<html>
  <head>
    <meta content="text/html; charset=ISO-8859-1"
      http-equiv="Content-Type">
  </head>
  <body bgcolor="#FFFFFF" text="#000000">
    I'd like to add a few details to Jeff's excellent info in this and
    his previous post.<br>
    The penalty for cross-polarization (i.e. transmit and receive
    antennas being "at right angles" wrt polarization) may be greater
    than 3db because of the relative advantage (or absence of advantage)
    of ground return. That is, with horizontal polarization the ground
    acts as a reflector and often reinforces the field taking a direct
    path to/from the antenna. <br>
    The lack of a decent RF ground is surely at the root of some
    disappointment with vertical antenna arrangements, just as Jeff
    said. Because the RF ground is effectively the "other leg" of a
    vertical (i.e. vertically polarized) antenna system, if it's wimpy
    the efficiency of the antenna system can be pitiful. Arranging a
    decent ground plane for the "piece of wire" (ostensibly 1/4wl)
    vertical antenna should make a difference. Running a feedline to an
    "outboard" monopole/ground plane setup would also be totally valid
    and possibly very effective (except for the lack of a "DC ground".
    See next bit).<br>
    A well designed dipole on the end of a decent piece of coax cable
    that is properly connected to the radio could make a huge difference
    for a number of reasons. This is going to sound weird, but in my
    opinion the really huge difference is that a DC ground connection to
    the antenna could be arranged such that the coax shield can act as a
    "lightning rod", with a decent connection to earth ground. This
    might enable to antenna system to up several feet and still have a
    rat's chance of surviving a season of southern thunderstorms. <br>
    But you can't just stick coax on one end and solder the other two
    pieces of wire and get a dipole antenna that performs properly. The
    RC plane example and example where the guy uses the mouth-watering
    good Agilent test instrument are surely improvements, but without a
    balun or equivalent matching network on the antenna side what you
    really have with those two examples is a radiating feedline that's
    part of the antenna system. Worse, the length of the coax feedline
    gets involved in the tuning of the antenna. This can drive a person
    to distraction in no time flat. So forget about cutting those wires
    to the super-precise lengths and expecting to be able to duplicate
    the match with resonant frequency shown on those instruments: it
    would only happen by luck. Also, *the gauge of the antenna wires is
    important*. So it's fine to say "I cut these wires to 77.4mm", but
    if it's 22 gauge wire vs 14 gauge wire that will make a big
    difference with respect to tuning the antenna to the desired
    resonant frequency. Finally, he said "The length of each side is
    77.4mm." BZZZZZT! WRONG! That defines a "full wave dipole", not a
    half wave dipole (the universal meaning if somebody just says
    "dipole" is "half wave dipole"). A full wave dipole has a very high
    feedpoint impedance. This tells me that by fantastic luck (or maybe
    design that the forum poster didn't share for some reason), the
    feedline constitutes a transmission line transformer that translates
    the 50ohm feed of the RFM69 to the multi-thousand ohm impedance of
    the full wave dipole. Or else he just wasn't thinking and quoted the
    length of both wires and so each is really 77.4/2mm.<br>
    But back to the DC ground. It's possible to have the dipole be a
    solid wire/rod that's connected directly to the coax braid and the
    coax center conductor feeding a gamma match or something similar.
    This is dead common with amateur radio yagi antennas and has the
    huge advantage that the entire antenna is very well connected to the
    feedline coax braid and the transceiver and of that feedline can
    have its braid well connected to a copper ground rod. (The ground
    rod does not have to be pounded vertically into the ground. Burying
    it horizontally a few inches under the soil surface is effective.)
    Finally, a gas discharge tube/capacitor arrangement could be used to
    isolate the radio from the feedline in the case of a storm-induced
    high potential, shunting the energy back into the ground path before
    it can get in an destroy the radio chip. <br>
    Yep, this sounds totally off the wall to a casual hobby person. But
    have you ever noticed that folks are not climbing all over cell
    towers after every area thunderstorms? Likewise, have you noticed TV
    stations rarely go off the air during storms despite the fact that
    their towers are taking direct lightning strikes frequently during
    the storm? That's 'cause the equipment is designed to handle storm
    situations. So, as I imagine Chip having 100 or 500 trail counters
    spread all over this part of the state I want to imagine them all
    humming along vs 5-10 of them being blown to bits every week or two.<br>
    The catch-22 is that if the trail counter antenna can be kept on the
    ground, preferably right next to a low lying creek bed, the
    equipment might be eternal, but communication may be a real problem.<br>
    But another approach might be to focus the time and money into the
    relatively small number of data collection systems. With those you
    could use a (DC-ground), high gain yagi (cocked 90 degrees to
    maintain vertical polarization) that could be aimed at the various
    trail counters. Or if you want to go nuts, use a parabolic dish.
    This would be big at 915mhz, but could provide 20-35db gain that
    might compensate for the terrible performance of the logger radios.
    On the other hand, aiming a dish would probably require some
    specific equipment 'cause the beamwidth at those gains is
    razor-thin.<br>
    As for induction of RF back into the sensor wires, one could use
    relatively cheap shielded cable, possibly in combination with
    ferrite filters, and I'm confident that would eliminate that issue.
    But it's very useful for Jeff to point that out, as this is the kind
    of problem can be very subtle and initially mystifying. The noise
    margin for I2C has got to be close to pitiful as it is.<br>
    Gotta go do family stuff, but I thought I'd share some notes.<br>
    <br>
    <br>
    <div class="moz-cite-prefix">On 05/28/2014 09:51 PM, Jeff Highsmith
      wrote:<br>
    </div>
    <blockquote
      cite="mid:35A89FB9-5BB5-44DB-A3BB-0857A1CC8ECA@jeffhighsmith.com"
      type="cite">
      <meta http-equiv="content-type" content="text/html;
        charset=ISO-8859-1">
      <div><span></span></div>
      <div>
        <meta http-equiv="content-type" content="text/html;
          charset=ISO-8859-1">
        <div>Chip,</div>
        <div><br>
        </div>
        <div>Four to six feet could be enough, but the forum post where
          the user mentions 1.5 mile range at similar antenna height
          states that that was line-of-sight, and he only got 900 feet
          through "thick woods" (though at 900MHz). Given the choice,
          I'd accept a little transmission line loss in exchange for
          increased height, especially in rough terrain. You don't want
          a big chunk of ground (dirt-wise and electrically) or wet
          foliage between your antennas. Luckily, height is an easy
          variable to experiment with. </div>
        <div><br>
        </div>
        <div>Another popular antenna option is the twin-lead J-Pole. It
          does not require a reflecting ground plane, so you can hang it
          high without worry. For your application, it'd be about 17"
          long:</div>
        <div><a moz-do-not-send="true"
            href="http://www.qsl.net/wa3yxk/jpole.html">http://www.qsl.net/wa3yxk/jpole.html</a><br>
          <br>
          If your making your own antennas, you might want to seek out
          the use of an SWR analyzer (ask at local ham club) to help you
          quickly dual in the length. </div>
        <div><br>
        </div>
        <div>Devil's Advocate bit here: I see what you mean about
          directional antennas being more work to setup, as you'll be
          aiming them with a map and compass. The gains from yagis could
          be significant, though (around 12dB, depending on the number
          of elements). Are you trying to hide the sensor nodes from
          view? Is it a mesh network topology or is there one home
          station receiving multiple sensor nodes. Directionality would
          be ruled out if you need to tx/rx different directions. </div>
        <div><br>
        </div>
        <div>One more thing to keep in mind will be RF interference.
          This is getting beyond my experience, but my understanding is
          that if the wire between the sensor and the node is an
          effective antenna at your frequency, you might get strange
          issues while transmitting. </div>
        <div><br>
          <div><span class="Apple-style-span"
              style="-webkit-tap-highlight-color: rgba(26, 26, 26,
              0.294118); -webkit-composition-fill-color: rgba(175, 192,
              227, 0.231373);">Jeff :)</span></div>
          <div><span class="Apple-style-span"
              style="-webkit-tap-highlight-color: rgba(26, 26, 26,
              0.296875); -webkit-composition-fill-color: rgba(175, 192,
              227, 0.230469); -webkit-composition-frame-color: rgba(77,
              128, 180, 0.230469); "><br>
            </span></div>
        </div>
        <div><br>
          On May 28, 2014, at 11:22, Charles McClelland <<a
            moz-do-not-send="true" href="mailto:chip@mcclellands.org">chip@mcclellands.org</a>>
          wrote:<br>
          <br>
        </div>
        <blockquote type="cite">
          <div>
            <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html;
              charset=ISO-8859-1">
            Jeff, 
            <div><br>
            </div>
            <div>Thanks for the response, very helpful.  I had not
              considered your point about the rubber ducky - I doubt my
              small sensor node will provide a very good or very large
              ground plane.  </div>
            <div><br>
            </div>
            <div>As for height, I guess that getting the antenna off the
              ground would be helpful.  My sensor is i2C based so I
              don’t want to have too long a wire between the Moteino and
              the sensor.  At the same time, my understanding is that
              the longer the length of the cable that connects the board
              to the antenna the more losses there.  My first attempt
              will put the antenna close to the board (3-6”) and the
              sensor 6’ from the Moteino, If I place this well, that
              would place the antenna 4’-6’ off the ground.  Does that
              sound reasonable?</div>
            <div><br>
            </div>
            <div>Based on your answer, it seems like the first option
              below may be preferable as it will include a full quarter
              wavelength ground and emitter arm and it could be “tuned”
              by trimming the wires.  Agree?</div>
            <div><br>
            </div>
            <div>Thanks,</div>
            <div><br>
            </div>
            <div>Chip</div>
            <div><br>
            </div>
            <div><br>
              <div>
                <div>On May 28, 2014, at 10:17 AM, Jeff Highsmith <<a
                    moz-do-not-send="true"
                    href="mailto:jeff@jeffhighsmith.com">jeff@jeffhighsmith.com</a>>
                  wrote:</div>
                <br class="Apple-interchange-newline">
                <blockquote type="cite">
                  <meta http-equiv="content-type" content="text/html;
                    charset=ISO-8859-1">
                  <div dir="auto">
                    <div>Chip,</div>
                    <div><br>
                    </div>
                    <div>Forgive me for my rusty RF theory, but my
                      understanding is:</div>
                    <div>• Dipoles are still somewhat directional, just
                      not as much as a "Directional" antenna like a
                      Yagi. Your best radiation and reception is at 90
                      degrees to the wire. In other words, the
                      performance drops in the directions that the tips
                      of the wires point. If you are vertically
                      polarized, this isn't as much of an issue, since
                      you are unlikely to be above the tip of the
                      antenna. </div>
                    <div>• Polarization matters. You lose 3dB or so when
                      switching polarizations, so make all your antennas
                      horizontal or make all your antennas vertical.</div>
                    <div>• So-called "Rubber Ducky" dipoles rely on the
                      radio's case or, more frequently, the human body
                      holding the case to be the other side of the
                      dipole. If you don't have a good ground like that
                      under your rubber ducky, it won't do as well. </div>
                    <div><br>
                    </div>
                    <div>At what height relative to the ground are you
                      placing your antennas?</div>
                    <div><br>
                    </div>
                    <div>I hope that helps. Others, feel free to correct
                      me-it's been awhile since my ham days.</div>
                    <div><br>
                      <div><span class="Apple-style-span"
                          style="-webkit-tap-highlight-color: rgba(26,
                          26, 26, 0.294118);
                          -webkit-composition-fill-color: rgba(175, 192,
                          227, 0.231373);">Jeff :)</span></div>
                      <div><span class="Apple-style-span"
                          style="-webkit-tap-highlight-color: rgba(26,
                          26, 26, 0.294118);
                          -webkit-composition-fill-color: rgba(175, 192,
                          227, 0.231373);">WJ3FF</span></div>
                      <div><span class="Apple-style-span"
                          style="-webkit-tap-highlight-color: rgba(26,
                          26, 26, 0.296875);
                          -webkit-composition-fill-color: rgba(175, 192,
                          227, 0.230469);
                          -webkit-composition-frame-color: rgba(77, 128,
                          180, 0.230469); "><br>
                        </span></div>
                    </div>
                    <div><br>
                      On May 28, 2014, at 9:42, Charles McClelland <<a
                        moz-do-not-send="true"
                        href="mailto:chip@mcclellands.org">chip@mcclellands.org</a>>
                      wrote:<br>
                      <br>
                    </div>
                    <blockquote type="cite">
                      <meta http-equiv="Content-Type"
                        content="text/html; charset=ISO-8859-1">
                      <div>To all,</div>
                      <div><br>
                      </div>
                      <div>I am playing with the Moteino and recently
                        tested the range at a local park.  I was a bit
                        disappointed and discussed this at the last
                        meeting.  As with all things embedded, there
                        seems to be a number of things that can be done
                        to improve performance both hardware and
                        software.  For this note, I wanted to ask for
                        any advice on the hardware front.  Once I have
                        that set, I plan to tweak the software settings
                        (primarily data rate but some others as well) to
                        see how much range I can get - ideally 1.5 miles
                        outdoors through wooded terrain.</div>
                      <div><br>
                      </div>
                      <div>The Environment:</div>
                      <div><span class="Apple-tab-span"
                          style="white-space:pre"> </span>- <a
                          moz-do-not-send="true"
                          href="http://lowpowerlab.com/moteino/">Moteino</a> base
                        and sensor nodes </div>
                      <div><span class="Apple-tab-span"
                          style="white-space:pre"> </span>- I went with
                        the <a moz-do-not-send="true"
                          href="http://lowpowerlab.com/blog/2013/06/20/rfm69-library/">lowest
                          frequency transmitter</a> - 433MHz - and the
                        highest power</div>
                      <div><span class="Apple-tab-span"
                          style="white-space:pre"> </span>- The Moteino
                        site states that there is not much improvement
                        from <a moz-do-not-send="true"
                          href="http://lowpowerlab.com/moteino/#antennas">monopole
                          antennas</a>   </div>
                      <div><span class="Apple-tab-span"
                          style="white-space:pre"> </span>- In the
                        forums however, there is a posting promising
                        greater range from <a moz-do-not-send="true"
                          href="https://lowpowerlab.com/forum/index.php/topic,112.msg288.html">dipole
                          antennas</a></div>
                      <div><br>
                      </div>
                      <div>I understand that a directional antenna would
                        be better but my application would not easily
                        support this as the sensors nodes may need to be
                        moved frequently.</div>
                      <div><br>
                      </div>
                      <div>My limited understanding of a dipole antenna
                        theory is that there are two elements - one with
                        signal and one with ground with each sized to
                        match the specific frequency.  I plan to add an
                        SMA connector to the board so I can install a
                        commercial antenna and I found two options that
                        both claim to be sized to the 433MHz frequency:</div>
                      <div><span class="Apple-tab-span"
                          style="white-space:pre"> </span>- The <a
                          moz-do-not-send="true"
href="http://fpvlab.com/forums/showthread.php?3156-433MHz-Half-wave-dipole-for-LRS">first</a> looks
                        like what I expected a dipole antenna to look
                        like and could be easily made</div>
                      <div><span class="Apple-tab-span"
                          style="white-space:pre"> </span>- The <a
                          moz-do-not-send="true"
href="http://www.taoglas.com/images/product_images/original_images/TI.15.3113%20433MHz%20Connector%20Mount%20Antenna%20290909.pdf">second</a> would
                        be much better for packaging and use on a sensor
                        that may be moved often - but it does not look
                        like a dipole antenna to me.</div>
                      <div><br>
                      </div>
                      <div>Any advice on which might be the better
                        choice or whether I should look at other
                        options?</div>
                      <div><br>
                      </div>
                      <div>Thanks,</div>
                      <div><br>
                      </div>
                      <div>Chip</div>
                      <div><br>
                      </div>
                    </blockquote>
                    <blockquote type="cite"><span>_______________________________________________</span><br>
                      <span>Triangle, NC Embedded Computing mailing list</span><br>
                      <span><a moz-do-not-send="true"
                          href="mailto:TriEmbed@triembed.org">TriEmbed@triembed.org</a></span><br>
                      <span><a moz-do-not-send="true"
                          href="http://mail.triembed.org/mailman/listinfo/triembed_triembed.org">http://mail.triembed.org/mailman/listinfo/triembed_triembed.org</a></span><br>
                      <span>TriEmbed web site: <a
                          moz-do-not-send="true"
                          href="http://triembed.org/">http://TriEmbed.org</a></span><br>
                    </blockquote>
                  </div>
                </blockquote>
              </div>
              <br>
            </div>
          </div>
        </blockquote>
      </div>
      <br>
      <fieldset class="mimeAttachmentHeader"></fieldset>
      <br>
      <pre wrap="">_______________________________________________
Triangle, NC Embedded Computing mailing list
<a class="moz-txt-link-abbreviated" href="mailto:TriEmbed@triembed.org">TriEmbed@triembed.org</a>
<a class="moz-txt-link-freetext" href="http://mail.triembed.org/mailman/listinfo/triembed_triembed.org">http://mail.triembed.org/mailman/listinfo/triembed_triembed.org</a>
TriEmbed web site: <a class="moz-txt-link-freetext" href="http://TriEmbed.org">http://TriEmbed.org</a>
</pre>
    </blockquote>
    <br>
  </body>
</html>