Damcykel med skeva fälgar blir ingen bra racercykel. Samma gäller panel-antenner, de har många förtjänster men högt gain över stor bandbredd (typ 10% av centerfrekvens) är inte en sådan egenskap. De är i sammanhanget damcyklar.
WiMo-antennens datablad är bluff. Det är lätt att se om man vet vad som är tekniskt möjligt.
Nedan försöker jag förklara varför databladet är ett påhitt av WiMo's mindre nogräknade marknads-avdelning och hur man kan kontrollera detta utan allt för stor ansträngning.
Antenn-data är något man alltid bör vara kritiskt inställd till. Inflationen av mätvärden är påtaglig. Det är försäljningsargument där ofta företagen utgår ifrån att kunderna saknar resurserna att verifiera om vad man köpt uppfyller uppgivna specifikationer, så det är bara att blåsa på.
Om avsikten är att blåsa kunder, vilket det oftast är, så sparkar jag gärna lite på deras smalben för att ge något lite konsumentupplysning.
Det finns ett antal företag i Europa som sysslar med seriös antenn-utveckling men nästan allt som säljs idag direkt till konsumenter sker via aktörer som själva inte vet något om antenner, mer än att man kan köpa dom billigt i Kina och sälja vidare genom att förse antennen med lysande datablad. Hur antennen fungerar är det ingen som vet, importören vet inte ens vilken typ av teknik eller mätresurs som krävs. WiMo tycks tillhöra den gruppen.
Panelantenner som principiell antenn-design, kallas på fackspråk för patch-antenn. Antenn-typen har många fördelar men det är inte på något vis någon av de antenn-typer som är förstahandsvalet om man prioriterar högt gain. Där är det tvärs om en högst måttlig antenn.
Dess enkla konstruktion, i princip bara två plana plåtar, gör den billig att tillverka och enkel och tålig att handha.
Enkelheten i konstruktionen gör även att det är enkelt att beräkna dess egenskaper såsom ideala max gain.
Som för all antenn-data är det ideala aldrig nåbart. Det blir alltid någon dB förlust pga av materialförluster, icke ioändliga jordplan mm.
För panel-antenner ser ideala max-gainet ut så här:
Det är den blå kurvan som är huvudmoden och som visar max gain, som är 7-8 dBi. Finns inga kända vägar att gå runt detta. Gainet förutsätter oändligt stort jordplan då annars gain förloras till back-loben i övrigt är funktionen så enkel den an bli.
Storleken på en panel-antenn är fixerat till vilken frekvens antennen ska kunna hantera. Bredden på panel-antennen är alltid 1/2 våglängd och den sitter ovan en metallyta som är minst 20% större. Mindre marginaler är möjligt men kostar påtagligt på prestandan.
En välgjord antenn inklusive normala resistiva förluster har ett verkligt gain i storleksordningen 6-7 dBi.
Många har säkert läst om hur många panel-antenner som helst som uppvisar högre gain. 6-7 dBi är ju inget?
Jo så är det, varje enskild antenn kan inte bidra med mer. Däremot kan flera antenner kopplas samman så att de tillsammans ger högre gain.
Sådan sammankoppling kallas för att man kopplar array eller att man stackar antenner.
Det finns konsument-antenner med 2-4-8 stackade paneler i ett och samma hölje.
Varje fördubbling av antalet antenner ökar idealt gainet med 3 dB. Även här finns förluster men de kan göras rätt låga så att vinsten är i praktiken ca 2.5 dB per antalet fördubblade antenner men förlusterna tenderar att öka med stort antal antenner så man kan inte fördubbla antalet antenner i det oändliga och förvänta sej extrem förstärkning, däremot finns andra vinster med stora antal, typ beam-styrning, elektriskt kontrollerad max-riktning eller fler samtidiga max-riktningar.
En egenskap hos panel-antenner är att man kan bygga paneler för högre frekvenser ovanpå paneler som är större och avsedda för lägre frekvenser. Det ger inte högre gain men man kan nyttja ytan effektivare då man staplar antenner ovanpå varandra. Är frekvensen dubbelt så hög för som panelen under, får man rum att stacka fyra mindre paneler ovanpå en större vilket då kan ge ett summa gain uppåt 11-12 dBi för den högre frekvensen, som nu består av fyra sammankopplade antenner Högre gain är sällan praktiskt nåbart för denna typ av konsument--antenner men förekommer ofta på basstations-sidan för lägre frekvenser , under 1 GHz, där man gärna stackar upp till 16 panel-antenner i höjdled för att få en bred lob men med låg spridning i höjdled. För högre frekvenser föredrar man ofta stackade dipoler. Oavsett innehåll kallas de för sektor-antenner då man vill täcka sektorer utefter horisonten, ofta 60 grader breda lober i två hopbyggda antenn-sektioner, för total täckning på 120 grader per sektor-antenn.
Wimo-antennen uppgivna frekvensområde är 790-880 MHz.
Centerfrekvens blir då 835 MHz.
Halva våglängden är då 18 cm. Antennstrukturens yttre begränsningsmått uppges vara 50x50 cm. Det gör att man lagom får rum med fyra antenner innanför. Varje antenn upptar 18*18 cm + marginal till grann-antenn och marginal till jordplanskant (som helst skulle varit oändligt) men nu blir utrymmet 25 cm per antenn vilket inte är idealt men högst normalt.
Antennens maximala gain är därför 7+2,5+2,5 = 12 dBi om de designat antennen väl.
Antennen har en begränsad bandbredd => optimala data typ gain om 12 dBi gäller bara vid centerfrekvensen.
Ju högre gain man spetsat antennen för, ju smalare bandbredd. Det är därför sämre gain vid 790 och 880 MHz.
Antennens uppgivna bandbredd är att förmoda att man avser vid de frekvenser där gainet sjunkit med 3 dB relativt centerfrekvensen.
Det innebär att man vid 790 resp 880 MHz har ett gain på som bäst 12-3 = 9 dBi. Något högt gain men inte omöjligt.
Detta med att jag anser värdet högt beror på att det är ett välkänt problem med panel-antenner att bandbredden är betydligt smalare än t.ex. dipol-baserade antenner. och svårt att få till i massproducerade antenner Det är en av de saker som brukar kosta mej mycket tid vid design av patch-antenner, att fintrimma för högsta möjliga bandbredd.
WiMo's antenn kan med ovan i beaktande förväntas ha ett gain som typiskt är 10 dBi +/-1 dB över hela frekvensbandet.
Låter inte lika bra som 15dBi men mer sant.
Dessa 10dBi i gain gäller bara rakt fram. Man skulle kunna tolka databladet att gainet skulle gälla en öppningsvinkel på +/- 45 grader då man skriver "Gain +45° = 15 dBi" men där får man nog slå av 4-5 dB i ytterkanterna.
Bättre data än så är inte troligt att antennen har men däremot kan antennen vara betydligt sämre om man gjort dåligt design-jobb.
Vill man nå höga gain eller andra speciella egenskaper kan det vara bra att se på vad som används i andra sammanhang.
Ett sådant exempel är de radio-amatörerna som jagar högsta möjliga gain för att kunna kommunicera genom att låta radio-signalen studsa på månen på närliggande frekvensområden. Där används nära uteslutande Yagi-antenner. Exempel
Ofta tillverkar amatörerna sina antenner själva för bästa prestanda då det sällan är standard-lösningar.
Panel-antenn är inte alls i närheten av duglig i sådana sammanhang trots att paneler är betydligt billigare och enklare att tillverka. Det är inte rätt redskap för ändamålet.
På lite högre frekvenser, några GHz och högre, är olika parabol-lösningar matade med monopol eller dipol vanligast som den mest praktiska metoden att uppnå höga gain. Långdistans fjärrlänkar för Radio-TV-Internet som ofta delar antenn med basar för mobilt internet går uteslutande över parabol-antenner i frekvensområdet 10-30 GHz.
Panel-antenner förekommer inte alls i sådana sammanhang, men används ofta när man vill uppnå elektriskt styrbara lober i form av stora arrayer för radar eller dynamiskt riktbara lober för 5G. Det är då arrayer på typiskt 50 till 1000 antenner.
Det är inte gainet som är den mest intressanta egenskapen, och blir inte i praktiken så impnerande heller, utan det är dynamiska styrbarheten av lob-riktningen som är intressant. Man kan t.ex. åstadkomma radar-antenner som sveper utan rörliga delar och finns bla som kommersiell marin-radar.
Det stora antalet antenner gör att det bara är rimligt att använda så stora arrayer när varje panel-antenn upptar liten plats, typ frekvenser över 20GHz. Det är enklare att designa dessa antenner men annars är närmsta design-konkurrenten, arrayer med dipoler, att föredra då man med sådana kan byggas mer kompakt för samma resultat. En av dipolens nackdeler vid sådan stora arrayer är att den är dyrare att utveckla.
En Yagi-antenn för 12-18 dBi är en relativt rimlig konstruktion som kan ges hyggligt gain över en betydligt större bandbredd än vad som är möjligt med en panel-antenn. Det är en av anledningarna till att det är en populär typ av TV-antenn, den kan hyggligt täcka ett rätt stort frekvensband med bibehållet högt gain. Panel-antenn finns inte som TV-antenn av samma anledning.
WiMo's data-blad' innehåller specar som knappast skrivits av någon med egentliga antenn-kunskaper och värdena är inte rimliga.
Detta en så enkel antenn-typ och med välkända egenskaper att det är lätt att genomskåda.
Det som kan vara svårare att bedöma är hur långt från ideal design man hamnat med just denna antenn.
Är det design som gjort mer med tumstock än med anpassade mätinstrument och mätlokaler så är det troligt att man designat antenn-prestandan därefter. Tyvärr så ser man det väldigt ofta. Troligen har inte WiMo själva ett enda mätverktyg för att t.ex. mäta gain så deras data-blad är mer andrahandsuppgifter från Kina, som någon på marknads-avdelningen friserat efter vad den tyckte såg bra ut.
Utöver att databladets värden är mindre trovärdiga, databladet bländar många som inte begriper vad de ska vänta sej.
Vad jag direkt reagerade över var att man direkt och indirekt visade att man lovade något som var dubbelt så bra än vad som är teoretiskt möjligt, och specat på ett sätt som ingen som har ett hum om antenner skulle skriva.
Om bakreceptet specar "fyra meter vetemjöl", vet man att den som skrivit receptet nog inte varken kan baka eller vet hur man mäter vetemjöl.
Jag är van att läsa denna typ av datablad, och det är alltid ett positivt fall framåt om det finns datablad alls.
De datablad som skrivs brukar vara skrivna av tekniker, inte sällan de som utfört mätjobbet, så tekniska nivån brukar vara god.
Detta databladet tillhör bottenskrapet av datablad i det avseendet. Går här nedan igenom några punkter som man inte behöver all världens kunskaper för att förstå tokigheten i.
Deras första angivna parametern är frekvensområdet:
Frequency range 790 – 880 MHz
Är värdelös angivelse utan referens till toleranser.. Normalt anger man t.ex. "-3 dB gain" som ett toleransområde.
Det är på samma sätt som man anger frekvensgång för t.ex. högtalare. Utan tolerans kan man undra vad som angetts.
Är det underförstått att det är 3dB som gäller? 3 dB av vad? Direktivitet, gain, isolation eller polarisation?
Just för patch-antenner anger man ofta toleranser för polarisationens "renhet" och isolation. Polarisationen vrids i antenn-strukturen med frekvensen så det är bara vid centerfrekvensen man kan anta att det skiljer 90 grader mellan de bägge antenn-uttagen och ute i frekvensområdets bandkanter är polarisationerna mer hopmixade.
Har aldrig sett denna typen av gain-uppgift tidigare:
+45° = 15 dBi
-45° = 15 dBi
Det kan vara att man tänkte på skillnaden av antenn-polarisationen, vilken inte är uppmätt, och satte en ej uppmätta gain-siffra på dessa.
Gain-siffran i sej är tidigare här ovan utrett att det är en lätt överdrift.
Nästa rad i databladet är ståendevågförhållandet, (Voltagae Standing Wave Ratio) ett reflektions-förhållande mellanden till antennen matade vågrörelsen relativt reflekterande vågens amplitud. Vanligen siffror som 2:1 eller 46:9 men oftast normeras uppmätta resultatet så att reflektionen är 1.
I data bladet:
VSWR <2
Slarvigt skrivet av ett kvot-förhållande men får tolkas som att stående våg kvoten är mindre än 2:1, vilket borde skrvits "<2:1". En kvot blir lite mer otvetydig om bägge siffrorna skrivs.
Tyvärr är värdet 2:1 lögn om den angivna bandbredden är angiven för -3dB av gainet. För gainets bandbredd (-3 dB) är VSWR en helt dominerande faktor för denna typ av antenn varför man kan göra denna kopplingen.
Det borde finnas ett VSWR-värde för centerfrekvensen men i avsaknad kan vi anta ett snällt värde på 1.5:1.
När gainet sjunkit med 3 dB i bandkanten har då VSWR stigit med ca 2 enheter och blir då 3.5:1. Lite sämr än VSWR 2:1 men rätt normalt för antenn-typen.
Man kan dra slutsatsen att även för VSWR är det slarvigt skrivet datablad och påhittad siffra.
Uppmätt VSWR-kurva redovisas lämpligen som en kurva med VSWR relativt vid vilka frekvenser man mätt.
Sådan kurva kan man inte redovisa om man inte kan mäta VSWR med nätverksanalysator.
Finns ingen sådan kurva i databladet.
Stärker intrycket att man inte förfogar över mätinstrument för de data man redovisar.
Impedansen anges till 50 Ohm vilket är en systemfaktor, talar om vilken impedans mätinstrumenten refererade till vid mätning av VSWR-kurvan, en mätning som man inte redovisar. :)
I databladet redovisade diagram-loben för E resp H-plan ser loberna tämligen lika ut, vilket är förväntat då antennen är en regelbunden och enkel struktur.
Men man redovisar siffrorna:
3dB beam width E: 32° H15°
Ingen stor brist men ett tecken på att den som skrev databladet inte korrekturläste bladet är att man nu inte använder likhetstecknet och endast ett komma-tecken, ingen konsekvens mao. Slarv antagligen men det är ett genomgående drag i detta datablad.
Knepigare är att siffrorna som sådana är lite märkliga genom att de är så olika för en regelbunden struktur och som inte avspeglas i strålnings-diagrammet. Slarvigt tillklippta plåtbitar och man kan få sådana avvikelser men jag tror inte man kan klippa till antennen så slarvigt.
Mer rimlig förklaring är att det nog är ljug med siffrorna, man höftade dit några bra siffror som inte alls har med diagrammet att göra.
Jämför gärna andra seriöst uppmätta kvadratiska panel-antenner så ser ni att E och H-fält beam-width är relativt lika.
Man anger max input power 10W.
Det är angivelsen för när förlusterna i antennen riskerar bli så stora att det kan skada antennen.
Det som skadar är de interna överförings-förlusterna, resistiva förluster, som skapar värme. Om antennens effektivitet är låg innebär det att interna förlusterna blir höga.
Redan vid 10 W riskeras skador på antennens plåtar pga av resistiva förluster pga av att antennens effektivtet är så dålig att att värmeeffekten avsätts i antenn-strukturen istället för att stråla ut från antennen.
Det är naturligtvis påhittad effekt-angivelse, men många antenn-tillverkare lägger in det för att gardera sej mot händelser typ att deras antenn fattat eld och bränt ned hela huset när någon lägger på en sändar på några tusen Watt. 10 W är lite försiktigt i överkant, även om inget alls strålar ut från antennen, allt blir förlust, så borde 10 W värmeeffekt inte skada plåtarna i antennen. Normalt uppmätt värde på effektiviteten på denna typ av antenn ligger på 50-80% men redovisas sällan då sådan mätning kräver ekofattig mätkammare eller motsvarande vilket i stort bara bättre antenn-företag har och behärskar att använda. Effektiviten ger att för en bra antenn med 80% effektivitet som matas med 10 watt så lämnar 8 Watt antennen som strålning medans två watt blir kvar i antennen och förbränns som värme. Verkar vara en mycket eldfängd antenn.
Angivelsen som sådan är inte fel men är ett märkligt värde med tanke på antenn-typen som borde tåla lite mer.
Detta var snabb genomgång av vad som gjorde att uppgiven data fick mej att tro att den databladet inte har mycket med antennen att göra utan var ett resultat av att en förtvivlad säljare fått i uppdrag att sätta ihop ett data-blad på något som han inte begrep något av.
Lita inte på data-uppgifter från inköpare typ WiMo, de är försäljare inget annat.
De är inkompetenta på att ange mätdata.
Det är alltid suspekt när man lägger ut uppenbart påhittade data. Det är inget en seriös firma ägnar sej åt.
Sök realistiska uppgifter från renommerade antenn-designer som kan med och har utrustning för att mäta och jämför sedan med det skojarna erbjuder.
Utgå ifrån att de antenner WiMo levererar har sämre funktion än det en kvalificerad firma med mätutrustning kan designa.
Kvalificerade antenn-designande firmor, deras produkter är ofta dyra och mindre konsument-anpassade men se deras produkt-data som måttstock på vad som är rimligt för motsvarande antenn-typ från Kalles Import AB.
För den som vill verifiera så att det inte är jag som elakt rackar ner på WiMos kinaimport så kan man läsa om det jag påstått ovan specifikt om panel/patch-antenner från många källor då denna antennens egenskaper är välkända egenskaper.
Detta pappret är rätt så lättbegripligt utan djupare teorier och författaren är välkänd som sakkunnig: http://orbanmicrowave.com/wp-content/up … 09-rev.pdf
Mätadata, hur sådan ska tolkas och hur den mäts finns att läsa om här: http://www.antenna-theory.com
WiMo erbjuder en rundtur av sina nuvarande lokaler via sin hemsida. Där finns ingen mätkammare.
Det finns en sida med presentation av personalen och bland dessa finns en service-tekniker och en som anser sig kunna lite om WLAN-antenner och även uppdaterar hemsidan. Övriga är administration och säljare. Det är nog lugnt att påstå att det inte designas eller mäts några antenner alls i WiMo's lokaler.
Ursäktar att det blev långt inlägg men anser att förklaringarna till varför data är påhitt på ett sätt som kan förstås av många, är viktigare än att bara påstå att något är påhitt utan förklaring.
Det kan vara av värde att ha sådant i bakhuvudet när man studerar antenner från såväl seriösa tillverkare som noname på Aliexpress. Det är inte en avrådan att handla antenner från WiMo, men läs deras datablad med det i tanke att angivna antenn-prestanda är uppmätta med tumstock som är avbruten i bägge ändarna och suddig på mitten.
