- Maasto: Kukkulat ja vuoret ovat suuria esteitä. Myös kaupunkien rakennukset estävät signaaleja ja saavat ne kimpoilemaan, mikä voi heikentää LoRa-signaalin kantamaa.
- Kasvillisuus: Tiheät metsät, erityisesti märillä lehdillä, imevät radioenergiaa. Tämä voi pudottaa Meshtasticin kantaman muutamaan sataan metriin. Antennin nostaminen puiden yläpuolelle auttaa.
- Sää: Kova sade, sumu tai lumi voivat imeä ja hajottaa radiosignaaleja, heikentäen LoRa-kantamaa. Toisaalta tietyt sääilmiöt, kuten lämpötilainversiot, voivat luoda "kanavia", jotka kuljettavat signaaleja poikkeuksellisen pitkälle. Lämpötilainversio tarkoittaa ilmakehän tilannetta, jossa lämpötila nousee ylöspäin mentäessä, vaikka normaalisti ilman pitäisi kylmetä korkeuden kasvaessa.
- Häiriöt: Muut laitteet, jotka käyttävät samoja radiotaajuuksia, voivat heikentää Meshtastic-kantamaa. Kaupunkiympäristöissä on yleensä enemmän radiomelua kuin maaseudulla.
- LoRa-laitteissa voi säätää lähetystehoa 0–20 dBm väliltä (joissain laitteissa jopa 22 dBm saakka).
- Suurempi teho tarkoittaa pidempää kantamaa, mutta myös akku kuluu nopeammin.
Antennin päivittäminen on usein tehokkain tapa parantaa Meshtastic-laitteen kantamaa merkittävästi.
Monien Meshtastic-laitteiden mukana tulevat pienet antennit ovat huonoja kunnollisien yhteyksien luomiseen. Parempi antenni voi muuttaa tilannetta ratkaisevasti ja kasvattaa huomattavasti Meshtastic-laitteen toimintasädettä.
- Antennin täytyy vastata oman alueen LoRa-taajuutta. Euroopassa käytämme taajuutta 868 MHz. Väärälle taajuudelle viritetty antenni toimii huonosti.
- Korkeamman vahvistuksen antennit (kuten 3 dBi, 5 dBi) voivat keskittää energiaa ja kasvattaa kantamaa, mutta saattavat vastaavasti olla suuntaavampia.
- On olemassa myös suunta-antenneja, mutta ne keskittävät antennin säteilykuvion yhteen suuntaa ja sopivat vain sellaisissa tilanteissa, joissa tiedetään toisen laitteen sijainti.
- Yleensä Meshtastic-antennit ovat pystypolarisoituja. Sekä lähettävän että vastaanottavan antennin tulisi olla samalla polarisaatiolla signaalihäviön välttämiseksi.
- Asenna ympärisäteilevät antennit pystysuoraan. Pidä ne korkealla, esteistä vapaana ja kaukana suurista metalliesineistä.
- Usein antenneissa käytetään SMA-liittimiä. Varmista, että uusi antenni sopii laitteeseesi. Adapterit ja pitkät tai väärät kaapelivalinnat aiheuttavat signaalihäviöitä.
Antennin vahvistus dBi tarkoittaa radiotaajuisen signaalin suuntaamista tai keskittämistä johonkin suuntaan.
Antenneissa, joissa on suuri dBi-luku kantaa kauemmaksi, mutta signaalin suuntakuvio kapenee vahvistuksen kasvaessa.
Paljon vahvistavat antennit soveltuvat parhaiten maastoon missä ei ole esteitä ja vähemmän vahvistavat antennit ympäristöön jossa on esteitä.
Alla olevaan kuvaan on piirretty esimerkki siitä, kuinka antennin suuntakuvio muuttuu sen vahvistuksen kasvaessa.
Seisovan aallon suhde (SWR) kertoo, kuinka hyvin antenni on sovitettu lähetettävään RF-signaaliin. Se on suhdeluku, joka mittaa edestakaisten aaltojen amplitudien suhdetta kaapelissa.
Huono SWR tarkoittaa, että osa lähetystehosta heijastuu takaisin lähettimeen, mikä heikentää kantamaa ja voi kuumentaa LoRa-laitteen RF-piiriä ja lopulta vahingoittaa sitä.
- SWR ≈ 1:1 on täydellinen sovitus, jolloin teho siirtyy lähes kokonaan antenniin.
- SWR > 2:1 alkaa olla tehohäviöitä ja liian korkea SWR voi vahingoittaa lähetintä.
- Suositeltavaa olisi pitää SWR alle 1.5:1–2:1
- X-akselilla on seisovan aallon suhde (SWR), jossa arvo 1 on ihanteellinen ja suuremmat arvot kuvaavat huonompaa sovitusta.
- Y-akselilla näkyy heijastuneen tehon osuus prosentteina.
- Kaavio osoittaa, kuinka nopeasti heijastunut teho kasvaa SWR:n kasvaessa ja jo pienikin kasvu SWR-arvossa nostaa heijastuneen tehon määrää merkittävästi.
Kaapelivalinnan Merkitys
Meshtastic-laitteissa antennikaapelin valinta vaikuttaa merkittävästi signaalin laatuun ja kantamaan. Kaapeli yhdistää radion ja antennin, ja sen tehtävänä on välittää RF-signaali mahdollisimman pienillä häviöillä.
- Ohut ja halpa kaapeli esim. RG-174 antaa suuria häviöitä ja sopii vain hyvin lyhyille maksimissaan 1 metrin vedoille.
- Paksumpi ja laadukkaampi kaapeli esim. RG-58, RG-213 tai LMR-400 antaa pienemmät häviöt ja mahdollistaa pidemmät vedot.
Kaapelin pituuden vaikutus
Kaapelin pituus kasvattaa signaalihäviötä eksponentiaalisesti. Jokainen metri lisää häviötä, mikä heikentää lähetystehoa ja vastaanottoherkkyyttä.
- RG-174 kaapelin häviö 868 MHz taajuudella on noin 1,5 dB/metri.
- LMR-400 kaapelin häviö 868 MHz taajuudella o noin 0,1 dB/metri.
Kaapelihäviöt käytännössä
- 5 metriä RG-174-kaapelia tuottaa noin ~7,5 dB häviötä, eli hyvin suurta häviötä ja joka vie yli 80 % tehosta!
- 5 metriä LMR-400-kaapelia tuottaa noin ~0,5 dB häviötä, eli on aika marginaalista ja joka vie alle 10% tehosta.
Käytännön suositukset
- Pidä kaapeli mahdollisimman lyhyenä. Vie mieluummin radio lähemmäs antennia ja käytä pitkää virtajohtoa, jos mahdollista.
- Valitse mahdollisimman vähän häviötö tuottava kaapeli, etenkin jos pituus ylittää 1–2 metriä.
- Vältä adaptereita ja ylimääräisiä liittimiä, sillä jokainen liitin lisää häviötä.
Jos Meshtastic LoRa -laitteen antenni tai kaapeli ei vastaa oikeaa impedanssia (tyypillisesti 50 Ω useimmille LoRa-laitteille), tapahtuu useita mahdollisia ongelmia.
Tehon heikkeneminen / signaalin heikkeneminen
- Kun impedanssit eivät täsmää, osa lähetettävästä tehosta heijastuu takaisin laitteeseen sen sijaan, että se menisi antenniin.
- Tämä johtaa siihen, että radiolähetteen kantama lyhenee ja vastaanotto saattaa heikentyä huomattavasti.
- Korkea VSWR tarkoittaa, että laitteeseen heijastuu merkittävä osa signaalista.
- VSWR:n ollessa liian korkea joissakin laitteissa voi laite itse rajoittaa tehoa tai jopa katkaista lähetyksen suojatakseen lähetintä.
- Pitkään jatkuva suuri tehon heijastuminen voi kuumentaa LoRa-lähetintä ja joissakin tapauksissa vahingoittaa lähetinpiiriä.
- Tämä on harvinaisempaa pienitehoisissa Meshtastic-laitteissa, mutta riski on olemassa, erityisesti jos antenni on täysin vääränlainen tai kaapeli on todella väärän impedanssin.
Antennin polarisaatio tarkoittaa sähkömagneettisen aallon sähkökentän värähtelysuuntaa. Yleisimpiä polarisaatioita ovat vaakapolarisaatio (horizontal), pystypolarisaatio (vertical) ja pyörivä polarisaatio (circular)
Vastaanoton tehokkuus
- Jos lähettimen ja vastaanottimen antennien polarisaatiot ovat samat (esim. molemmat pystysuoria), signaali vastaanotetaan tehokkaasti.
- Jos polarisaatiot ovat ristissä (esim. toinen vaaka, toinen pysty), vastaanotettu signaali voi heikentyä jopa 20 dB eli signaalin voimakkuus voi pudota sadasosaan. Tämä voi johtaa yhteyden pätkimiseen tai kantaman lyhenemiseen.
Kantama
- Oikein valittu ja yhdenmukainen polarisaatio maksimoi kantaman.
- Eri polarisaatiot voivat aiheuttaa merkittäviä häviöitä etenkin suorassa näköyhteydessä (line-of-sight).
Monitie-eteneminen (multipath)
- Rakennuksissa ja kaupunkiympäristöissä signaali voi heijastua ja polarisaatio voi muuttua matkalla, jolloin pyörivä polarisaatio voi joskus parantaa vastaanottoa.
- Useimmiten Meshtastic LoRa -laitteissa käytetään pystypolarisaatiota, koska se on yleisin ja helpoin toteuttaa pienissä antenneissa.
Antenniin liittyvä maadoitus (grounding) on tärkeä osa LoRa- ja Meshtastic-laitteiden toimintaa, erityisesti ulkokäytössä ja radiotekniikassa yleensä.
Sähköturvallisuus
- Ulkoantennit voivat kerätä staattista sähköä (esim. ukkosen aikana tai tuulessa), joka voi vahingoittaa laitteita tai aiheuttaa vaaratilanteen. Maadoitus purkaa staattisen varauksen turvallisesti maahan.
Häiriöiden vähentäminen
- Hyvin maadoitettu antennijärjestelmä vähentää sähkömagneettisia häiriöitä ja parantaa vastaanoton laatua.
Sähköinen suorituskyky
- Monissa antennityypeissä esim. dipoli, ground plane -antennin maadoitus tai hyvä maataso (ground plane) on välttämätön, jotta antenni toimii suunnitellusti ja SWR pysyy alhaisena.
- Sisäkäytössä: Maadoitus ei ole yleensä välttämätöntä, mutta hyvä maataso voi parantaa suorituskykyä.
- Ulkokäytössä: Maadoita antenni aina turvallisuussyistä ja suojaa laitteet ylijännitteeltä.
- Kannettavat laitteet: Maadoitus ei ole yleensä mahdollinen, mutta ground plane -antennin kanssa kannattaa käyttää metallilevyä tai -verkkoa antennin alla.
- Epäyhteensopiva antenni voi aiheuttaa epälineaarisuutta, mikä voi lisätä kohinaa ja johtaa siihen, että vastaanottava laite ei enää kunnolla dekoodaa viestejä.
Väärän impedanssin antenni tai kaapeli ei yleensä tee laitteesta täysin käyttökelvotonta, mutta kantama heikkenee, signaali voi vääristyä ja pitkässä juoksussa laite voi vaurioitua. Kannattaa aina käyttää 50 Ω antennia ja kaapelia, jotka on suunniteltu LoRa-taajuuksille.
Monesti törmää kysymykseen "Kuinka pitkälle Meshtastic-laitteet kuuluvat".
Tähän ei varmaan kukaan osaa sanoa tarkkaa vastausta, koska kaikki riippuu suurimmaksi osaksi lähettävän sekä vastaanottavan laitteen sijainnista sekä käytössä olevasta laitteistosta ja antennista.
Hyvillä jälkiasennetuilla antenneilla ja esteettömällä näköyhteydellä on kuitenkin raportoitu kuuluvan useiden kilometrien päähän, jopa 10–15 kilometrin päähän.
Kaupunkialueilla laitteiden välinen kantama on lyhyempi esteiden vuoksi ja silloin voidaan odottaa muutamasta sadasta metristä parin kilometrin päähän ulottuvia yhteyksiä.
Virallinen Meshtasticin maasta maahan ennätys on 331 km, joka tapahtui 5.5.2024 MartinR7:n ja allegin toimesta. Tämä oli vuorilta vuorille -yhteys Itävallan ja Italian välillä Adrianmeren yli. He käyttivät RAK4631-laitteita 868 MHz taajuudella LONG_SLOW modeemin esiasetuksella sekä erikoisvalmisteisia kollineariantenneja ja korkeaa sijaintia selkeän näköyhteyden saavuttamiseksi.
Virallinen Meshtasticin maasta ilmaan ennätys on 206 km, joka tapahtui 29.01.2023 StarWatcher:n ja hänen tiimin toimesta. Lilygo T-Beam -laite oli korkealla ilmapallossa noin 9100 m korkeudessa ja kommunikoi maassa olevien asemien kanssa käyttäen LONG_FAST -asetuksia 915 MHz taajuudella.
Parhaan käsityksen Meshtastic-laitteidesi todellisesta suorituskyvystä saa käytännön testauksella. Meshtasticin laiteohjelmistossa on tätä varten Range Test -moduuli.
Tässä ominaisuudessa yksi laite toimii lähettäjänä, joka lähettää erityisiä testipaketteja. Muut laitteet toimivat vastaanottajina ja vastaavat kuittauksilla. Molemmat laitteet tallentavat tilastotietoja, kuten RSSI (vastaanotetun signaalin voimakkuus), SNR (signaali-kohinasuhde) ja etäisyyden jos GPS on käytössä.
- Tekniset asetukset: Suoraan säädettävissä laitteesta → vaikuttavat lähetystehon, nopeuden ja kantaman suhteeseen.
- Fyysiset tekijät: Antenni ja laitteen sijoitus voivat moninkertaistaa tai heikentää kantamaa.
- Ympäristötekijät: Paikka ja olosuhteet voivat vaikuttaa paljonkin käytännön kantamaan.