Ich habe mich ja schon länger mit Meshnetzwerken beschäftigt. Seit über einem Jahr hatte ich einen Solarknoten für Meshtastic auf dem Dach (mittlerweile bin ich aber auf MeshCore migriert mit allen Geräten). Was mich jedoch die ganze Zeit über wirklich genervt hat, war, dass ich keine Möglichkeiten hatte als Normalsterblicher mal zu überprüfen, ob die Antennen die ich für das Meshnetz einsetze überhaupt funktionieren.
VNA
Stellt sich raus, dafür braucht man einen Vector Network Analyzer bzw. ein SWR Meter bzw. ein Stehwellenmeßgerät.
Wenn man so ein Teil hat, kann man die Parameter die ausschlaggebend sind für das Aussenden und den Empfang von Radiowellen, selber überprüfen. Das ist kein Mal-eben-so-Prozess, aber es geht. Wenn man nicht zufällig zuviel geld rumliegen hat, dann landet man bei einem Low-Budget-Meßgerät und nicht bei dem „Porsche“ ZVA 40 von Rohde&Schwarz.
NanoVNA-H
Ich hab mir also den NanoVNA-H zugelegt. Das „H“ steht für die Screengröße, es gibt auch den „H4“, der hat einen 4 Zoll Screen. Meiner ist nicht größer als eine Zigarettenschachtel. Das ist ein kleines Gerät mit zwei Standardanschlüssen für sogenannte SMA-Schraub-Stecker-Verbindungen.
Bevor man mit dem Ding irgendwas sinnvolles tun kann, muss man es kalibrieren, dann erstmal rausfinden was die ganzen Menüs alles sind… rausfinden, was man davon alles ignorieren kann, weil man es gar nicht benötigt und dann braucht man eine Antenne zum messen.
Ich hab sehr suchen müssen, bis ich was vernünftiges fand, was mir den NanoVNA in der Benutzung nachvollziehbar erklären konnte. Gefunden habe ich bislang zwei Webseiten die etwas Hilfe hatten für mich als Laien. Die Webseite bzw. das github Repository für die Firmware meines Gerätes war da leider nicht sonderlich hilfreich. Die hatte aber hilfreiche Software, um mit Python Screenshots von dem Gerät zu holen.
Die zwei Webseiten die ich fand waren:
Anwendungskurs Netzwerkanalisator (NanoVNA)
In einer Seite werden verschiedene Aspekte des NanoVNA der mini Vektor Netzwerkanalysator in einem Anwendungskurs in 11 Teilen vorgestellt.
URL: https://www.darc.de/der-club/distrikte/n/ortsverbaende/01/technik/nanovna/
NanoVNA Praxisguide für echte Messungen
Zitat von der Webseite:
Wenn du dir einen NanoVNA gekauft hast, um „mal eben SWR zu checken“, bist du schon auf dem richtigen Weg – aber ein NanoVNA kann deutlich mehr als nur eine einzelne SWR-Zahl anzeigen.
Ja, ist aber auch nicht so einfach die einzelne SWR-Zahl auf den Screen zu bekommen. Und die ist ausschlaggebend!
URL: https://nexttechworld.com/de/amateurfunk/nanovna-praxisguide/
Des weiteren habe ich dann später nochmal intensiver nach PDF-Dokumenten das Web durchsucht und bin dabei auf folgende Exemplare gestoßen:
NANO NANOVNA V2 USER MANUAL (NanoVNA_V2_UserManual.pdf) und THE MISSING MANUAL by BILL RUGGIRELLO (TheMissingManualForThe_NanoVNA_V2Plus4.pdf) und Der NanoVNA (Nano_H_Deutsch_2020.pdf).
Messen, gar nicht so einfach!
Was ist OPEN, was ist SHORT, was ist LOAD? Ich musste erstmal neues Vokabular lernen. Spoiler: Das bezeichnet die abgebildeten Steckeraufsätze, die man auf den Meßanschluss schrauben muss, um einen Kurzschluss, ein offenes Ende und einen Widerstand mit 50 Ohm zu messen. Und genau das muss man zuerst messen, um das Gerät zu kalibrieren. Ohne kalibrierung geht nichts!
Hier mal ein Screen, der den SWR-Wert misst für die bei meinem LilyGo-T-Echo mitgelieferte Stummelantenne. Spoiler, für die 868MHz (für die die Antenne angeblich ausgelegt ist) ist der Wert (Siehe Meßpunkt M1) relativ schlecht. Hingegen ist die Antenne offenbar für 760Mhz viel besser geeignet (siehe Meßpunkt M2) oder aber für 1GHz (siehe Meßpunkt M3).
Hier sieht man wie ich das ganze Zeug auf dem Tisch liegen habe. So hab ich die Antenne aber nicht gemessen. Ich habe die Antenne senkrecht hochgehalten und ausschließlich an den isolierten Bereichen des Koaxialkabels gehalten, um nicht mit der Schirmung (blanke/messingfarbene Metallflächen der SMA-Konnektoren) in Berührung zu kommen, denn das verfälscht das Meßergebnis sehr.
Messen, messen, messen, … Stummel Antenne
Hier sieht man mal verschiedene Screens, die ich beim Messen konfiguriert habe.
- SWR: Zeigt den Verlauf der Meßwerte um den Wert 868MHz mit einer Spannweite von 500MHz an. Der Marker M1 markiert die Frequenz 868MHz, da sollte der SWR-Wert im idealen Falle am geringsten sein. Wie man sieht ist er das nicht.
- LOGMAG: Das LOGMAG Diagramm mit einer dB Achse
- Smith: Ein Smith Diagramm. Ich hab ehrlich gesagt keine Ahnung was das anzeigt.
- Resistance: Das Diagramm für Resistance. Es zeigt Wiederstand in Abhängigkeit von der Frequenz an… hmmmm… bloss was bedeutet das?
- Alle Diagramme gleichzeitig.
- Mit dem DISPLAY Menü bestimmt man, welche Kurven gezeigt werden sollen (4 Farben)
- Pro Kurve (aka TRACE) legt man das FORMAT (was man messen will) fest und die SCALE. Es hilft bei der SCALE einfach mal AUTOSCALE zu tippen.
- Für das FORMAT wählt man SWR, um den wesentlichen Wert für die Antenne zu bestimmen.
- Um überhaupt einen Frequenzbereich festzulegen der einen interessiert, ruft man das STIMULUS Menü auf
- Im STIMULUS Menü kann man die Frequenz wählen, die CENTER sein soll (die also im Fokus der Untersuchung steht)
- Man tippt dort 8, 6, 8 und dann M, um 868 MHz festzulegen
- Das letzte Diagramm zeigt, wie man mit den Markern M1-M3 verschiedene Stellen der Kurve im Blick behalten kann, und dafür dann di Werte oben eingeblendet bekommt.
Fazit, die Stummel-Antenne, die eigentlich für 868MHz funktionieren soll, funktioniert besser im Bereich 1GHz oder im Bereich 763MHz, ist somit eher billiger China-Schrott, als eine gute Antenne. Mal gut, dass wir das mal ausmessen konnten.
Sleeve Antenne (Selbstbau)
Dieses hier ist dann schon die fortgeschrittene Version meiner Meßversuche. Ich messe meine selbstgebaute Sleeve-Antenne ein. Die ist auf keinen Fall perfekt, aber sie ist deutlich besser. Danke an der Stelle an Elektra! Denn ohne sie wüßte ich gar nicht von der Möglichkeit einer Sleeve Antenne.
Das Bild zeigt die noch nicht richtig fixierte (Die Abschirmung kann sich noch verschieben) Antenne. Mit Hilfe des NanoVNA habe ich diese Antenne nun soweit verändert, bis ich richtig gute Werte hatte für die SWR-Messung.
Vergleich: Stummel vs. Sleeve
Un hier sieht man den gravierenden Unterschied. Ich habe einmal die Messungen beider Antennen gegenübergestellt. Die selbstgebaute Antenne schlägt das China-Produkt im Handumdrehen aus dem Feld. Und das ist noch die schlecht gebaute Sleeve Antenne. Ich werde eine weitere bauen und dann erneut messen.
Der „Pro“-Meßstand!?
Damit ich die Antennen in absolut vergleichbaren Positionen halten konnte, habe ich mir meine Halteklammern von meinem Werkstatt-Tisch geholt. Das funktioniert tatsächlich richtig gut. Da die Halteklammern selbst mit Silikon überzogen sind, sind sie somit auch gut isoliert. Eventuelle Effekte wegen des Metalls vom Arm der Klammer wirken sich auf alle Antennen im Prüfstand aus, somit kann ich das mal vernachlässigen denke ich.
Mit dem Zwischenergebnis bin ich ganz zufrieden.
Why do I blog this? Ich habe nicht wirklich einfach Infos zu dem NanoVNA finden können, die einem systematisch das Vorgehen zeigen. Hier möchte ich die gefunden Dokumente und Anleitungen für mich selbst archivieren und auch meine Erfahrungen dazu gerne teilen. So ein NanoVNA ist sehr hilfreich die Funktionalität einer Antenne zu beurteilen. Ich habe mittlerweile auch eine andere Antenne, die mit meinem Meshcore Solar-Node mit kam vermessen und die hat Werte mit einer „1“ vor dem Komma für den SWR. Das ist also kein Schrott und ich kann es jetzt selbst beurteilen.