Antena 433,42 MHz – długość, typy, dopasowanie, Somfy RTS, IoT, poprawa zasięgu

Pytanie

Antena 433.42 mhz

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Dla częstotliwości 433,42 MHz najprostszą, skuteczną i najczęściej stosowaną anteną jest antena ćwierćfalowa (λ/4) o długości elektrycznej ≈ 17,3 cm, zamontowana pionowo i zasilona kablem koncentrycznym 50 Ω.
• W przypadku systemów Somfy RTS (433,42 MHz) lub innych urządzeń ISM/SRD poprawę zasięgu uzyskuje się przez: (1) wyniesienie anteny na zewnątrz i w górę, (2) minimalizację długości/tłumienia kabla oraz (3) zapewnienie odpowiedniej przeciwwagi (ground plane).

Kluczowe punkty
• λ/4 ≈ 17,3 cm • impedancja docelowa 50 Ω • polaryzacja pionowa • pasmo ISM 433,05–434,79 MHz • zgodność z ETSI EN 300 220, moc ≤ 10 mW ERP (UE).

Szczegółowa analiza problemu

1. Podstawy teoretyczne

Długość fali:
\[ λ=\frac{c}{f}= \frac{299\,792\,458\ \text{m/s}}{433{,}420\,000\ \text{Hz}}\approx 0{,}6916\ \text{m} \]

Typowe długości rezonansowe:
• λ/4 = 0,173 m (17,3 cm) • λ/2 = 0,346 m • 5λ/8 = 0,433 m.
W praktyce stosuje się współczynnik skrócenia \(k\approx0,95\) dla przewodów miedzianych (→​​17,3 cm × 0,95 ≈ 16,4 cm).

2. Najpopularniejsze konstrukcje

1. Ćwierćfala (whip/monopol)

   • Zysk ≈ +2 dBi, impedancja ~36 Ω →​ dopasowanie LC lub ćwierćfalowy transformator do 50 Ω.
   • Wymaga płaszczyzny masy; w napędach bram często wykorzystuje się metalową obudowę.

2. Dipol λ/2

   • Zysk ≈ +2,1 dBi, impedancja ~73 Ω, symetryczne zasilanie (balun).
   • Brak wymogu ground plane; długość całkowita ≈ 34,6 cm.

3. Antena helikalna

   • Kompaktowa (5–7 cm), niższa sprawność 20-50 %, idealna do pilotów, sensorów IoT.

4. Anteny o podwyższonym zysku

   • Yagi-Uda (kierunkowa, 6-12 dBi) lub kolinearna (dookólna, 3-8 dBi) – do łączy punkt-punkt lub dużych zasięgów.

3. Dopasowanie i pomiary

Docelowo VSWR < 2.
Metody dopasowania:
• transformator λ/4 z kabla 75 Ω (do 50 Ω) • sieć L-C • stub Ko-line.

Narzędzia: ręczny VNA (nanoVNA), reflektometr SWR, komora bezechowa (profesjonalnie).

4. Integracja z urządzeniami Somfy RTS

• Modulation: ASK A1, moc nadajnika ~-6 dBm ERP (wg kart katalogowych Eolis 3D, Altus WireFree).
• Zasięg nominalny: 150 m w wolnym polu.
• Zewnętrzna antena ćwierćfalowa z kablem 2 m (SMA męskie lub goły przewód) typowo zwiększa zasięg 2-4×.

Aktualne informacje i trendy

• Renesans pasma 433 MHz w IoT: LoRa 433, SigFox Zone 0, prywatne sieci FSK/ASK o niskim poborze mocy.
• Na rynek wchodzą zminiaturyzowane anteny SMD (np. Johanson 0433BM15A0001, Antenova M20047-1) zoptymalizowane do PCB-IoT.
• ETSI EN 300 220 v3.2.1 (2022-11) zaostrza wymagania dot. emisji poza pasmem; producenci wprowadzają filtrowane modemy (Semtech SX126x).
• Trend ku antenom zintegrowanym (flex/FPC) w automatyce rolet – łatwiejsza instalacja w plastikowych futrynach.

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Ground plane: dla monopolu λ/4 cztery radialne przewody λ/4 (≈ 17 cm) pod kątem 45–90° lub metalowa powierzchnia min. λ/4 × λ/4.
• Tłumienie kabla: RG-174 ≈ 0,45 dB/m @ 433 MHz; RG-58 ≈ 0,25 dB/m; H-155 ≈ 0,15 dB/m.
• Przeszkody: ściana żelbet. (-10 ÷ -20 dB), szyba z folią Al (-15 dB), liście mokre (-3 dB/m).

Aspekty etyczne i prawne

• Pasmo 433 MHz w UE: SRD/ISM, bez licencji, moc ERP ≤ 10 mW, obowiązek znakowania CE i spełnienia RED 2014/53/UE.
• Nadmierny zysk anteny + nadajnik > 10 mW ERP = ryzyko przekroczenia limitu – odpowiedzialność użytkownika.
• Prywatność: silniejsze anteny w systemach alarmowych zwiększają zasięg podsłuchu; warto stosować szyfrowanie rolling-code (Somfy RTS ma unikalny rolling-code 16-bit).

Praktyczne wskazówki

1. Najpierw zweryfikuj źródło problemu zasięgu: bateria pilota, zakłócenia SMPS/LED, pobliże metalowej puszki.
2. Jeżeli urządzenie ma śrubowy zacisk antenowy – wymień fabryczny drucik na promiennik λ/4 (17,3 cm) z pełnej miedzi Ø 1–1,5 mm.
3. Przy dłuższym kablu wybierz RG-58 lub H-155 i unikaj zbędnych złączy.
4. Ustaw antenę pionowo, > 2 m nad ziemią i ≥ 0,7 m od dużych metalowych elementów.
5. Po montażu zmierz VSWR prostym analizatorem – skróć/ wydłuż promiennik o 1-2 mm dla minima odblasku przy 433,42 MHz.
6. W środowisku przemysłowym rozważ antenę kolinearną 3–5 dBi na maszcie aluminiowym – pozwoli utrzymać limit ERP przy niższej mocy nadajnika.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Anteny helikalne różnią się parametrami między producentami; bez strojenia na VNA ich rezonans bywa < 420 MHz lub > 440 MHz.
• Domowe strojenie metodą “na długość” nie kompensuje wpływu obudowy; rezultaty mogą się różnić ±3 dB.
• Pasmo 433 MHz jest zatłoczone (stacje pogodowe, czujniki TPMS, IoT); poprawa anteny odbiorczej nie rozwiąże problemu interferencji ciągłej (należy rozważyć filtr SAW).

Sugestie dalszych badań

• Porównanie anten PCB-SMD vs. helikalnych w obudowie ABS metodą pomiaru pola w komorze GTEM.
• Analiza wpływu radial-length i kąta rozchylenia na impedancję λ/4-ground-plane.
• Test scenariuszy diversity (2× antena λ/4 przesunięte λ/2) w automatyce bram.
• Przegląd nowych układów RF (Semtech LR1110 433 MHz + GNSS) pod kątem kompatybilności antenowej.

Zasoby: “Antenna Theory” (C. Balanis, rozdz. 14), ETSI EN 300 220-3-1, aplikacyjne noty TI AN043 (433 MHz PCB whip).

Krótkie podsumowanie

Antena na 433,42 MHz powinna mieć dokładnie dostrojoną długość rezonansową (~17,3 cm dla monopolu) i być zamontowana pionowo, wysoko oraz z minimalnymi stratami w kablu. W systemach Somfy RTS lub dowolnych urządzeniach ISM zastosowanie zewnętrznej, ćwierćfalowej anteny z dobrym ground plane oraz dopasowaniem do 50 Ω najczęściej podwaja-potraja zasięg bez naruszania ograniczeń prawnych. Dalsza optymalizacja obejmuje pomiary VNA, redukcję zakłóceń i – w razie potrzeby – przejście na anteny o wyższym zysku, pamiętając o limitach ERP.