Frågor kring bygge av yagi för 800 MHz. (Sida 2 av 2)

Under tiden du skriver det meddelandet sitter jag på Wimo's hemsida och velar om jag ska beställa eller inte. Stängde ned sidan och såg ditt inlägg.
Jag hade verkligen uppskattat om det hade gått att låna din antenn för lite tester.
Tyvärr har jag i dagsläget inget lämpligt kablage för den antennen. Men det kanske finns möjlighet att låna det?
Testerna du är ute efter kommer så klart bli gjorda med den antennen så fort den dyker upp här.

Går det att lösa vore det jättebra.
Hör av dig under helgen så ser vi om det går att lösa. Tack!
Hoppas ni får en trevlig midsommar.

Har varit borta ett par dagar, trodde nu att jag skulle få läsa här om en verifierat 20 dBi Yagi, tog det stopp?
Läser gärna mer. Ursäkta om jag sölar ner tråden med detta inlägg, men det hänger lite lösa trådar som jag vill kommentera.

Jag valde en något olycklig bild för illustration, bara nappade något, som visar 1:a Fresnel zonen, vilken är relaterad till våglängd och överföringsavstånd.
Min formulering i samma text är missledande. Skulle i sammanhanget ha skiljt på några begrepp.

Citerar mej själv från tidigare inlägg:"Fresnel-zon av betydelse för antennen växer i proportion till gainet". Fresnel-zonen i sej är bara en måttstock som inte påverkar gainet. Det skulle hellre stått "Fresnel-region" men avstod då skillnaden zon och region är komplicerat med långrandiga förklaringar, men vi gör ett mindre försök.

Fresnelregionen i antennens närområde växer med ökat gain och för en given apertur i närfältet ökar antennens förluster.
Ökade förluster i antennens närfält kostar uppmätt antenngain om antennen mäts under dessa omständigheter.
Detta till skillnad från förluster i fjärrfältet, vilket inte påverkar antennens gain.
Om närfältsförlusterna sedan ska kallas förlust eller enbart nöja sej med att kalla det för reducerat antenngain beror på vilket närområde det gäller samt om man anser att antennens gain är det resultat man får när antennen mäts i fri rymd, eller betraktar en vind med vindsfönster som en del av det totala, vilket det är om störningen är i antennens närområde.
För att ta en jämförelse så påverkar två Yagi-antenner varandras gain om de placeras i samma närfält men inte om de finns i varandras fjärrfält.
Hurdan denna förlust ser ut beror på om det som påverkar antennen är absorbtion eller reflektion samt avståndet till antennen, vilket brukar delas in i regioner.
Reflexer och aperturer (typ ett vindsfönster) kan ge upphov till olika typer av diffraktion medans absorbtion inte ger detta fenomen, men i stället kan ge skuggeffekter. Påverkan beror även på avståndet till antennens olika nätområden i förhållande till hindret.
Regionen närmast antennen kallas Kirchhoff eller reaktiva regionen, sedan Fresnel som följs av Huygens och fjärrfältet, Fraunhofer.
Det som utmärker Fresnel-regionen är att ett visst EM-fält har utvecklats men det är ännu inte en plan våg.
Det är ofta i denna region som triviala föremål kan ge stark påverkan på antennens egenskaper.
Förändrat strålningsmönster och påverkan av antennens impedans är vanligt. Bägge påverkar gainet dels genom återkoppling till antennen, dels som diffraktion vilket avspeglas även i fjärrfältet.

Fresenel-regionens grad av storlek brukar beskrivas som en kombination av antennens fysiska storlek och antenngain. För en Yagi, i strålningfältets huvud-utsträckning har även närfältet en större utsträckning.
Aperturens påverkan beror på storleken, medans vilken formel man ska använda för beräkningen styrs av vilken region man befinner sej i.
I det aktuella fallet antas att vindsfönstret är i Frenel-regionen,dess inverkan på diffraktionsförluster kallas Fresnel-nummer. Högt nummer ger lägre förluster.
Fresnel-nummer har inte något med siffran som markerar olika lager av Fresnel-zoner i fjärrfältet.
Detta nummer är ett tal större än 1 i Fresnel-regionen. Om talet är mindre än 1 är det per definition ett Frauenhof-nummer.
Numret kan alltså även användas för att beräkna vilken region aperturen befinner sej i.
Enklare tumregel är att Fresnel-regionen finns i området 0,1-10 våglängder framför en Yagi-antenn med 10 dBi gain. Bortanför 10 våglängder finns fjärrfältet.
En dipols fjärrfält är betydligt närmare antennen. Redan vid tre våglängder är vågutbredningen hyggligt plan.

Sambandet mellan detta Fresnelnummer och antennens gain är komplicerat även om antennens egna apertur är inblandad, men det finns en formel som är enkel i sammanhanget gällande vindsfönster-aperturen.

N: Fresnel-nummer
a: aperturens radie (liten radie kan ge antennförlust pga deformerad vågutbredning, diffraktion, för önskad riktning)
D: överföringsavstånd
L: våglängd

N*D*L≡a*a

Om frekvens och överföringavstånd är konstant i denna formel, är aperturradien kvadratiskt relaterat till Fresnel-nummret.
Om antennaperturns radie är konstant, blir Fresnel-numret i proportion till våglängd och överföringsavstånd.
Observera likheten med hur 1:a Fresnel-zonens storlek enligt tidigare bild beskrivs som relaterat till våglängd och överföringsavstånd.
Formlen är allt för ofullständig för att vara användbar för ett praktiskt fall, för en punktformig ljuskälla är det något enklare men här kommer vågrörelser med många olika vinklar och faser från de olika Yagi-elementen, det är alltså inte lönt att försöka göra kalkyler ännu.
Vill man fördjupa sej är det nog enklare att börja med att se på de ideala fall som beskrivs på nätet, relaterade till Fraunhofer-nummer.
En viktig skillnad reltivt Fresnel-regionen är att apertur-relaterade förluster för Fraunhofer-regionen påverkar sträckförlusten, påverkar således inte antenn-gain.

Det är i Fraunhofer-regionen, fjärrfältet, som man som till en regel har diffraktion pga av t.ex. byggnader eller bilar.
För Kirchhoff-regionen finnns inga nummer eftersom det inte finns någon utvecklad EM-våg i denna region.
Fresnel, liksom andra omnämnda gubbar, sysslade med optik, men som det mesta inom vågrörelselära för radiovågor har teorier omplanterats från optikens värld och vid behov har uttryck justerats något. Vågutbredning inom optiken beskrivs oftast enligt Huygens-Fresnels princip som överlagring av sfäriska vågor som uppstår från punktkällor. Detta till skillnad för EM-vågor där fjärrfältet beskriver vågutbredningen som en överlagring av plana vågor som utbreder sig i olika riktningar genom rummet. vinkel-spektrumet av en våg blir dess tvådimensionella fouriertransform.
http://en.wikipedia.org/wiki/Huygens%E2 … _principle

Fresnel nummer ur optiskt perspektiv: http://en.wikipedia.org/wiki/Fresnel_number

I fjärrfältet.
A. Som till en regel är öppningsvinkeln för antennen betydligt bredare än bredden på aperturarean, vilket gör att mätbar diffraktion kan ske över ett brett område (många Fresnel-zoner).
B. Om ett helt tvärsnitt av 1:a Fresnel-zonen är blockerad av något med 100% absorbtion kommer viss del RF-signal att runda hindret pga av skuggeffekt och troligen även pga diffraktion. Signalen blir dämpad men inte totalt.
Man kan jämföra skuggeffekten med att om man sätter upp en 100% dämpande ljudskärm utomhus på ett relativt reflexfritt område, kommer ljudvågor att vinkla av när de rundat hindret. En bil som väsnas på den ena sidan kommer fortfarande delvis att höras på andra sidan, om inte skärmen är oändligt stor.
Samma sak gäller vattenvågor, medans effekten är betydligt mindre för ljusvågor och för ännu högre frekvenser, partikelvågor finns inte skuggeffekten om man inte blandar in krafter såsom gravitation. Denna skillnad är en av anledningarna till att man inte alltid rakt av kan låna formler från en typ av vågrörelse till en annan.
Kvantmekanisk vågrörele-lära delar inte denna uppfattning, de håller sej till en enda formel oavsett våg-typ.
Det mesta av vågrörelse-teorierna härrör från optikens värld. Söker man information om vågrörelser på nätet så är 9 av 10 träffar om optik. Tror det historiskt har med att göra att det är ett fenomen som kan betraktas med ögonen och därmed enklare att verifiera teorier.

En sammanfattning:
1. Resulterande antenngainet är relaterad till Fresnel-regionen och kan påverkas negativt eller positivt för något som uppstår i relativt närfält. Hit räknas i detta fallet t.ex. fönsterkarmar på någon meters avstånd även om t.ex. loben i fjärrfältet är smalstrålande och antyder att loben "går fri" genom ett befintligt fönster.
2. Antennens gain påverkas ej av hinder eller reflektioner som finns i antennens fjärrfält (Fraunhofer-regionen eller distanta Fresnel-zoner). Där är det sträckförlusten, vilken utgörs av rymdämpning (Friis ekv.) och fysiska hinder som kan ge upphov till absorbtion, reflektion och dess Fraunhofer-diffraktion (ej att förväxla med Fresnel-diffr).
3. Antennens strålningsdiagram sett i fjärrfältet, är kraftigt deformerat i närfältet, så man kan få ett mycket annorlunda resultat om man t.ex. mäter fältstyrka i närfält resp. fjärrfält och det är en glidande övergång. Därför blir t.ex. verkliga beräkningar av närfälts-aperturer, antennens egen eller i omgivningen, mycket komplexa. Tar man med det faktum att EM-vågen inte har en rätlinjig front i denna region blir det än stökiga beräkningar.
4. Denna text är ofullständig i sitt innehåll, det är bara lite skrap på ytan om vågrörelse-lära som i stort sett bara skrivs ner direkt ur huvudet och i bästa fall blir det en snabb korrekturläsning. Kolla med fristående källor innan det satsas eller inte satsas på stora antennbyggen baserat på mina påståenden.

En pedagogisk Youtube-film om aperturer i fjärrfält: https://www.youtube.com/watch?v=BH0NfVUTWG4

---

Kommentar på tidigare funderingar.
Jämförde tidigare antenngain med reflektor på parabol, där större reflektor oftast ger högre gain. Men det är inte någon nödvändighet att antennen ska ha stor fysisk tvärsnitts-area för att få högre gain eller större aperturarea.
För en Yagi-antenn, kort som lång så har den ungefär samma fysiska tvärsnitts-area trots olika gain.

Enkel förklaring varför en Yagi-antenn trots begränsad fysisk tvärsnitts-area ändå skapar en stor apertur-area är att samtliga element i en Yagi-antenn samverkar som om de vore stackade dipoler, även om ingen kabelförbindelse finns mellan elementen. Detta bygger på effekter som specifikt uppstår i Fresnel-regionen men mäts alltid i Fraunhofer-regionen. Jämför även med en logperiodisk antenn, där varje element är fysiskt kopplade via gemensam transmissionsledning.

Slutligen så är det fel att kalla större Yagi-antenner för Yagi-antenner. Antenn-typen heter Yagi-Uda efter dess bägge upphovsmän, professor Yagi och hans assistent Uda, där Uda tillskrivs som den egentliga upphovsmakaren, ca 1923?.
Även jag skriver Yagi-antenn, trots att jag kanske borde veta bättre, slarvar med Fresnel-zon när jag borde skriva Fresnel-region osv. Kan nog hända igen.

Som tysken sade: Warum es einfach machen, wenn es so schön kompliziert sein kann.

Så nu har vi förstått att en Yagi-Uda antenn, eller annan antenn med högt gain, inte strålar med en smal lob ut genom en öppning som ett fönster beläget framför antennen i dess närhet. Intuitivt är det svårt att förstå hur mycket öppning som  krävs på visst avstånd för att t ex inte hälften av gain ska gå förlorat. Därtill kommer annat, som att väggen med fönstret kan skärma av andra 4G celler som skulle bidragit till interferens. Interferensdämpningen kan ha  samma effekt som ökad riktverkan, dvs bättre signal/interferensförhållande.

Något som märks tydligt när man mäter SINR från en cell är nyttan av att kila runt hörnet om man därmed kan uppnå dämpning av en eller flera interfererande celler. Med en viss hum om de teoretiska grunderna för vad man gör, även om det är hisklig svårt att kvantifiera effekterna, så kan man empiriskt pröva sig fram till t ex en bra antennplacering förutsatt att man kan mäta SINR.

I simtrax fall finns det ett stort antal celler som stör på 800 bandet. Det kan möjligen hanteras med horisontell riktverkan. Därtill kommer eventuella utsläckande reflexer i vertikalled. Det knepiga härvid är att LTE teknik ska kunna hantera och  t o m tillgodogöra sig reflexer som har tillräcklig tids/rumslig spridning. I artiklar om spatial multiplexing skrivs det bara om spridning i horisontalplanet. Av Ofcoms artikel framgick dock att även LTE 800 berörs av utsläckande markreflexer. Höjning av antennen ledde inte till en entydig tendens till bättre signal ju högre man kom. På vissa höjder dippade det, för att sedan bli bättre om man höjde lite till.

Det är möjligt att jag senare i sommar får tillfälle att testa när jag ändå behöver hyra en lift för normala ändamål.

Tack för en bra genomgång av verkan av reflexer.  I bilden med röda och blå ränder är det de vita horisontella linjerna som visar höjder med utsläckt signal.

I simtrax fall ligger det flera km plan helt öppen åkermark i riktning mot masten. Sedan kommer E22 motorväg. Bortom motorvägen närmre masten villatak.  Jag kommer inte ihåg om motorvägen ligger i ett dike i skottlinjen. I så fall bör reflexer från långtradartak inte ligga bakom de intermittenta dippar han får i ena Rx/Tx kanalen enligt graferna fr a dagtid. Samma dippar kan jag se när signalnivån är svag. Jag tror de bl a kan bero på att modulationsnivån är för snabb och att det blir massiva paketbortfall tills router och mast förhandlat fram en ny datarate. Å andra sidan bör det gå på millisekunder och knappt synas.

I 4G är RSSI den sammanlagda energin av alla celler som hörs från operatören, i detta fall ca tio stycken. Det är nog de cellspecifika RSRP man bör kolla genom att gå omkring i rummet.

En åt dydväst vettande fasaden har inte ett träd i siktlinjen mot masten. Jag skulle testa att sätta en antenn, smidigadt en panel, under takfoten ett par meter in från husets hörn.

Den deletära verkan av plåtytor framför en riktantenn beskrivs i denna tråd

http://www.mobilabredband.se/forum/view … hp?id=4849

Gör gärna ett fäste dä du kan vrida antennen 0-45 grader. Jag använder billliga pallhjul, från Jula t ex. Fästet är kullagrat.

Jo de vita linjerna visar utsläckning, men det gäller bara för perfekt reflektion. Oerhört slät fuktig mark eller stilla sjöyta eller en större slät metallyta i närheten. I så gott som samtliga normala miljöer kommer linjerna upplösas till slumpmässiga öar då reflektionen är mer eller mindre diffus. Det gör nu inte så mycket då modulationsformen är mycket bra på att hantera "diffusa reflektioner" men den kan göra det på bekostnad av reducerad data-bandbredd.
För att bättre se vad som egentligen händer har 3GPP tagit fram ett antal standard scenarion som kan användas för simuleringar. En av dessa kallas för "Pedestrian A".
Typiskt för en kanalmodell kan det finnas enskilda kanaler som är undertryckta med 50 dB även i måttlig multipath-miljö. De kanalerna är då oftast helt förlorade. Om man flyttar antennen en bit försviner kanske problemet men finns nu i stället på en annan kanal.

Detta är en standard matematisk kanal-modell, Pedestrian A, en suburban MIMO-modell. Denne får röra sej med max 3 km/t för att det inte ska uppstå nämnvärda doppler-problem.
Höger X-axel visar sub-kanaler för en LTE-signal.
Vänster X-axel visar tid, här totalt 20 sekunder, ungefär tiden att sakta gå förbi ett hus.
Y-axel visar multipath fading gain, där ostörd signal motsvarar 0 dB.
Medel mottagna signal-nivån ändrar sej inte med mer än några dB för den aktuella gångsträckan och de upp och nedgångar som finns, ändrar sej rätt lika över hela frekvenspaketet, då det är rätt snällt simulerad  omgivning, men för ett enskilda kanaler är förändringen kraftig på begränsade områden.

Ville bara visa denna typ av frekvensberoende multipath, som man också kan förvänta sej för en antenn som flyttas i höjdled.
Såvida en lokal omständighet inte inverkar, finns inte något några mer eller mindre bra höjder, mer än att för en hygglig Yagi så börjar markabsorbtion göra sej kraftigt påmind någon meter över marken och sedan stiger signalen rätt jämn tills man når upp till max lobvinkel för basstationen, om det finns fri sikt. Oregelbundna avvikelser ökar i stadsmiljö och avvikelserna kan bli kaotiska om det inte finns fri sikt.

För att jämföra gain på antenner, bör det ske på så öppen yta som möjligt. Om referensen är RSSI eller RSRP har ingen betydelse, möjligen finns risken att RSRP inte håller sej på samma bas när man vrider runt antennen.
Det enda jag normalt har tillgång till på de LTE mottagare jag mäter på är hårdvaru RSSI, eftersom min referens-sändare är en omodulerad fre1kvenssvept bärvåg, vilket måste användas för att få fram dugliga antenn-mätningar för den typ av jobb jag håller på med. Vid vanligaste mätuppsättningen mäts drygt 200 frekvens-punkter 10 ggr per sekund över hela aktuella frekvensbandet. För varje svep ändras någon parameter, för att få fram så bra antenn-egenskaper som möjligt i samspel med mottagarens egenskaper.

Vill man undvika markreflexer som inträffat på långt avstånd, så är det radikalt enklaste att placera antennen lågt, då markreflexer studsar i huvudsak uppåt. Så länge man inte sänker direktsignalens signalnivå nämnvärt kan det vara ett alternativ att sänka egen antenn även om man byter bort dessa reflexer mot ökad risk för reflexer som kommer in med snävare vinkel och som kan ge kraftigare fading.
Bara för att ta belysa situationen där man har fri sikt till masten och om närområdet är relativt öppet så kan ökad höjd leda till sämre direkt-signal.

Här en simulerad mindre LTE basstation med något nedtiltade antenner i en något mindre vanlig diagramform. Som synes går det inte förbättra signalen genom att höja egna antennen, från 200 meter och bortåt, om man har fri sikt.
Signal-förlusten är obetydlig men kan vara större beroende på loben och terrängens lutning/höjd samt hur smalt utformad loben är i höjdled. Situationen uppstår då ökad höjd ger större avstånd till huvudlobens skottlinje under villkor att LOS finns utefter hela höjdskalan. Generellt är hög höjd på egen antenn och fristående mast bästa alternativet, om inte annat för att det reducerar störande reflektioner/absorbtioner skapade i närfältet. Är det besvärlig multi-path-situation kan dagsformen avgöra vilken höjd som fungerar bäst. Får man avvikelse på specifik höjd med mer än 5 dB så hade jag tittat efter lokala plåttak i första hand.

Det stämmer. Markhöjden vid mast respektive husgrund skiljer väldigt lite. Om jag inte minns fel så handlade det om under metern.
Med tanke på att man läst om folk med över 10 km till masten, och liknande hastigheter som jag, så tycker jag det är lite märkligt.
Å andra sidan kanske de inte har interferens från andra master.