenen Antennenformen ausführlich  erläutert und diskutiert.

> Die 4-Radials Groundplane ist funkmäßig sehr gut (+++), erfordert aber einiges Bastelgeschick und läßt sich wegen der Abmessungen nicht ganz einfach im Raum platzieren.
im HM-Forum : Groundplane Antenne

Die 2-Radials Flachantenne ist funkmäßig gut (++),  ist aber einfacher zu bauen und im Raum ideal hinter Schränken etc. zu platzieren
und im HM-Forum: Flachantenne

Und  mit der Stabantenne kommt noch eine weitere Alternative dazu, die auch optisch ansprechend integriert werden kann:

> Die Stabantenne ist funkmäßig gut(++) , ist bereits fertig und kann entweder direkt am Gehäuse oder abgesetzt im Raum platziert werden

Die Stabantenne  ist  funktechnisch vielleicht nicht ganz so gut wie die vorgenannten Antennenformen, passt  aber optisch besser in die Verhältnisse in Wohnräumen etc.  Gegenüber dem eingebauten Drahtstummel als Antenne hat diese Stabantenne in jedem Fall deutliche funktechnische Vorteile  und ist deshalb nicht nur für die CCU2 oder hier dem Raspi mit Funkmodul sondern auch auch für beliebige drahtlose Sensoren und Aktoren an funktechnisch ungünstigen Einbauorten die erste Wahl.

Was ist das für eine Stabantenne?

Die verwendete Stabantenne sieht zwar ähnlich aus wie die typischen WLAN-Antennenstummel, die hier verwendete Antenne ist aber speziell für die Homematic-Frequenz von 868Mhz ausgelegt; sie ist auch deutlich länger als die normalen WLAN-Stabantennen. Die Antenne hat einen sog. RP-SMA-Male Anschluss mit einem Gelenk, damit man die Stabantenne flexibel verstellen und dadurch ggf. die Abstrahlung bzw. Empfangscharakteristik optimieren kann. Aufgeschraubt wird die Antenne auf eine RP-SMA-Female Einbaubuchse, welche im Gehäuse über eine Stück hochfexibles und verlustarmes Koaxkabel mit dem Sende/Empfangsmodul oder anderen HM-Modulen kontaktiert wird.

Alle notwendigen Teile kann man im Webshop als Komplettbausatz erwerben.  Je nach den individuellen Funkverhältnissen ist auch noch ein koaxiales Verlängerungskabel zu empfehlen, um die Antenne ggf. bis zu 3m abgesetzt vom HM-Modul platzieren zu können. Dieses 3m lange Verlängerungskabel kann optional mit der Antenne erworben werden. Das folgende Bild zeigt die Stabantenne mit dem Verlängerungskabel  an einem einfachen Wandhalter aus dem Baumarkt:

stabantenne_11

Modifikation des ELV Gehäuses RP-Case

In die Unterschale des Gehäuses wird der Raspberry ganz normal nach ELV-Anleitung montiert. Für die Anbringung der Antennenbuchse  für die externe Antenne muß in die Unterschale eine geeignete 7mm-Bohrung eingebracht werden. Die folgenden Bilder zeigen die einfache Modifikation:

Die Oberschale bekommt für die Antennenbuchse einen entsprechenden Schlitz. Dazu wird ebenfalls eine 7mm-Bohrung angebracht::

… und mit einem Seitenschneider eine schlitzförmige Aussparung erzeugt.

So wird die Antenne am RPI-RF-MOD angeschlossen

Für die Herstellung eines Antennenanschlusses ist schon etwas Löterfahrung notwendig, weil das relativ dünne Koaxkabel an die entsprechenden Anschlüsse im HM-Modul angelötet werden muß. Die folgenden Bilder erläutern das Vorgehen:

Den Antennen-Drahtstummel am Funkmodul ablöten und die Lötstelle für den neuen Anschluß vorbereiten. Die beiden Lötanschlüsse links und rechts sind die Massepunkte, an die die Abschirmung des Koaxkabels zum Antennenanschluss angeschlossen wird. Eine dieser beiden Massepunkte (in diesem Fall der linke)  wird dazu gut verzinnt. An den mittleren Lötpunkt, da wo vorher der Drahtstummel war, wird der Innenleiter des Koaxkabels angelötet.

Jetzt die Kabelpeitsche mit der Antennenbuchse auf eine Länge von etwa 15cm einkürzen:

P1000528

Das Kabelende vorsichtig abisolieren und Mantel und Innenleiter y-förmig spreizen und verzinnen. Beim Abisolieren den Innenleiter auf keinen Fall stark ziehen, sonst zieht der Innenleiter den Innenpin der Antennenbuchse zurück.

peitsche_ende

An die RPI-RF-MOD Funk-Modulplatine die vorbereitete Kabelpeitsche entsprechend dem folgenden Bild anlöten. Die Abschirmung des Koaxkabels kommt an den Massepunkt (links im Bild) und der Innenleiter an den Antennenanschluß des Funkmoduls.

 

Wichtig:
Abschließend  unbedingt mit dem Durchgangsprüfer oder Ohmmeter prüfen, …

daß Innenleiter und Abschirmung des Koaxkabeld keine Verbindung (Kurzschluss) haben und

daß der Mittelpin in der SMA-Buchse einwandfreien Durchgang mit dem Antennen-Lötpunkt am Sendemodul hat

Nun den oberen Gehäusedeckel aufstecken, die Stabantenne aufschrauben und fertig!

Meist ist eine räumlich getrennte Anbringung der Antenne von Vorteil, weil die Antenne dann außerhalb des Störnebels der Raspi-Platine ist und weil man die Antenne so funktechnisch vorteilhafter platzieren kann. Mit dem optionalen 3m-Verlängerungskabel kann man die entfernte Platzierung der Antenne einfach durchführen. Was man als Hintergrundinformatioin über externe Antennen für die Hausautomation sonst noch wissen sollte, kann man hier erfahren.

Vergleich vorher/nachher

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 (Freifeld) messen und beantworten. Aber „ideal“ nützt dem Einzelnen gar nichts , weil man die Frage  nur in bezug auf sein individuelles  HM-Umfeld  beantworten kann. Deshalb sollte man vor dem Umbau die Sende- Empfangs-Feldstärken der einzelnen HM-Module messen und dann nach dem Umbau die Messung zum Vergleich wiederholen. Als Meßwerkzeug kann man dafür auf der CCU die Systemerweiterung „devconfig“ installieren. Damit kann man die Sende- und Empfangsfeldstärken der einzelnen Funkmodule abfragen. Mehr dazu im Homematic-Forum: Stichworte rssi und devconfig.

Wichtig ist bei der Messung mit „devconfig“ , daß man dazu die entsprechenden HM-Module betätigt oder abfragt, damit die ermittelten  Werte mit der neuen Antenne aktuell sind. Und auch wichtig, daß möglichst der Mittelwert von mehreren HM-Modulen vorher und nachher verglichen wird. Einzelne Messungen bringen wenig, weil die Signale stark streuen.

Tipps für die Fehlersuche

Normalerweise ist der Anschluss der Antenne völlig problemlos und in wenigen Minuten erledigt. Wenn dennoch Probleme bleiben, dann können die nachfolgend aufgelisteten Lösungsvorschläge möglicherweise helfen:

  • Die Kabelpeitsche mit der SMA-Buchse muß an die entsprechenden Lötpunkte am Sendemodul angelötet werden. Beim Abisolieren kann durch zu heftiges Ziehen am Innenleiter der Innenstift der SMA-Buchse zurückgezogen werden. Deshalb beim Abisolieren den Innenleiter immer festhalten!
  • Nach dem Anlöten mit einem Ohmmeter prüfen, ob die Verbindung zwischen dem Innenstift der SMA-Buchse und dem Innenleiter-Lötpunkt am HM-Sendemodul vorhanden ist.
  • Mit dem Ohmmeter prüfen, ob der Aussenleiter (Abschirmung)  zwischen dem Gehäuse der SMA-Buchse und dem Abschirmungsanschluss am HM-Sendemodul auch  gute Verbindung hat
  • Mit dem Ohmmeter prüfen,  daß Innenleiter und Aussenleiter keinen Kurzschluss haben.
  • Bei Feldstärkemessungen mit devconfig ist zu berücksichtigen, daß die Zahlen negativ sind. Je kleiner die negativen Zahlen sind, umso besser! Weiterhin sind die angezeigten Werte vom letzten Datenverkehr und der kann u.U. sehr alt sein! Deshalb die für die Messung verwendeten Aktoren unbedingt manuell oder per Programm vor der Messung betätigen.
  • Feldstärkemessungen müssen mit mehreren Aktoren erfolgen und ein Mittelwert gebildet werden, weil die „chaotischen“ Wellenausbreitungen und Interferenzen im Haus an manchen Stellen zu Feldstärkeverberbesserungen aber auch zu Felstärkeminderungen führen können.
  • Der richtige Standort der Antenne ist von zentraler Bedeutung für gute Funkverbindungen im Haus. Leider kann kein Rezept dafür gegeben werden, weil im Haus eben durch Betondecken, Wände und aluminisierte Dampfsperren etc. eine völlig „chaotische“ Wellenausbreitung erfolgt. Antennen mit hoher Richtwirkung bzw. Gewinn sind deshalb im Haus völlig kontraproduktiv! Also Probieren und mit Verstand und Glück den richtigen Sendestandort finden.

Viel Erfolg bei der praktischen Umsetzung !

Interessenten können den Komplettbausatz für die Stabantenne in meinem Webshop erwerben.

Haftungs- und Sicherheitshinweise

Nur HM-Module mit Spannungsversorgung aus Batterie oder galvanisch getrennten externen Netzteilen umrüsten. Keinesfalls HM-Module mit internem/integriertem Netzteil  oder 230V Netzspannung modifizieren, da über den  Antennenstecker gefährliche Berührungsspannungen entstehen können.

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!! Durch eine unsachgemäße Installation gefährden Sie ihr Leben und das Leben ihrer Mitmenschen! Darüberhinaus riskieren Sie erhebliche Sachschäden , welche durch Brand etc. hervorgerufen werden können ! Für alle Personen- und Sachschäden durch falsche Installation etc. ist nicht der Hersteller sondern nur der Betreiber verantwortlich. Ich verweise hier unbedingt auf  die  „Sicherheitshinweise und Haftungsausschluss„-Seite dieses Blogs.