Antenne messen mit dem NanoVNA: SWR bei 868 MHz richtig bestimmen

Warum überhaupt messen?

Auf fast jeder LoRa-Antenne steht „868 MHz“. Ob sie auch dort abgestimmt ist, steht auf einem anderen Blatt. In der Community wurden in den letzten Wochen etliche Antennen nachgemessen, mit ernüchternden Ergebnissen:

• Eine 6-dBi-Antenne, beschriftet mit 860 bis 880 MHz, hatte ihr bestes SWR von 1,1 bei 908 MHz. Bei 868 MHz lag sie bei 2,2.
• Eine Breitbandantenne für 860 bis 930 MHz war bei 905 MHz resonant, bei 869 MHz aber mit SWR 1,45 noch gut brauchbar.
• Eine Antenne wurde sogar bis 1,5 GHz durchgemessen: Ihr Bestwert lag bei 1,13 GHz, bei 868 MHz kam sie auf ein SWR um 3.
• Die Beipack-Antennen vieler Geräte, etwa beim SenseCAP P1, sind eher auf das amerikanische 915-MHz-Band abgestimmt.
• Dagegen kam ein günstiges Fünferpack kleiner Knickantennen auf SWR-Werte zwischen 1,02 und 1,14.

Kurz: Preis, Gewinnangabe und Aufdruck sagen wenig. Eine Messung sagt viel. Und weil ein schlecht passender Strahler auf beiden Seiten Pegel kostet, beim Senden und beim Empfangen, lohnt sich das gerade bei Repeatern.

Welcher NanoVNA?

Für Antennen um 868 MHz reicht ein einfaches Gerät. In der Community verbreitet sind:

Für LoRa allein ist ein NanoVNA-H4 völlig ausreichend. Wer auch 2,4- oder 5-GHz-Antennen messen will, braucht ein Gerät bis 6 GHz. Achte darauf, dass ein Kalibrierset (Open, Short, Load) und zwei kurze Kabel dabei sind. Billige Kopien mit schlechter Firmware gibt es reichlich, ein Gerät von einem bekannten Anbieter erspart Ärger.

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Gut zu wissen: Viele NanoVNA-Modelle messen oberhalb bestimmter Frequenzen mit Oberwellen. Dort wird die Messung ungenauer, und manche sehen in der Kurve einen kleinen Sprung, etwa um 900 MHz. Für die Beurteilung bei 868 MHz ist das kein Problem, solange du sauber kalibrierst.

Schritt für Schritt

1. Messbereich einstellen

Stelle Start 800 MHz und Stopp 950 MHz ein. So siehst du 868 MHz und das amerikanische Band daneben und erkennst sofort, wohin die Antenne wirklich abgestimmt ist.

Miss nicht von 1 MHz bis 1,5 GHz. Dann verteilt das Gerät seine Messpunkte über den ganzen Bereich, und um 868 MHz bleiben nur wenige übrig. Die Kurve wird grob und schwer abzulesen.

2. Kalibrieren, und zwar an der richtigen Stelle

Das ist der wichtigste Schritt und die häufigste Fehlerquelle.

1. Schließe das Kabel oder den Adapter an Port 1 (CH0) an, an dem später die Antenne sitzt.
2. Starte im Menü die Kalibrierung und schraube nacheinander Open, Short und Load auf das freie Ende dieses Kabels.
3. Bei Geräten mit zwei Ports zusätzlich Through und Isolation, wenn du auch Filter oder Kabel messen willst. Für Antennen reicht Port 1.
4. Kalibrierung speichern.

Kalibriere immer an dem Ende, an das die Antenne kommt. Steckst du nach der Kalibrierung noch einen Adapter dazu, misst du den Adapter mit. Nach größeren Temperaturänderungen, etwa wenn du das Gerät aus der warmen Wohnung in die Kälte nimmst, lohnt sich eine neue Kalibrierung.

Prüfe die Kalibrierung kurz: Mit dem Load-Stecker auf dem Kabel muss das SWR über den ganzen Bereich bei 1,0 liegen, im Smith-Diagramm sitzt der Punkt genau in der Mitte.

3. Antenne richtig aufstellen

Die Umgebung verstimmt eine Antenne. Deshalb:

• Senkrecht und frei, mindestens eine Armlänge weg von Wänden, Metall, Monitor und dir selbst.
• Nicht in der Hand halten. Deine Hand verschiebt die Resonanz.
• Knickantennen gestreckt messen. Geknickt sind sie verstimmt.
• Antennen, die einen Mast oder eine Grundplatte als Gegengewicht brauchen, messen ohne Mast anders. Eine solche Antenne lag frei hängend bei etwa 900 MHz und mit Masthalter und einem Stück Metallrohr bei 870 MHz.

4. Ablesen

Setze einen Marker auf 869,5 MHz. Das ist die Mitte des Bereichs, den MeshCore in Deutschland nutzt (siehe Einstellungen für Deutschland). Lies dort das SWR ab. Dann such das Minimum der Kurve: Dort ist die Antenne resonant.

Ein SWR von 1,5 kostet weniger als 0,2 dB, ein SWR von 2 rund 0,5 dB, ein SWR von 3 schon über 1 dB. Das ist der reine Anpassungsverlust. Liegt die Resonanz dazu noch weit daneben, strahlt die Antenne bei 868 MHz oft auch schlechter ab, als die Zahl vermuten lässt.

Plausibel ablesen: Die Kurve hat ein Tal. Je weiter du dich vom Tal entfernst, desto höher wird das SWR. Ist das SWR näher am Tal höher als weiter weg, stimmt etwas mit der Messung nicht. Dann Kalibrierung und Stecker prüfen.

5. Am Einbauort nachmessen

Eine Antenne, die im Wohnzimmer perfekt misst, kann am Mast anders aussehen. Ein Metallmast in der Nähe verstimmt sie und schirmt eine Richtung ab. Wenn möglich, miss auch in Einbaulage, mit dem Kabel, das später dranhängt. Mehr zur Montage: Repeater-Standort und Montage.

Was das SWR nicht verrät

Ein gutes SWR heißt nur: Die Antenne nimmt die Leistung an. Ob sie sie auch abstrahlt und wohin, sagt das SWR nicht. Ein 50-Ohm-Abschlusswiderstand hat ein perfektes SWR und strahlt gar nichts ab.

• Wirkungsgrad und Richtdiagramm lassen sich im Wohnzimmer nicht messen. Seriöse Hersteller geben sie im Messprotokoll an. Mehr dazu: Die richtige 868-MHz-Antenne.
• Smith-Diagramm: Wer tiefer einsteigen will, schaut sich zusätzlich die Impedanz an. Ideal sind 50 Ohm ohne Blindanteil, also der Punkt genau in der Mitte. Messdaten lassen sich als .s1p-Datei speichern und in Simulationswerkzeuge laden.
• Rauschen: Manche Antennen mit sehr gutem SWR fangen am Standort mehr Störungen ein. Dagegen hilft ein SAW-Filter, nicht eine andere Antenne.

Der Praxistest: Vergleich mit einer Referenzantenne

Erfahrene Betreiber prüfen Antennen nicht nur am NanoVNA, sondern auch im Funkbetrieb. Ein bewährtes Vorgehen aus der Community:

1. Eine bekannte, gute Antenne als Referenz festlegen.
2. Einen Repeater als Gegenstelle in etwa 20 m Entfernung aufstellen, einen Companion auf der anderen Seite, beide fest montiert.
3. Den Companion auf sehr niedrige Sendeleistung stellen, damit die Unterschiede sichtbar werden.
4. Abwechselnd Referenz und Testantenne anschrauben und RSSI und SNR vergleichen, mehrere Pakete pro Antenne.

So siehst du, ob sich ein höherer Gewinn tatsächlich bemerkbar macht. Ein Fehler, den viele machen: lange, stark bündelnde Antennen strahlen sehr flach ab und funktionieren nicht an jedem Standort besser als ein einfacher Rundstrahler.

Typische Fehler beim Messen

• Zu breiter Messbereich. 800 bis 950 MHz reichen.
• Nicht oder falsch kalibriert. Kalibrierung am Ende des Kabels, an dem die Antenne sitzt.
• Adapter nach der Kalibrierung dazugesteckt. Dann misst du den Adapter mit.
• RP-SMA und SMA verwechselt. Das Gewinde passt, der Mittelkontakt nicht, die Messung zeigt Unsinn. Siehe Antennenkabel und Stecker.
• Antenne in der Hand oder am Monitor. Frei aufstellen.
• Port 2 statt Port 1. Antennen werden an CH0 gemessen.
• Nie an einem Sender messen. Den NanoVNA nur an eine Antenne oder ein ausgeschaltetes Gerät hängen, nie an eine Buchse, auf der gerade gesendet wird.

Und wenn die Antenne schlecht misst?

Bei fertigen Antennen kannst du in der Regel nichts nachstimmen. Bei Selbstbauten schon: Strahler einen Hauch länger lassen und mit dem NanoVNA in kleinen Schritten kürzen, bis das Minimum bei 869 MHz liegt. Maße und Bauanleitungen: Antenne selber bauen.

Wer nicht messen und nicht basteln will, kauft am besten eine Antenne, die nachweislich auf 868 MHz gemessen ist.

Fragen?

Häng deine Messkurve mit Start, Stopp und Marker in die Telegram-Gruppe, Themenbereich Antennen: https://t.me/meshcorede. Schreib dazu, wie und wo die Antenne beim Messen stand.