Optimierung der WiFi-Reichweite

s.ochs

BOFH
Hallo allerseits,

dieser Beitrag richtet sich an alle Nano-User, die sich für ihr WLANThermo Nano eine größere WiFi-Reichweite wünschen, damit sie auch an ihrem Grillplatz einen optimalen WLAN-Empfangen haben.

Ich bin schon länger auf der Suche nach einer passenden Lösung zur Optimierung der WiFi-Reichweite, ohne dabei das Aussehen oder den Funktionsumfang des Nano einzuschränken. Gleichzeitig sollte der Umbau für jedermann zu Hause auf dem Küchentisch machbar sein. Durch etliche Tipps von fleißigen Nano-Usern - vielen Dank an dieser Stelle - denk ich, haben wir nun eine sehr gute Lösung gefunden.

Die Antennen-Erweiterung
Die Erweiterung sieht das Einkleben einer "PCB Embedded Antenne" in den Deckel des Nano-Gehäuses vor. Da der Bauraum sehr begrenzt ist, braucht man eine spezielle 2,4 GHz Antenne, die maximal eine Größe von 33 x 9 x 0,1 mm hat. Die Auswahl ist hier leider sehr begrenzt. Angeschlossen wird die Antenne über den U.FL-Anschluss am ESP. Das Anschlusskabel sollte eine Länge von 50 mm haben. Ein längeres Anschlusskabel kann nur schwer im Deckel verlegt werden, zudem besteht die Gefahr, dass es zu Interferenzen auf der Platine kommt. Es müssen beim Einbau der Antenne keine Veränderungen am Gehäuse durchgeführt werden, zudem ist der Einbau von außen nicht zu erkennen. Auch in der Bedienung bleibt also alles beim Alten. Die Antenne verfügt über einen Klebestreife auf der Rückseite, mit der sie einfach und schnell in den Deckel eingeklebt werden kann.

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Was bringt die Erweiterung?
Durch den Einsatz der im Deckel eingeklebten Antenne lässt sich die WiFi-Signalstärke um etwa 5 dB bis 8 dB zum Standardaufbau verbessern. Zur Einschätzung der Werte sollte man wissen, dass eine Verbesserung von 3 dB eine Verdopplung der Signalstärke bedeutet (10 dB wiederrum entsprechen einer Verzehnfachung). Gleichzeitig bedeutet es aber nicht eine Verdopplung der Reichweite (die Entfernung geht quadratisch in die Rechnung ein). Dennoch lässt sich die Signalstärke durch diesen Umbau maßgeblich verbessern.

Hier mal die Ergebnisse einer Messung der Signalstärke eines Nano mit und ohne Umbau. Die Entfernung zum Router (Fritzbox 7430) betrug etwa 10 m, dazwischen lag eine Wand. Links ist das Messerergebnis des Nano im Standardaufbau mit einer Keramikantenne direkt auf der Platine zu erkennen. Der Leistungspegel beträgt bei der Messung -76 dBm (im Webinterface kann man sich durch ein Anklicken des WiFi-Symbols den Leistungspegel anzeigen lassen). Der Leistungspegel ist eine dimensionslose Größe bezogen auf 1 mW. Rechts wiederum ist das Messergebnis nach dem Einbau der eingeklebten Antenne und der Entfernung der Keramikantenne zu erkennen. Der Leistungspegel beträgt nun -68 dBm. Die eingeklebte Antenne erwirkt also eine Verbesserung von 8 dB (die Sendeleistung in dBm wird besser, wenn der Zahlenwert kleiner wird). Da nicht jeder in der Lage ist die Keramikantenne zu entfernen, habe ich zudem die Signalstärke beim Einbau der geklebten Antenne und gleichzeitigem belassen der Keramikantenne gemessen (siehe Ergebnis in der Mitte). Wie ihr seht, ist das Herausnehmen der Keramikantenne nicht unbedingt notwendig. Auch ohne die Entfernung der Keramikantenne lässt sich durch die Antennen-Erweiterung die Signalstärke deutlich verbessern.

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Wo bekomme ich die Antenne her?
Wie bereits erwähnt ist die Auswahl an klebbaren PCB-Antennen in dieser Größenordnung sehr begrenzt. Die meisten Antennen sind entweder zu lang oder zu dick. Eine mir bekannte Bezugsquelle ist dieser Händler bei Aliexpress. Bei der Antenne von diesem Händler muss das Kabel selbst von 100 mm auf 50 mm gekürzt werden.
Eventuell sind euch ja noch andere Bezugsquellen bekannt. Zudem habe ich mir einen kleinen Vorrat von der im ersten Foto gezeigten Antenne angelegt. Wer Interesse an der Antenne hat, kann sich also bei mir melden (abzugeben für 4 € inkl. Versand).

Wie bau ich die Antenne ein?
Für den Einbau habe ich euch ein paar Fotos erstellt, anhand derer der Umbau gut zu erkennen sein sollte. Für den Einbau wird ein kleiner Kreuzschraubendreher (aus dem Feinmechaniker-Kasten) und eine Pinzette benötigt.
Zuerst müsst ihr das Gehäuse des Nano vorsichtig öffnen (entweder aufschrauben oder bei der gesteckten Version auseinanderziehen), danach die Platine aus dem Deckel schrauben (die vier kleinen Schräubchen). Wenn ihr den Deckel separat vor euch liegen habt, klebt ihr die Antenne wie im Foto ein und biegt das Anschlusskabel leicht vor. Das Kabel sollte oberhalb des Befestigungspins verlegt werden.

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Nun legt ihr die Platine neben den Deckel und drückt den U.FL-Stecker des Antennenkabels auf die U.FL-Buchse am ESP. Nicht wundern, man muss fest zudrücken, damit der Stecker einrastet.

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Jetzt die Platine wieder in den Deckel setzen und dabei darauf achten, dass das Kabel wie im Foto verlegt ist. Wenn die Platine im Deckel sitzt, solltet ihr das Antennenkabel im oberen rechten "Platinenohr" erkennen können.

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Die Platine wieder festschrauben und das Gehäuse schließen. Das war es schon.

Wer die Möglichkeit zum Auslöten der Keramikantenne hat, der kann diese natürlich auch von der Platine entfernen (wie gesagt, es ist nicht zwingend notwendig). Wer die Keramikantenne entfernen will, der sollte mit dem Lötkolben zuerst auf die rechte Seite gehen. Dort den Lötkolben für ein paar Sekunden anhalten, bis sich die Keramik mit einer Pinzette schräg anheben lässt (die Wärme zieht schnell durch die Keramik durch). Jetzt noch die andere Seite ablöten.

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Viel Spaß beim Umbau!
Steffen
 

Latzi

New member
Hab heute die Antennen bekommen und gleich eingebaut (die Keramik Antenne blieb drinnen) - und schon sind 7dB mehr zu sehen - tolle Sache!!!
Mir ist aufgefallen, dass das Gehäuse -4dB ausmacht, hilft es, die Wandstärke des Gehäuses im Bereich der Antenne zu reduzieren?
 

s.ochs

BOFH
Die Antenne strahlt ja in unterschiedliche Richtungen. Der Verlust dürfte hauptsächlich durch das Schließen des Gehäuses entstehen. Bin nicht sicher, ob eine dünnere Deckschicht messbare Verbesserungen schafft.
 

Latzi

New member
So, Vergleich ist durchgeführt, hier mein Ergebnis:

3dB Gewinn bei 1mm Reduktion der Wandstärke im Bereich der Antenne (Verbleibende Wandstärke ist nun 0,6mm)

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Ich würde sagen das bringt was!
 

s.ochs

BOFH
Top! Um ganz sicher zu gehen, mach am besten noch eine Messung. Schalt dabei das Nano erst am Messort ein und warte 2-3 min mit dem Ablesen. Nach dem Umbau wieder das selbe Vorgehen. Deine Optimierung wird sicherlich immer noch besser sein, mir geht es nur um vergleichbare Messergebnisse.
 
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Phantomias2006

Entwickler
Vl kannst du auch mal testen wenn du luft zwischen Gehäuse und Antenne lässt. die Antenne braucht vl etwas Abstand um sich entfalten zu können
 

a.schaefer85

Entwickler
Ich glaube nicht das 1mm Kunststoff wirklich daran schuld sind das der Empfang schlechter wird. Viel mehr glaube ich das der Abstand Antenne --->PCB Nano das verursacht.
Ein etwas höheres Gehäuse könnte das meiner Meinung nach lösen. Die Wandstärke von nur 0,6mm ist doch arg fragiel. Das kann man problemlos eindrücken.
 

Latzi

New member
Bei mir bestätigt sich die Messung. Mit Luft dazwischen ist es eher schwer messbar (1 dB). Was mir aber gar nicht einleuchten will, warum die 2. Nano um ca. 10dB mit Antenne schlechter ausfällt als die Getestete. Mit dem anderen Gehäusedeckel schauts gut aus. Liegt wohl an meinen Lötkünsten bei der Antennenkürzung :-(
 

a.schaefer85

Entwickler
Lässt sich ja leicht testen, einfach beim Verschrauben der Platine im Deckel 1 mm Platz lassen (Distanzstücke unterlegen).
Hab ich provisorisch mal gemacht.
Zwischen jeden Test 2-3 Minuten erst gewartet und jedes mal die nano neu gestartet.
Das Ergebnis spricht Bände...

Erst mal ganz normal mit dem Antenne Mod
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Dann habe ich grob 3-4mm den Deckel angehoben (extrem provisorisch 🙈)
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s.ochs

BOFH
Nur sind 3-4 mm nicht wirklich realistisch. Zumal die Luftspalte hier auch einen Effekt haben könnten
 

a.schaefer85

Entwickler
3mm den Deckel anheben und den Displayausschnitt verändern halte ich persönlich nicht für unrealistisch. Sollte meiner Meinung nach kein großer Aufwand sein.
Luftspalt ..
Theoretisch möglich.
Glaub aber das es viel mehr auf den Abstand Antenne --> PCB ankommt bzw hier noch optimiert werden kann.
 

a.schaefer85

Entwickler
Ja ich weiß...
Der Kerl hat aber kräftig eine Schraube locker 😝


Mod ist Mod und muss nicht den üblichen Regel entsprechen 😉

Der Empfang der Nano ist ja out of the box schon ganz gut. Der Mod ist nur für Leute gedacht die eventuell Probleme mit haben.
 
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