Externe Antenne für RaspberryMatic, OCCU, HM-MOD-RPI-PCB

Weniger Fehlermeldungen und ein stabileres HM-System mit externer Stabantenne

Original haben die Homematic Aufsteckmodule HM-MOD-RPI-PCB nur ein Stückchen Draht als einfache sog Lambda-Viertel-Antenne. Für funkmäßig günstige Wohnverhältnisse reicht das meistens aus. Aber immer häufiger hat man Wohnungen und Häuser mit viel Beton oder oder Fertighäuser mit eingebauten Dampfsperren aus Alufolie etc. wo die Funkverhältnisse u.U. sehr ungünstig sind . In diesen Fällen kann eine bessere Antennentechnik sehr viele Vorteile bringen bzw. vorhandene Probleme beseitigen. Weniger Fehlermeldungen und meist deutlich stabilere und robustere Funkverbindungen zwischen den HM-Sensoren/Aktoren und der CCU oder dem Repeater sind Beweise für eine spürbare Verbesserung.

In früheren Threads wurden bereits die Vorteile von verschiedenen Antennenformen ausführlich erläutert und diskutiert.

> Die 4 Radials Groundplane ist funkmäßig sehr gut (+++), erfordert aber einiges Bastelgeschick und läßt sich wegen der Abmessungen nicht ganz einfach im Raum platzieren.
Groundplane mit 4 Radials und hier im HM-Forum : Groundplane Antenne

Die2 Radials Flachantenne ist funkmäßig gut (++), ist aber einfacher zu bauen und im Raum ideal hinter Schränken etc. zu platzieren
Flachantenne zum Selbstbau und hier im HM-Forum: http://homematic-forum.de/forum/viewtopic.php?f=31&t=27782&hilit=Flachantenne#p245961

Und jetzt kommt mit der Stabantenne noch eine weitere Alternative dazu:

> Die Stabantenne ist funkmäßig gut(++) , ist bereits fertig und kann entweder direkt am Gehäuse oder abgesetzt im Raum platziert werden

Die Stabantenne ist funktechnisch vielleicht nicht ganz so gut wie die vorgenannten Antennenformen, passt aber optisch besser in die Verhältnisse iin Wohnräumen etc. Gegenüber dem eingebauten Drahtstummel als Antenne hat diese Stabantenne in jedem Fall deutliche funktechnische Vorteile und ist deshalb nicht nur für die CCU1 oder CCU2 sondern auch auch für beliebige drahtlose Sensoren und Aktoren an funktechnisch ungünstigen Einbauorten die erste Wahl.

Was ist das für eine Stabantenne?

Die verwendete Stabantenne sieht zwar ähnlich aus wie die typischen WLAN-Antennenstummel, die hier verwendete Antenne ist aber speziell für die Homematic-Frequenz von 868Mhz ausgelegt; sie ist auch deutlich länger als die normalen WLAN-Stabantennen. Die Antenne hat einen sog. RP-SMA-Male Anschluss mit einem Gelenk, damit man die Stabantenne flexibel verstellen und dadurch ggf. die Abstrahlung bzw. Empfangscharakteristik optimieren kann. Aufgeschraubt wird die Antenne auf eine RP-SMA-Female Einbaubuchse, welche im Gehäuse über eine Stück hochfexibles und verlustarmes Koaxkabel mit dem Sende/Empfangsmodul in der CCU1/2 oder anderen HM-Modulen kontaktiert wird.

Alle notwendigen Teile kann man im Webshop als Komplettbausatz erwerben. Je nach den individuellen Funkverhältnissen ist auch noch ein koaxiales Verlängerungskabel zu empfehlen, um die Antenne ggf. bis zu 3m abgesetzt vom HM-Modul platzieren zu können. Dieses 3m lange Verlängerungskabel kann optional mit der Antenne erworben werden. Das folgende Bild zeigt die Stabantenne mit dem Verlängerungskabel an einem einfachen Wandhalter aus dem Baumarkt:

Wie wird die Antenne am HM-MOD-RPI-PCB angeschlossen?

Für die Herstellung eines Antennenanschlusses ist schon eine gewisse Löterfahrung notwendig, weil das relativ dünne Koaxkabel an die entsprechenden Anschlüsse im HM-Modul angelötet werden muß. Nachfolgend wird schrittweise das Vorgehen erläutert:

Zuerst die Kabelpeitsche auf eine Länge von etwa 15cm einkürzen:

Das Kabelende vorsichtig abisolieren und Mantel und Innenleiter y-förmig spreizen und verzinnen:

Am Aufsteckmodul HM-MOD-RPI-PCB den schwarzen Antennenstummel ablöten und den Innenleiter des Koaxkabels stattdessen anlöten. Die Abschirmung wird entsprechend dem folgenden Bild an die Lötlasche des Abschirmgehäuses angelötet. Dabei nicht zu lange löten, damit das Gehäuse nicht überhitzt wird.

Im Raspberry-Gehäuse entsprechend dem Bild ein 6mm Loch einbringen und die Buchse der Kabelpeitsche verschrauben.

Wichtig:
Abschließend mit dem Durchgangsprüfer oder Ohmmeter prüfen, daß Seele und Abschirmung keine Verbindung haben und ob die Seele im SMA-Stecker auch Durchgang mit dem Antennen-Lötpunkt am Sendemodul der CCU hat.

Jetzt die Stabantenne aufschrauben und alles ist gut !

Vergleich vorher/nachher

Natürlich entsteht immer die Hauptfrage: Was bringt eigentlich die externe Antenne gegenüber der eingebauten Antenne? Allgemein kann man die Frage nur in einem idealen Versuchsumfeld (Freifeld) messen und beantworten. Aber „ideal“ nützt dem Einzelnen gar nichts , weil man die Frage nur in bezug auf sein individuelles HM-Umfeld beantworten kann. Deshalb sollte man vor dem Umbau die Sende- Empfangs-Feldstärken der einzelnen HM-Module messen und dann nach dem Umbau die Messung zum Vergleich wiederholen. Als Meßwerkzeug kann man dafür auf der CCU die Systemerweiterung „devconfig“ installieren. Damit kann man die Sende- und Empfangsfeldstärken der einzelnen Funkmodule abfragen. Mehr dazu im Homematic-Forum: Stichworte rssi und devconfig.http://homematic-forum.de/forum/viewtopic.php?f=31&t=26624&p=233643&hilit=rssi+devconfig#p233643

Wichtig ist bei der Messung mit „devconfig“ , daß man auch die entsprechenden HM-Module betätigt oder abgefragt hat, damit die ermittelten Werte auch mit der neuen Antenne gemessen wurden. Und auch wichtig, daß möglichst der Mittelwert von mehereren HM-Modulen vorher und nachher verglichen wird. Einzelne Messungen bringen wenig, weil die Signale stark streuen.

Viel Erfolg bei der praktischen Umsetzung !

Anmerkung:
Interessenten können den Komplettbausatz für die Stabantenne in meinem Webshop erwerben.

Haftungs- und Sicherheitshinweise

Nur HM-Module mit Spannungsversorgung aus Batterie oder galvanisch getrennten externen Netzteilen umrüsten. Keinesfalls HM-Module mit internem/integriertem Netzteil oder 230V Netzspannung modifizieren, da über den Antennenstecker gefährliche Berührungsspannungen entstehen können.

Beim Nachbau müssen natürlich alle wichtigen einschlägigen Sicherheitsvorschriften für den Umgang mit gefährlichen Spannungen eingehalten werden. Fundierte theoretische und praktische Fachkenntnisse der Elektrotechnik und für den Umgang mit gefährlichen Spannungen sind unverzichtbar!! Durch eine unsachgemäße Installation gefährden Sie ihr Leben und das Leben ihrer Mitmenschen! Darüberhinaus riskieren Sie erhebliche Sachschäden , welche durch Brand etc. hervorgerufen werden können ! Für alle Personen- und Sachschäden durch falsche Installation etc. ist nicht der Hersteller sondern nur der Betreiber verantwortlich. Ich verweise hier unbedingt auf die „Sicherheitshinweise und Haftungsausschluss„-Seite dieses Blogs.

Tipps für die Fehlersuche

Normalerweise ist der Anschluss der Antenne völlig problemlos und in wenigen Minuten erledigt. Wenn dennoch Probleme bleiben, dann können die nachfolgend aufgelisteten Lösungsvorschläge möglicherweise helfen:

Die Kabelpeitsche mit der SMA-Buchse muß an die entsprechenden Lötpunkte am Sendemodul angelötet werden. Beim Abisolieren kann durch zu heftiges Ziehen am Innenleiter der Innenstift der SMA-Buchse zurückgezogen werden. Deshalb beim Abisolieren den Innenleiter immer festhalten!
Nach dem Anlöten mit einem Ohmmeter prüfen, ob die Verbindung zwischen dem Innenstift der SMA-Buchse und dem Innenleiter-Lötpunkt am HM-Sendemodul vorhanden ist.
Mit dem Ohmmeter prüfen, ob der Aussenleiter (Abschirmung) zwischen dem Gehäuse der SMA-Buchse und dem Abschirmungsanschluss am HM-Sendemodul auch gute Verbindung hat
Mit dem Ohmmeter prüfen, daß Innenleiter und Aussenleiter keinen Kurzschluss haben.
Bei Feldstärkemessungen mit devconfig ist zu berücksichtigen, daß die Zahlen negativ sind. Je kleiner die negativen Zahlen sind, umso besser! Weiterhin sind die angezeigten Werte vom letzten Datenverkehr und der kann u.U. sehr alt sein! Deshalb die für die Messung verwendeten Aktoren unbedingt manuell oder per Programm vor der Messung betätigen.
Feldstärkemessungen müssen mit mehreren Aktoren erfolgen und ein Mittelwert gebildet werden, weil die „chaotischen“ Wellenausbreitungen und Interferenzen im Haus an manchen Stellen zu Feldstärkeverberbesserungen aber auch zu Felstärkeminderungen führen können.
Der richtige Standort der Antenne ist von zentraler Bedeutung für gute Funkverbindungen im Haus. Leider kann kein Rezept dafür gegeben werden, weil im Haus eben durch Betondecken, Wände und aluminisierte Dampfsperren etc. eine völlig „chaotische“ Wellenausbreitung erfolgt. Antennen mit hoher Richtwirkung bzw. Gewinn sind deshalb im Haus völlig kontraproduktiv! Also Probieren und mit Verstand und Glück den richtigen Sendestandort finden.