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:

  1. 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.
  2. 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.
  3. Антенна отсутствует. В лучшем случае стоит разъем IPX. Если нет — придется подпаиваться к выводам.

В тесте участвовали четыре платы:

ESP-01 — печатная антенна.
ESP-201 — печатная, плюс IPX-разъем под внешнюю.
ESP-07 — керамическая, плюс IPX-разъем под внешнюю.
ESP-12 — печатная

Нюанс с ESP-201.
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 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.
Поделиться публикацией

Комментарии 16

    0
    Спасибо за обзор. Как раз играюсь c ESP-201 и думаю, на какой модуль / антенну переходить.
    У меня она работает вообще без антенны (внешнюю не подключал, перемычку не перепаивал). В пределах комнаты сигнал хороший и даже «пробивает» одну бетонную стену.
      0
      Без антенны ESP-201 выдает сигнал не особо отличающийся от того, что получается с антенной №1(провод). Вот именно, что для «в пределах комнаты». Хотя если попробуете его встроить, скажем, в умную розетку под массивным столом — возможно разочарование.
      0
      А не подскажите ли какие хитрости нужны чтобы завести ESP-07? Заказал пару штук, но так и не смог обнаружить какой-либо активности ни в плане Wi-Fi, ни на UARTе. Вроде какие-то выводы нужно было на землю или на питание сажать, но так и не разобравшись, отложил это чудо в долгий ящик… :(
        0
        Минимальное подключение для ESP-07:
        CH_EN(EN) -> 3.3B
        VCC ->3.3В
        GPIO -> земля
        GND -> земля
        Ну и блок питания, способный пиково выдать хотя бы 700мА(среднее потребление на порядок ниже, но в некоторые моменты 8266 весьма прожорлив).
          0
          Если у читателей есть интерес к теме, могу написать краткое руководство по теме «ESP-ХХ — проблемы первого старта».
            0
            Спасибо! Было бы очень здорово
              0
              +100500. Лежат дома без дела когда-то заказанные три модуля esp-12… Виснут на старте, флудя в лог фатал еррор. С одним немного удалось поиграться, но через 5 минут то же самое.
              Вот и думаю, то ли я их спалил (хотя вроде не с чего), то ли питания на входе не хватает (не знаю как 700, но стабильные 300ма там есть, правда надо бы ещё на входе конденсатор было допаять).

              Но в целом очень хотелось бы увидеть полноценную статью типа get started, с описанием известных проблем и нюансов…
              +1
              Пардон, закралась опечатка:
              Вместо «GPIO -> земля» нужно GPIO15 -> земля
                0
                Добавлю ещё свои грабли.
                ESP-201 нормально запускалась от USB, но не хотела стартовать от внешнего блока питания (по документации мог давать до 3А в пике).
                Пока не добавил «классическую» схему сброса: RST к питанию через резистор и к земле через конденсатор.
                +1
                На самом деле в случае с 07 есть не очень очевидный ньюанс. Встроенная и внешняя антенны соединены через конденсатор, соответственно чаще всего они будут рассогласованы. Поэтому при использовании внешней антенны конденсатор рекомендуется удалить. Интересно было бы взглянуть на тесты без него. Еще интересно было бы увидеть в табличке результаты теста внешней антенны с проводом (на али таких навалом).
                  0
                  Встроенная и внешняя антенны соединены через конденсатор
                  Проверил: на двух имеющихся у меня экземплярах антенны соединены через резистор-перемычку.
                    +1
                    http://www.esp8266.com/viewtopic.php?f=6&t=1550
                    По отзывам, что бы это не было, но оно лишнее при использовании внешней антенны.
                      0
                      По отзыву, человек подключил две несогласованных антенны(параметров второй мы не знаем).

                      Если керамика ESP-07 рассчитана на определенное волновое сопротивление линии (полагаю, что 50Ом), то подключив внешнюю антенну, также рассчитанную на соответствующий входной импеданс хуже мы сделать не должны.
                      Собственно, этот случай хорошо иллюстрирует преимущества керамической антенны перед печатной, т.к. ее характеристики можно выдерживать довольно точно.
                        0
                        В том то и дело, что у китайских внешних антенн волновое сопротивление не знает даже сделавший ее китаец ;)
                        Сегодня как раз ездил на дачу закрывать сезон. У меня там в погребе стоит 07 с прошивкой от home-smart. Модуль постоянно терял сеть и количество реконнектов просто зашкаливало. Отпаял этот кондер (или резистор) и число реконнектов уменьшилось минимум на порядок.
                          0
                          Очень интересно!
                          А какая внешняя антенна у Вас?
                            0
                            Конкретный лот уже не найду. Вот очень похожая:
                            http://ru.aliexpress.com/item/1-pcs-Wifi-WLAN-5-X-Range-Booster-SMA-2-4GHz-9DBI-Wireless-Antenna-Extender-Base/1600223310.html

                Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                Самое читаемое