Antenna for 433 MHzAntenne für 433 MHz

Overview

Very inexpensive modules exist for the license‑free 433.92 MHz ISM band. The legally allowed transmit power is limited, and the hardware is fairly simple: the FS1000A is a SAW‑resonator OOK/ASK transmitter with a fixed carrier and roughly 10 mW max TX power, the XY‑MK‑5V is a superregenerative OOK/ASK receiver. These are widely available for a few euros.

Often, a quarter‑wave long wire is used and the counter‑poise is “whatever is nearby”. For this experiment, I built and tuned a proper poor man's ground‑plane antenna with radials to see how much range is possible from the modules.

What it does

Build and tune a 433.92 MHz 1/4‑wave ground‑plane antenna for the Perimeter Alarm RX/TX setup and push range as far as possible with the given RF modules.

Final tuning shows a S11 minimum near 433 MHz (about −35 dB) with phase crossing near 0°.

Equipment and Setup

• Antenna: 1/4‑wave vertical radiator with four radials in a pyramid below the radiator.
• Target frequency: 433.92 MHz.
• Initial radiator length: 174 mm measured from the base of the copper radials.
• NanoVNA calibration: performed before measurements; feedline included.

Build of the Antenna

The mechanical build uses brass tubes and an SMA connector. The brass tubes are bent into a pyramid and soldered to the SMA outer shell to form the radials. A straight wire (about 174 mm) is soldered to the SMA center pin as the vertical radiator.

Tuning and Measurement Plots

Calibration (NanoVNA)

The nanoVNA has to be calibrated including the feedline such that the reference is correct and well-defined. This is done by taking open, short and 50 Ohm measurements.

Open, short and 50 Ohm calibration plots (Smith chart only).

Measurement of initial build at 174 mm

With the calibrated nanoVNA the resonance of the initial antenna was measured, as expected somewhat lower resonance frequency.

Subsequent shortening of the antenna wire brings the resonance closer

Final result

Final result (narrow sweep confirmation)

Final State

• Radiator length: ~168 mm from base of copper radials.
• Four radials in a pyramid form below the radiator.
• Resonance at around 433 MHz with a −35 dB dip. This antenna was used in the Perimeter Alarm for the receiver; the transmitters use a simple 174 mm wire.
• This gives a range of several tens of meters in our house, through several concrete walls.
• I have not tried line-of-sight range outside due to bad weather and snow; will do that later.

Übersicht

Für das lizenzfreie 433,92‑MHz‑ISM‑Band gibt es sehr günstige Module. Die gesetzlich zulässige Sendeleistung ist begrenzt, und die Hardware ist recht simpel: Der FS1000A ist ein SAW‑Resonator‑OOK/ASK‑Sender mit fixem Träger und ca. 10 mW max. TX‑Leistung, der XY‑MK‑5V ist ein superregenerativer OOK/ASK‑Empfänger. Diese Module bekommt man für wenige Euro.

Oft wird ein Viertelwellen‑Draht verwendet und das Gegengewicht ist „alles in der Nähe“. Für diesen Versuch habe ich eine einfache „Arme‑Leute“‑Groundplane‑Antenne mit Radialen gebaut und abgestimmt, um zu sehen, wie viel Reichweite aus den Modulen herauszuholen ist.

Was es macht

Eine 433,92‑MHz‑Viertelwellen‑Groundplane‑Antenne für das Perimeter Alarm RX/TX‑Setup bauen und abstimmen, um mit den vorhandenen RF‑Modulen möglichst große Reichweite zu erzielen.

Die finale Abstimmung zeigt ein S11‑Minimum nahe 433 MHz (ca. −35 dB) mit Phasen‑Durchgang nahe 0°.

Equipment und Setup

• Antenne: 1/4‑Wellen‑Vertikalstrahler mit vier Radialen in Pyramidenform unter dem Strahler.
• Ziel‑Frequenz: 433,92 MHz.
• Start‑Strahlerlänge: 174 mm, gemessen ab Basis der Kupferradiale.
• NanoVNA‑Kalibrierung: vor den Messungen durchgeführt; Zuleitung/Feedline in der Kalibrierung enthalten.

Bau der Antenne

Der mechanische Aufbau nutzt Messingrohre und einen SMA‑Stecker. Die Messingrohre werden zu einer Pyramide gebogen und an die äußere SMA‑Schale gelötet – sie bilden die Radiale. An den Innenleiter des SMA wird ein gerader Draht (ca. 174 mm) als Vertikalstrahler gelötet.

Abstimmung und Messplots

Kalibrierung (NanoVNA)

Das NanoVNA muss inklusive der Zuleitung kalibriert werden, damit die Referenz korrekt und definiert ist. Das erfolgt durch Open‑, Short‑ und 50 Ohm‑Messungen.

Open, Short und 50 Ohm Kalibrierplots (nur Smith‑Chart).

Messung des Initialaufbaus bei 174 mm

Mit dem kalibrierten NanoVNA wurde die Resonanz der initialen Antenne gemessen, erwartungsgemäß mit etwas niedrigerer Resonanzfrequenz.

Weitere Kürzung des Antennendrahts bringt die Resonanz näher

Finales Ergebnis

Finales Ergebnis (enger Sweep zur Bestätigung)

Finaler Zustand

• Strahlerlänge: ca. 168 mm ab Basis der Kupferradiale.
• Vier Radiale in Pyramidenform unter dem Strahler.
• Resonanz bei ca. 433 MHz mit einem −35 dB‑Dip. Diese Antenne wurde im Perimeter Alarm für den Empfänger verwendet; die Sender nutzen einen einfachen 174 mm‑Draht.
• Damit erreichen wir in unserem Haus eine Reichweite von mehreren 10 Metern, durch mehrere Betonwände hindurch.
• Line‑of‑Sight außen habe ich wegen schlechtem Wetter und Schnee noch nicht getestet; das folgt später.