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Vergrösserung der Reichweite des Aussensensors einer Wetterstation

Funkthermometer Reichweite vergrössern
Hast Du auch eine Funk-Wetterstation oder ein Funk-Aussenthermometer und Dich auch schon mal über die mangelnde Reichweite Deines Thermometers geärgert ?
Die wird oft angegeben mit "bis zu 100m"
Ja, BIS ZU. Vermutlich unter Laborbedingungen im leeren Raum ;-)
Funkthermometer Reichweite vergrössern
In der Realität kann man die Reichweiten teilweise zehnteln, da reicht nämlich schon eine dicke Wand. Erst recht bei Stahlbeton.

Die gute Nachricht: man kann die Reichweite mit vergleichsweise simplen Mitteln ganz erheblich vergrössern, in dem man einfach nur eine optimale Antenne dranlötet.


Ich habe diesen Artikel hier mal online gestellt, da sich in den manchen Internetforen zu diesem Thema natürlich immer wieder die obligatorischen "Klugscheisser" zu Wort melden (sorry ;-) ) und vielleicht eine gewisse (Schaden-)Freude daran haben, statt den Fragestellern bei diesem Problem zu helfen einfach nur mit warnenden oder belehrenden Worten ("Das ist verboten!") kommen um jeden Drang, durch ein bisschen Basteln Abhilfe zu schaffen abzublocken. Irgendwie ein typisch deutsches Problem. In anderen Ländern ist mir dies nicht so ausgeprägt begenet. Geschenkt, damit hilft man niemandem weiter. Die Gesetzeslage der Form halber weiter unten. Aber wir sind hier keine Juristen, sondern Techniker. Zumal, wenn man wirklich niemandem damit schadet und nur etwas gutes damit erreicht, was einem selber oder anderen weiterhilft, darf man Gesetze mit Bedacht auch mal übertreten – ist meine persönliche Meinung dazu. Das ist dann der berühmte Unterschied zwischen legal und legitim. Wer eine Amateurfunklizenz hat, für den sind solche Umbauten im 433MHz-Bereich ohnehin vollkommen legal.


Doch jetzt ganz konkret:

Wie kann man die Reichweite eines Aussenfühlers / Funkthermometers vergrössern ?

Antwort: Durch eine Richtantenne!


Natürlich wäre es auch mit einem Sendeverstärker möglich. Aber der benötigt dann mehr Strom als der ganze Funksensor. Ein Batteriebetrieb wäre dann illusorisch. Mit Richtantenne und Verstärker zusammen käme man dann allerdings sogar auf Reichweiten im Kilometer-Bereich. OK, vielleicht eine Lösung, wenn im Tal jemand die Temperatur auf der Alm sehen möchte.
Die Reichweitensteigerungen, wenn man Verstärker und Richtantennen kombiniert, können immens sein. Ich erinnere mich in diesem Zusammenhang noch an das Projekt, wo ein gewöhnlicher WLAN-Router mit seinen vielleicht ca. 50mW an einen (Sende- und Empfangs-)Verstärker mit 17db/4 Watt angescchlossen wurde, der wiederum einen 1,60m -Parabolspiegel speiste. Das Signal ging quer über das Inntal, so dass der Internet-Zugang im 12km entfernten Kufstein noch problemlos zu nutzen war.
Oder auch die Sendungen von Radio101 auf Kurzwelle, wo ein 1 Kilowatt-Verstärker an einer Yagi-Uda-Richtantenne bei gutem Funkwetter in ganz Mitteleuropa für eine recht nettes Signalstärke sorgte. ;-)


Funkthermometer Reichweite vergrössern: 7-Element-Yagi-Uda-Richtantenne für das 70cm-Band

Bitte beachten: Dieser Artikel beschreibt dem Umbau von Funk-Temperatursensoren / Aussenthermometern von Funk-Wetterstationen, die im 433MHz-Bereich senden (hier auf den Fotos ein Aussenthermometer bzw. eine Funk-Wetterstation, wie sie bei Aldi bzw. Hofer im November 2014 erhältlich war; diese arbeitet im 433MHz-Bereich).

Rechts das Foto einer Yagi-Uda-Richtantenne für das 70cm-Amateurfunkband, wo auch viele 433 MHz-Funkthermometer (Aussensensoren) betrieben werden.
Die Antenne auf dem Foto ist in einer feuchten Garage (der Aussensensor übermittelt neben der Temperatur auch die Luftfeuchtigkeit. Die soll ggfs. gesenkt werden, wenn sie zu hoch ansteigt).


Auch bei anderen Geräten mit anderen Frequenzbereichen geht dies (868 MHz zB), allerdings muss man dann entsprechend andere passende Richtantennen besorgen.

Der 433 MHz-Bereich hat Vor- und Nachteile. Vorteil: es geht immer noch deutlich besser durch Wände als 868 MHz (insbesondere, wenn sie feucht sind) und Richtantennen dafür gibt es zuhauf, sei es als 70cm-Amateurfunkantennen oder als Richtantennen für den PMR-Funk.
Nachteil: auf 433 MHz sind mehr Sender, somit potentiell mögliche Störungen – auch Amateurfunk mit bis zu 750 Watt.

Funkthermometer Reichweite vergrössern
Zur Vergrösserung der Reichweite muss man im Prinzip nur zwei Hürden überwinden:
1) eine Richtantenne kaufen (oder selber bauen) und
2) den Punkt auf der Platine finden, wo die Sendeleistung rauskommt.
Meist erkennt man diesen daran, dass dort eine aufgerollte Mini-Antenne drangelötet ist (Foto).




Mehr dazu im Detail weiter unten. Im einfachsten Fall reicht es übrigens schon, hier einfach nur einen 17cm langen Draht dranzulöten (bei Sendern im 433 MHz-Bereich. Formel: 300 / Sendefrequenz in MHz, das Ganze dividiert 4, also zB 300/(433*4) = ca. 0,17m).
Auch das würde die Reichweite schon erheblich vergrössern, vielleicht knapp verdoppeln. Für den einen oder anderen Fall vielleicht schon genug.


Die optimale Lösung ist aber eine Richtantenne. Diese verhindert, dass das Sendesignal des Aussenfühlers überall hin verteilt wird und bündelt es in Richtung des Empfängers.
Als Richtantenne kommen Yagi-Uda-Antennen mit 3-10 Elementen in Frage. Diese gibt es je nach Qualität für 10-40 Euro zu kaufen oder man kann sie selbst bauen.



Kondensatoren Diese wird mit einem Kabel an den HF-Ausgang (Hochfrequenzausgang) angelötet. Normalerweise verwendet man dazu Koaxialkabel. Allerdings entsteht, wenn man nicht besonders dünnes Kabel nimmt, an der Stelle, wo der Innenleiter des Kabel an den Punkt gelötet wird, wo die Sendeleistung rauskommt, eine ungünstige mechanische Belastung (Druck, Zug), zumal es ja im Regelfall SMD-bestückte Platinen sind, das könnte zu Abreissen oder Schäden führen.

Es gibt aber eine zunächst fast irre anmutende Lösung: Zweidraht-Litze! Diese ist nicht nur billig, schön weich und flexibel, sondern hat sogar einen, wenn auch nicht wie bei Koax exakt definierten, aber für unsere Zwecke doch recht passenden Wellenwiderstand (Impedanz) in der Grössenordnung von ca. 150 - 240 Ohm (Hinweis für den Laien: den Wellenwiderstand kann man nicht mit einem Ohmmeter messen, er ist lediglich das Verhältnis von Hochfrequenzspannung zum fliessenden hochfrequentem Strom).


Kondensatoren

Die Impedanz kann man recht genau berechnen (zB hier: http://www.qslnet.de/member/dl2rd/contao-2.9.4/tl_files/dl2rd-contao/Download/zweidrahtleitung.htm) – so kam ich überhaupt auf diese Idee. Naja, eigentlich kam ich darauf, weil ganz früher Hochfrequenz ja auch über Zweidrahtleitungen / Stegleitungen von den Sendern zu den Antennen geführt wurde. Und sowas machen wir hier in klein.

So, nach all diesen Überlegungen kann es jetzt losgehen.
Besorgen wir uns also etwas doppeladrige Litze und eine Yagi-Antenne für das 70cm-Band. Die Litze bekommt man im örtlichen Elektronikladen oder bei Pollin, Conrad, Reichelt und wie sie alle heissen.

Eine Yagi-Richtantenne für das 70cm-Band (430-440 MHz) bekommt man in Amateurfunk-Läden oder im I-net. Auch Richtantennen für PMR-Funk sind tauglich. Von extrem preiswerten für 9,90 (vermutl. aus China?) bei den bekannten Auktionshäusern (Hood oder E-Bay) bis zu hochqualitativer, robuster deutscher Handwerksarbeit für ca. 35 € ist alles zu finden.

Funkthermometer Reichweite vergrössern: Anschlus einer Yagi-Uda-Richtantenne

Die Litze wird in diesem Fall wegen ihrer höheren Impedanz nicht wie Koaxkabel über einen Balun an den Schleifen-Dipol angeschlossen, sondern direkt an den Dipol (siehe Foto rechts).
Im Idealfall am besten über einen kleinen Kondensator (zB 1 nF/30V - hier im Foto 4,7nF/100V), falls doch noch eine Gleichspannung am Antennenausgang des Senders anliegen sollte; denn der Schleifendipol würde sie kurzschliessen. Kommt aber zu 99% eh nie vor. Selbst die billigsten Funkthermometer haben dort fast immer selber noch einen Kondensator vor dem Antennenausgang auf der Platine, um die Gleichspannung der Batterie abzutrennen. Insofern kann man den Kondensator in den meisten Fällen weglassen.

Nun muss man noch das andere Ende der Litze mit dem Lötpunkt verbinden, wo die Sendeleistung rauskommt. Der ist meist leicht zu finden: dort ist meist eine aufgerollte-Mini-Antenne angelötet (siehe Fotos auf dieser Seite).

Funkthermometer Reichweite vergrössern: Anschluspunkt des HF-Ausgangs

Da diese eh kaum was abstrahlt, kann man sie getrost dranlassen (zumal man sich damit die Möglichkeit offenlässt, später wieder die Richtantenne zu entfernen) und lötet die Litze zusätzlich an diesen Punkt.
Bitte hier ganz vorsichtig löten, damit kein anderes umliegendes Bauteil was vom Lötzinn abbekommt.
Das andere Kabel der Litze kommt an Masse. Also dorthin wo auf der Platine die grösste Kupferfläche ist, die im Regelfall mit dem Minuspol der Batterie verbunden ist (dazu kann man wenn man sich nicht sicher ist auch einen Ohmmeter zur Hilfe nehmen).


Bevor man das Gehäuse wieder zu macht, muss man an der Seite des Gehäuses ein bisschen was "abknabbern" oder ein Loch reinbohren, damit das Kabel raus kann.

Eine ganz normale, billige Zwillingslitze (auf den Fotos hier in rot bzw. rot-weiss mit drauf) hat sich wie bereits oben erwähnt als Ideal herausgestellt. Abstrahlungsmessungen mit einem Spektrum-Analyzer (Foto unten) haben dies vollumfänglich bestätigt (Foto), ein Koaxkabel brachte nur unnötigen Stress beim Anlöten, aber keine signifikant besseren Werte.

Die Reichweite des Aussensensors konnte damit verdreifacht werden, was in den meisten Fällen zur Lösung des Problems führen dürfte. So kann zB Senden / Empfang durch eine störende Betonwand im Einzelfall überhaupt erst ermöglicht werden. Denn die Hersteller "vergessen" bei Ihren tollen Reichweiteangaben, dass wir in Europa aus Komfortgründen meist dicke WÄNDE nach draussen hin haben. Und die fressen viel an Signalstärke / Sendeleistung auf.

Natürlich sollte man der Vollständigkeit halber anführen, dass man bei Modifikationen an Sendern, wie eingangs bereits erwähnt, die Gesetze des jeweiligen Landes beachten sollte. ;-) Funkthermometer Reichweite vergrössern: Messung der Abstrahlung mit einem Spektum-Analyze

Aber es kein Fall bekannt, wo jemand verhaftet wurde (oder auch nur eine Strafe zahlen musste), weil er sich erdreistet hat, die (reale) Reichweite seines Funkthermometers von 10 auf 30m zu erhöhen. ;-)

Weiterer Tipp: viele der Sender haben Micro/AAA-Batterien.
Es lohnt sich, wenn man seltener die Batterien des Aussenfühlers wechseln möchte, an die Plus und Minus-Anschlüsse ein separates Batteriefach anzulöten (auf dem Foto ganz oben am Anfang ist eins mit drauf, in schwarz), in das man die grösseren Mignon-Akkus einlegen kann. Ja, Akkus. Der Hersteller hat zwar durchaus nicht ganz zu Unrecht geschrieben, dass man keine Akkus, sondern Batterien verwenden soll, weil Batterien 1,5 Volt haben, Akkus nur 1,2 V (hier in Summe dann 3 Volt gegenüber 2,4 V) – aber es funktionierte auch problemlos mit Akkus. Ist zumindest einen Versuch wert. Selbst wenn die Sendeleistung mit Akkus kleiner sein sollte. Aber durch die Antenne haben wir jetzt ja mehr als genug Reserve. ;-)

Übrigens kann man die Signale eines Funkthermometers auch digital mit PC auslesen, hier eine Anleitung: alexbloggt.com/funkthermometer-sdr


Und nun viel Spass beim basteln!




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