ESP-8266 и уровень сигнала: выбор типа антенны
За прошедший с момента своего появления год ESP-8266 мутировал из аскетичной ревизии 01 в многоногих монстров вроде ESP-201 или NodeMCU board, способных существенно подвинуть младшие Ардуины из сегмента “меряю температуру, мигаю светодиодом”, выдавая бесплатным бонусом полноценный WI-FI. Собственно, в качестве этого самого Wi-Fi у разных ревизий платы я и предлагаю разобраться.
Идея этого теста появилась как следствие ошибки проектировщика: тщательно продуманный, собранный и отлаженный блок управления насосной станцией, будучи установленным на свое место работы — в ванную комнату, банально не видел сигнала домашнего роутера.
Вволю поупражнявшись в жонглировании слаболитературными оборотами сел гуглить, у кого из плат семейства ESP-8266 сигнал получше, но, вопреки ожиданиям, среди тонн статей и рулонов форумов этой информации найти не удалось. Посему решил восполнить этот пробел: стараниями дядюшки Ляо разжился четырьмя разными ревизиями платы с разными типами антенн, которые и будут участвовать в тестах уровня сигнала.
Давайте для начала разберемся, какие типы антенн ставят на платы с чипом 8266. Их всего три варианта:
- PCB (Printed Circuit Board) — антенна, “распечатанная” на самой плате. Присутствует в моделях ESP-01, ESP-12, ESP-13(и ее клоне wroom 2), ESP-201, а также на плате NodeMCU.
- Керамическая. По сути — проводник, запеченный внутри керамического корпуса. За счет большей диэлектрической проницаемости керамики удается сделать такие антенны более компактными. Такие антенны присутствуют на платах ESP-03, ESP-07 и ESP-11.
- Антенна отсутствует. В лучшем случае стоит разъем IPX. Если нет — придется подпаиваться к выводам.
ESP-01 — печатная антенна.
ESP-201 — печатная, плюс IPX-разъем под внешнюю.
ESP-07 — керамическая, плюс IPX-разъем под внешнюю.
ESP-12 — печатная
Эта плата вообще кладезь “нетрадиционно-ориентированных” инженерных и дизайнерских решений. Вот и выбор антенны реализован весьма необычно: для переключения между встроенной и внешней антеннами необходимо всего лишь перепаять SMD-резистор, выполняющий роль перемычки. По умолчанию “включена” внешняя антенна.
Еще один момент, на который стоит обратить внимание: на ESP-201 некоторых серий IPX-разъем был припаян в обратной полярности — центральным контактом на землю. Если внешняя антенна работает совсем уж плохо — стоит проверить.
Дополнительно был проведен тест внешних антенн (ссылки далее я даю только для идентификации антенн, а не в качестве рекомендации магазина или торговой площадки):
— Проводок, что идет в комплекте с ESP-201. Вид не предвещает ничего хорошего. Хочу понять, даст ли он хоть какой-то выигрыш в сравнении с встроенными антеннами.
— Китайская антенна за $1. Обычная антенна, скорее всего стоящая в большинстве дешевых роутеров.
— Антенна Banana Pi. Шла в комплекте с компьютером, но и отдельно продается.
Интересно, стоит ли ее использовать по назначению или лучше сразу заменить.
Upd: Чуть позже провел экспресс-тест с антенной от роутера Asus rt-n13, результаты вышли немного хуже, чем с антенной №2. В таблице тест не отражен, т.к. было невозможно точно воспроизвести условия.
Тест проводился на улице, в сельской местности, иных Wi-Fi сетей в радиусе обнаружения небыло. Для измерения уровня сигнала был использован смартфон с программой WIFI Analyzer, поэтому результаты относительны.
Вот что показали замеры (dBm):
| Плата | 2м | 25м | 50м |
| Встроеные антенны | |||
| ESP-01 (печатная) | -51 | -67 | -84 |
| ESP-07 (керамическая) | -55 | -75 | -82 |
| ESP-12 (печатная) | -63 | -84 | -85 |
| ESP-201 (печатная) | -66 | -93 | — |
| Внешние антенны | |||
| ESP-07(Антенна №1) | -62 | -74 | -81 |
| ESP-07(Антенна №2) | -52 | -66 | -74 |
| ESP-07(Антенна №3) | -49 | -58 | -67 |
| ESP-201 (Антенна №1) | -69 | -76 | -88 |
| ESP-201 (Антенна №2) | -59 | -71 | -88 |
| ESP-201 (Антенна №3) | -44 | -67 | -80 |
Выводы:
- Антенны типа “мышиный хвост” в данном случае не имеют существенных преимуществ перед встроенными. Единственное, когда их применение оправдано — экранирующий корпус устройства и требования к минимизации веса/размера.
- Керамическая антенна при своей компактности обладает несколько лучшими характеристиками, нежели протестированные печатные.
- Печатная антенна вполне годна к применению в рабочих устройствах на базе 8266, при условии, что она нормально согласована с платой ( мой положительный опыт: ESP-01, ESP-12; отрицательный — ESP-201), однако немного уступает керамической. В силу специфики PCB допускаю, что в одной серии могут найтись платы, существенно отличающиеся по чувствительности антенны. Также данный вид антенны не рекомендован в условиях повышенной влажности (текстолит гигроскопичен, характеристики антенны могут поплыть)
- ESP-201 со всеми видами антенн проигрывает остальным платам, что, вкупе с остальными ее недостатками, позволяет рекомендовать ее исключительно для экспериментов/прототипирования.
Увеличение дальности работы ESP8266 версии 01
Реально ли увеличить дальность работы модуля ESP-01, если к его печатной антенне припаять доп. антенну, например от радиотелефона? И вообще какая дальность работы этого модуля в городских условиях? Пробъет ли, например 10 этаж до 2-го этажа многоэтажки?
Victor
Administrator
Реально ли увеличить дальность работы модуля ESP-01, если к его печатной антенне припаять доп. антенну, например от радиотелефона? И вообще какая дальность работы этого модуля в городских условиях? Пробъет ли, например 10 этаж до 2-го этажа многоэтажки?
Не серьезно к PCB антенне припаиваться. Лучше брать модуль с разъемом для антенны и подключать нормальную антенну. Но пробьет/не пробьет вам никто не скажет — надо пробовать. А по дальности — смотрите
ESP8266 Wifi Range/Distance Tests
casius
New member
Да, я понимаю, что не серьезно, но других модулей в наличии нет. Меня больше интересует то, что не перегреется модуль, если подцепить внешнюю антенну, все же нагрузка дополнительная. Видео это видел. Эксперимент интересный, но это на открытой местности и модуль не ESP-01, а постарше там возможен в схеме еще каскад усиления стоит. Мне думалось уже кто нибудь пробовал в реальных городских условиях протестировать дальность. Похоже, я и буду первым.
Andy Korg
Moderator
casius
New member
Получается, что ESP-01 отличается от ESP-07 местом для покл. внешней антенны, экранированием и дополнительными физическими выходами и всё?
Andy Korg
Moderator
ESP-01 отличается от ESP-07 местом для покл. внешней антенны, экранированием и дополнительными физическими выходами и всё?
Совершенно верно. Где-то тут на форуме была фотка со снятым экраном модуля esp-12. На ней видно что ничего нового по сравнению с esp-01 под экраном нет
JustACat
Moderator
casius, пока что все ESP от 01 до 12 между собой отличаются минимально: расположением элементов, немного разводкой (и, соответственно, количеством выведенных GPIO), наличием/видом антенны, наличием разъема для подключения внешней антенны, наличием металлического шильдика. Может у кого-то из продавцов можно найти модули с увеличенной памятью, но я особо не искал.
Вот, вроде, и все.
Ни о каких прорывах ни в одной из версий я лично не слышал пока что.
casius
New member
casius, пока что все ESP от 01 до 12 между собой отличаются минимально: расположением элементов, немного разводкой (и, соответственно, количеством выведенных GPIO), наличием/видом антенны, наличием разъема для подключения внешней антенны, наличием металлического шильдика. Может у кого-то из продавцов можно найти модули с увеличенной памятью, но я особо не искал.
Вот, вроде, и все.
Ни о каких прорывах ни в одной из версий я лично не слышал пока что.
Спасибо за ответ. Вы как то писали об возможности использования антенны. Вы пробовали? Дальность в городских условиях повысилась?
JustACat
Moderator
casius, нет, увы, пока совсем не до этого. Работы много, боюсь, не скоро руки дойдут проверить. Хотя вы уже 2, кто про дальность работы спрашивает. Может все таки выкрою время и протестирую, но пока не обещаю, извините.
Update: вот, протестировал, что пока успел.
Вопрос О мощности передатчика и дальности связи ESP-12e
Здравствуйте.
Esp-12e с печатной антенной. Какова дальность устойчивой связи? Насколько понял есть возможность регулировать мощность в попугаях от 0 до 82. Если из Ардуино IDE то WiFi.setOutputPower(a); Где а от 0 до 20.5дБм. Судя по показанием измерителя wifi разница между а=0 и а=20.5 есть. Но по току потребления модуля не заметно. В обоих случаях в районе 100мА. В сети пишут про 300метров дальности связи, у меня в условиях загорода и отсутствия помех вообще, при а=20.5дБм получилось со смартфоном связываться всего на 50-70метров. Это нормально? Второй вопрос, на крышке написано 25дБм. Если попытаться изменить библиотеку и раскачать модуль то он: раскачается/ не раскачается/ сгорит?
Сергей_Ф
Moderator
@AlexandreVN зачем менять библиотеку? Обратитесь напрямую к system_phy_set_max_tpw(val); и проведите эксперимент. О результатах можете сообщить тут
nikolz
Well-known member
Здравствуйте.
Esp-12e с печатной антенной. Какова дальность устойчивой связи? Насколько понял есть возможность регулировать мощность в попугаях от 0 до 82. Если из Ардуино IDE то WiFi.setOutputPower(a); Где а от 0 до 20.5дБм. Судя по показанием измерителя wifi разница между а=0 и а=20.5 есть. Но по току потребления модуля не заметно. В обоих случаях в районе 100мА. В сети пишут про 300метров дальности связи, у меня в условиях загорода и отсутствия помех вообще, при а=20.5дБм получилось со смартфоном связываться всего на 50-70метров. Это нормально? Второй вопрос, на крышке написано 25дБм. Если попытаться изменить библиотеку и раскачать модуль то он: раскачается/ не раскачается/ сгорит?
мощность передатчика 100 мвт
при этом ток 300 ма
средний ток в 80 ма — это ток приемника и процессора
передатчик работает короткими импульсами примерно в 2 мс
дальность зависит от направленности антенны
про дальность на 2.4Ггц можно найти в инете
с направленной антенной ESP32 (мощность такая же как ESP8266) есть сообщение о дальности до 10 км