Parabol som mottagnings antenn - projekt 4G

Vilken frekvens?

Jag är helt ointresserad av att registrera mig på ett CB forum.

Det finns parabolhuvuden för olika mobilfrekvenser att köpa i Tyskland vilket det finns trådar om i forumet.  Det är för övrigt rätt meningslöst att använda TV paraboler för lägre mobilfrekvenser än 1800 eftersom parabolens yta blir för liten i förhållande till våglängden. Och när paraboler används är det av praktiska skäl ofta bättre med gridparaboler än med plåtskålar.

Här finns billiga parabolhuvuden för 1800 och 2600 med glada prestandalöften.

http://www.brennpunkt-srl.de

Biquads är populärasom drivelement till paraboler för t ex 2,4 GHz WLAN. På låga frekvenser är kantlängden på biquaden för stor för satellittv-parabolens mycket begränsade fokus.

Riktantennen använder avstämda element som reflektorer. Drygt halva våglängden räcker. Sedan är förmodligen vågledarantenner som cantennas bättre än biquads för matning av parabol. Det gäller att få ett exakt fokalplan och cantennan kan de lite mer gain i matningen än biquadantennen.

Jag hajar ingenting. Du har ännu inte sagt vilken frekvens du ska använda parabolen på.
Ska du mata parabolen med en allbandsantenn? Logperiodisk?
Var är det det inte blir några problem om du räknar på våglängden?? Vilken är "den" som tillverkaren har en spec på?

Jag ska designa flygplan. Lyfter flygplan lättare med vingar? Konstig, det har ingen berättat... är väl ungefär samma nivå vad gäller designkunnandet.

Bjuder på en enkel tumregel för hur högt gain en parabol-antenn kan ge;
Det räcker med att veta tallrikens diameter räknat i antal våglängder.
Börjar med lite orientering om apertur-arean, för den måste man ha lite förståelse för, för att kunna förstå själva formeln.

Apertur-arean är den area i luften som beskriver hur mycket av infallande plan våg som kan tas emot. Större area är bättre.
Ju högre gain på en Yagi-antenn, ju större är arean. Arean har inte något att göra med antennens fysiska storlek annat än att Yagi med högt gain vanligtvis är lång. Stor appertur-area sammanfaller oftast med smal öppningsvinkel på huvudloben.
Man kan beräkna en Yagi-antenns aperturarea genom formeln A=Gl2/4pi där G är gainet över isotrop antenn, l är våglängden. Vi vet i detta fallet att en Yagi med 11dBi gain ska jämföras mot en parabolantenn.
Hur stor måste paraboltallriken vara för att ha minst samma gain? Det beror i hög grad på hur väl man lyckas med designen eftersom vi jämför en hembyggd parabol mot en köpe-antenn. Utöver att inte slarva med måtten så är bland det svåraste  att avväga vilken typ av matning man ska ha till parabolen,. För bästa effektivitet ska mataren, om vi tänker oss den som en ljuskälla, ha en riktverkan så att tallriken belyses jämnt men ändå får inget av "lyset" lysa utanför tallriken. Horn-matning, 3-elements Yagi är två vanliga alternativ och hur stor spridning dessa har avgör hur bred talliriken måste vara, för ett givet tallriks-djup och beräknad fokal-punkt.
I stort samma princip som när man designar en kikare. Fokalplanet sitter då i ögat och optiken ska designas så att hela diametern på linserna nyttjas för bästa effektivitet (ljusinsläpp och skärpa).
Om vi antar att detta lyckas väl, i nivå med de bästa parbol-antennerna på marknaden, så brukar de ha typiskt 50-70% effektivitet. Då är det enkelt att räkna ut storleken på tallriken för ett givet gain. För 11dBi med -3 dB (50%) effektivitet ska vi sikta mot ett teoretiskt gain på 14 dBi, ca 25ggr.
Parabolens ideala gain: (l*pi)2=G där l är längd räknat i antal våglängden och G är 25. Löser vi ut l är den 1.6. Våglängden för 800 MHz är 37,5 cm, vilket ger tallriksdiametern 37,5*1,6=60 cm.
Således måste en 800 MHz parabol-tallrik vara 60 cm i diameter för att vara jämförbar med en Yagi med 11 dBi i gain.
Detta förutsätter dock att parbolbygget är väldesignat. Utöver att mekaniskt skapa rätt parabolisk form så måste man matcha den med lämligt matar-element. Det är inte så där jätte-lätt att bygga utan bra beräkningar men ta till lite extra marginal typ 90 cm, så är vi uppe i den storlek som många TV-paraboler har, och beganade sådana brukar man kunna få till skänks.
Problemet är att dessa antenner har kort avstånd till fokalpunkten, pga av den låga frekvensen, och det är inte helt lätt att göra en bra matare vid så låg frekvens. Dock, skulle jag gissa, att en 2 eller 3-elements Yagi kan passa hyggligt. Sk bi-quad eller cantenna kommer belysa ineffektivt liten del av tallriken så de ger mindre totalt gain. Yagin tappar en del på sid och backlober som "lyser" utanför tallriken, men huvudloben borde fungera rätt bra. Håller det för troligt att man med 90 cm parabol kan hamna i häradet 11 dBi eller kanske något mer. Riktigt god design kan nå 15 dBi. Vill man ha dubbelt så hög gain, 30 dBi, så blir parabolens diameter ca 4 meter. Fördelen med den storleken är att det är avsevärt lättare att skapa en effektiv matar-antenn, framförallt är fokaldjupet med betydligt djupare än för satelit-tv-antennen som ligger under metern medan man kan gå upp någonstans mellan 5-8 meter för fokalpunkten för en 4-meters antenn, vilket ger ett helt annat utrymme att skapa en mer väldesignad matare.
Storleken ger däremot andra problem som vindfång, ökad tyngd, och storleken kan göra att det blir svårare mekaniskt, att hålla perfekt kurvatur på parabolen. Det blir som med kikaren, skeva linser ger ingen bra skärpa.
Beräkningarna ovan är korrekta men kraftigt förenklade. Inget jag skulle använda mej av som underlag för ett antenn-bygge. Se det som goda närmevärden.
Den som vill bygga en riktigt bra parabol-antenn, utan att beräkna så mycket, är det enklaste att komma över något som inte är allt för långt bort i frekvens och sedan modifiera för eget bruk, eller satsa på riktigt stor tallrik för att få spill-marginal.

Snillen spekulerar

Sanningen är i likhet med moralen, något relativt: det finns inga fakta, bara tolkningar.
Asus main Router AC68U, 2st poynting riktantenner,5st Rt N12D1 Routers som Ap & Repeaters, Buffalo NaS, 12st ip cams (thinking, do I got the IP-Cam addict desice? )

Frank ska inte ta illa vid sig. Antennteknik är  rätt otillgängligt i början och därför finns det en massa folk dom luras på eBay och andra siter. Signaturen E Kafeman är proffs på antenner, själv är jag (radio)amatör.

Häromdagen på MWC stod en elegant ryska som är marknadsansvarig på Yota devices och trodde att hon kunde slå i mig att deras nya minirouter, som Telia ska sälja, inte kunde behöva yttre antenner ibland d för att fungera bra på 4G. Nä, nä Shannon's lag gäller inte ryssar då... Det är ett väldigt lurande i den här branschen, från säljare på ebay till Telia. Det gäller att läggavut så mycket marknadsföringsbrus att faktasignalen inte uppfattas.

Tjena!
Nädå, det är ingen fara...
Har ingen större kompetens att ge mig in i några filosofiska avhandlingar eller diskussioner kring antenn teknik.
Det överlåter jag gärna till andra...
Men läser gärna... och uppskattar, som inläggen ovan försöker vara... dvs lite enklare så man kan hänga med.
För mig så var detta ett litet kul projekt... parabol för en 5hundring och booster för ca 7hundra.
Blir det ingen skillnad eller sämre signal så blir det arkiverat på vinden.
Parabolen går ju att använda till tv och boostern kan man ta med och visa upp på ett sändaramatör möte.
Så har vi lite att titta på...
Är själv lite skeptiskt till projektet, men man vet ju aldrig...
Tror mitt stora problem ligger i att jag inte har en fri linje mellan mast och min antenn.

tänkte till sommaren prova att höja min riktantenn 3 meter och se vad det ger för skillnad.
nu ligger jag på följande:
knapt 9Mbit/s på 4G (1-2staplar)
eller 6Mbit/s på 3G (4staplar)

:Mer om antenna aperture och sambandet med gain. En högförstärkande yagi kan alltså ha en stor "aperture"/öppningsyta samtidigt som maxloben (mellan -3dB punkterna) är smal.

http://en.wikipedia.org/wiki/Antenna_aperture

Lite mer diskussion om att ta emot LTE bakom en kulle. Signalen sänds från mastens två array-antenner bestående av stackade dipoler och reflektorer med (med så låg som möjligt låg förlust i) fasmatning mellan dipolerna. routern eller modemet tar emot signalerna med två antenner (men sänder i cat 3 och 4 utrustning bara med en). De signaler som sänds ut från respektive sändarantenn identifieras med tätt upprepade refernssignaler som vi kan kalla r0 och r1. Om mottagaren kan skilja på r0 och r1 bra så meddelas detta till basstationen kallad EnodeB genom Rank Index, 1 om det inte går att skilja signalerna, RI 2 om det går att skilja dem. RI 2 innebär då att dubbla dataströmmar skickas ut och tas emot (multipe in i radiolänken multiple out, förkortat MIMO). Om systemet tycker att den ena kombinationen sändarantenn och mottagarantenn funkar bättre än den andra kan en del av den andra dataströmmen, t ex r1 läggas over till en del på den antenn som mest sänder r0.

Hur pass väl dataströmmarna kan skiljas åt vid demodulationen i mottagaren karaktäriseras med CN, coordination number, som inte rapporteras men kan kollas med mätutrustning. 

Det finns två huvudsakliga sätt att skilja dataströmmarna. Det ena är med polarisationsåtskillnad  vilket fungerar bäst vid direkt signal (sikt) mellan EnodeB och routerantenner. Det andra sättet är genom spridning och reflexer så att signaler kommer fram vid olika tidpunkter. Mottagaren kan då betrakta dessa signaler som om de kom från olika sändare och hantera dem som skilda dataströmmar. Det senare kallas spatial multiplexing men det är egentigen inte en rumslig spridning utan fastmer en tidsmässig, temporal. Med mätutrustning och mycket snabba scanners kan man mäta spridningen i ett mått som kallas "angular spread" eftersom signalerna anländer från olika håll.

I praktiken hamnar man mellan polaritetsåtskillnad och angular spread och radiolänkarna kan hantera alla mellanstadier av polaritetsåtskillnad och tidsåtskillnad.

Vid mottagarantennerna uppträder mycket snabb fading, dvs samma signal, r0, kan komma in från två olika håll samtidigt men med viss fasförskjutning så att de släcker ut varandra. genom att skilja antennerna åt någon våglängd kan man utnyttja att fadingen inte uppträder lika vid de två åtskilda antennerna. Även om rank index är 1, dvs mottagaren inte kan skilja dataströmmar så att EnodeB bara sänder samma dataström över båda antennerna, kan de åtskilda antennerna användas för att plocka ut en användbar signal som påverkas mindre av fading. Detta kallas diversitetsmottagning. I cat 3 och 4 kan full fart, dvs nära 100 mbit/s download, nås vid bra signal/interferensförhålande (SINR) även vid diversitetsmottagning utan MIMO.

Om man tar emot bakom en kulle går inga signaler direkt utan de studsar till routerantennerna eller sprids över kullens kanter genom  radiodiffraktion. Reflekterade signaler förlorar mer eller mindre sin urrsprungliga bestämda polarisation. Därför är det mindre viktigt med polarisationsåtskillnad mellan antennerna och mer viktiigt med rumslig åtskillnad. Fujitsu har visat detta vid test från bil mot en enda cell. Man hade dels antenner i vinkel mot varandra (45/45 rader mot horisontalplanet)  och dels dubbla verikala antenner. Vid direkt sikt till masten funkade mottagning med polaritetsåtskillnad bättre men i stadsmiljö med reflerkterade signaler blev datahastigheten högre med de två vertikala antennerna.

Vid mottagning bakom en kulle är det därför värt att testa med två vertikala antenner. Noteras bör att om dessa är högförstärkande så har de en mycket smal lob i vertikalled så att man kan missa signaler som kommer snett ovanirån genom diffraktion. Det är omöjligt att veta om man inte scannar för angular spread men det kostar hundratusentals kronor.

Rekommendationen blir därför att man testar med dubbla  vertikala antenner med måttligt gain, kanske upp till 7 dBi. Alla billiga sprötantenner med diverse spolar som påstås ha gain över 5 dBi är bluff och i synnerhet så om de sägs fungera över flera band.

Slutsatsen blir att man måste (ha utrustning för att) bestämma vilket frekvensband som kan tas emot med bäst SINR vilket innebär högst fart, RSRP är inget bra kriterium eftersom man då inte har koll på interferensen från andra celler. Bara om man vet att det inte finns andra celler från samma operatör som ger interferens är RSRP användbart som kriterium. De rundstrålande antennerna har ju inte heller någon riktverkan som kan användas för optimering av signal från en önskad cell. 

Operatörerna har inte minsta lust att hjälpa användare som står inför nu beskriva situation. De styr vad Huawei gör och därför lämnar inte  användarinterfacet i huawei konsumentutrustning den erforderliga informationen.

Det finns billiga routrar som ger nödvändig info. Enklast att använda är ZTE MF93D som både ger infon och har  uttag för dubbla yttre antenner. Det är möjligt men inte visat att t ex huawei e5372 ger samma info. Det kommer också mifis från netgear aircard med dubbla antennuttag som ger infon men det dröjer ett tag till (visades på MWC i Barcelona). Bäst på alla band utom 900 som saknas är AVM6840 som är rena mätintstrumentet och i övrigt en mycket kompetent router som dock kostar dubbelt så mycket som ZTE mifin MF93D. Köper man en sådan bör man ta den tyska versionen som uppdateras mycket snabbare än den internationella.

Bra rundstrålande antenner med dokumenterade egenskaper får man leta efter. Så här kan en för 800/900 se ut

http://www.l-com.com/wireless-antenna-8 … l-antenna.

Hembyggaren kan också göra vertikala antenner som är kollinjära. De består av stackade kvartvågselement. Det finns en hel del exempel för WLAN. Mer exempel

https://www.google.co.uk/search?q=colli … 370%3B3294

Här är en annan man kanske vågar testa även om det anges vara en flerbandsantenn

http://www.tradlost.se/shop/3G%20antenn … 16964.html

Riktigt tillförlitliga är Procom.dk, se marinantenner och rundstrålande basstationsantenner t ex

http://www.procom.dk/products/marine-an … xl-900-6lw

Kolla längden på en antenn som dokumenteras ge 6 dBi gain på 900 MHz.. nära två meter! det blir inte billigt.

Mitt intresseområde är optimering av användares 4G kommunikation, därav nörddjupdykningarna. Det finns ingen operatörssupport som ger info på den här nivån. Det skulle bli alldeles för tidsödande och dyrt.Infon kan bara ges av ingenjörer och de finns inte till hands för att hjälpa kunderna. Det saknas utbildning på mellannivå, jämför läkare och sjuksköterskor där sköterskorna kan hantera en hel del komplexa frågeställningar om de fått riktad utbildning. Följden blir att marknadsföringen mörkar att 4G kan erbjuda en del tekniska problem som kräver analys och målinriktade åtgärder. Som telenor support lär ha sagt: De supportar inte användning av yttre antenner vilket dock ofta är enda möjligheten att få en väl fungerande installation. Alla europeiska operatörer inklusive de svenska förenklar (=ljuger) skamlöst i sin marknadsföring och säljarna i butikerna får ingen utbildning. Den enda operatör som är någorlunda ärlig är australiensiska Telstra och det är de som kräver användbara antennkontakter på modem och routrar, dvs TS9 istället för CRC9.

För övrigt är diversitetsmottaning bra vid all radiokommunikation, även på Citizens band 27 MHz men det används väl knappast i praktiken. Det finns till och med bilmottagare för FM som använder diversitetsmottagning.

Degrisé betyder ungefär avtänd och det blir man av trollprodukter.

Ser förresten att antennhuvudet i fråga uttryckligen inte levereras till Belgien så jag kanske blev svartlistad.

Varför använda RG58 för kollinjär antenn när det finns kabel med lägre förluster? Åtta halvvågselement bör sno en del effekt. Annan kabel innebär annan velocity factor. Annars är det ett kul projekt. Obs att de bara funkar på ett frekvensband.

Om man nu pga lokala förhållanden inte riktigt tror att signalerna kommer bakifrån bör man kunna sätta en reflektor bakom den kollinjära antennen. Den skulle t om kunna böjas som en lång parabolisk profil med antennen i fokus - men då är man tillbaka med riktverkan. Kanske en corner reflector vore bättre - eller vad ska man ta för att få en öppningsvinkel på ca 180 grader?

Det vore trevligt med lite feedback från dem som har stort hinder i vägen mot basstationen. Hur har antennfrågan lösts?

Om hindret är lågt bör ändå effekten av Fresnelzon beaktas. Finns särskild klistrad tråd om detta.

Mifin  MF93D är tillräcklickt snabb för att leta fältstyrka och optimalt signal/interferensförhållande. Dessutom ser man PCI, RSRP och SINR samtidigt via webinterfacet, t ex på en smartphone så man vet vad man undersöker.

Har man SINR behöver man inte ha så noga koll på grannceller. Vill man veta vilka dessa är finns icke uppgraderad 4G nokia lumia eller AVM routrar vars realtidsmonitoru ppdaterar en graf över SINR och RSRP varje sekund. Här kan det vara av intresse att den lilla AVM6810 lätt kan förses med externa antenner. Jag satte externa antenner på en AVM6842 och genom att vinkla dessa från 0-90 grader ser man effekten av polaritetsåtskillnad mycket tydligt via graferna som visar alla fyra signalparen mellan de två referenssignalerna och de två mottagarantennerna. AVM6810 visar samma grafer och kan försedd med externa antenner och ett batteri utgöra en bra testmottagare.

Av alla konstiga fenomen med radiovågor är nog den snabba Raleighfadingen svårast att visualisera intuitivt. I en punkt kan det gå från förstärkt signal till försvagad signal på millisekunder. Sedan kan de olika komponenterna i fadingen ha skilda polarisationsplan.

I praktiken är det bra att veta var masten står - och att ha verifierat att det är den masten genom koll på cell id alternativt PCI. Sedan får man se sig om och försöka gissa var signalen kan vara bra och därefter kolla.

Att hitta bra signal med en portabel mifi i ett rum är egentligen samma problem som nu berörts. Man har begränsad nytta av huawei m.fl. som bara visar RSSI i form av staplar på 4G. På MWC i Barcelona sade chefen för den nu till Netgear överförda fd sierra wireless air card divisionen att deras kommande mifi visar SINR i stapelform. Hade man kunnat undvika marknadsförarna hade det kanske gått att få SINR i dB.