Selbstbau

anonymous@undisclosed.example.com (Anonymous) — Mon, 20 Sep 2021 00:09:04 +0000

Selbstbau

Eine einfache, aber wirksame 2,4-GHz-Antenne lässt sich schon aus drei Bauteilen fertigen: Man braucht eine Konservendose mit 10 cm Durchmesser und mindestens 17 cm Länge, eine N-Buchse sowie ein 30 mm langes Drähtchen, vorzugsweise aus versilbertem Kupferdraht. Das Drähtchen lötet man senkrecht an den Stift der N-Buchse und kürzt das Gebilde mit einem Seitenschneider so weit, dass es insgesamt 31 mm über den Buchsenkörper hinausragt. Das Befestigungsloch für die N-Buchse bohrt man so in die Dosenwand, dass das Strahlerstäbchen 44 mm vor der Rückwand steht. Passende N-Buchsen und Stecker sowie Kabel gibt es im Fachhandel.

Solch ein Selbstbau-Wellenfänger funktioniert als Hohlleiter erstaunlich gut. Bei einem anderen Dosen-Durchmesser oder anderen Frequenzen muss man die Abstände neu berechnen. Wichtig ist, genau zu arbeiten. Ein Problem ist freilich, dass eine messtechnische Prüfung nur mit hohem Aufwand möglich ist. Alternativ empfiehlt sich der Vergleich mit einer Industrieantenne unter Verwendung der Feldstärkeanzeige der WLAN-Karte.

Bei einer Vollblechdose maßen wir einen Gewinn von rund 9,5 dBi, der zu den Bandgrenzen hin nur wenig abfiel. Auch die unerwünschte Reflexion war gering, die Dose konnte es mit Industrieprodukten aufnehmen. Bei den Messungen wurden interessehalber auch die Pegel bei den Abstrahlwinkeln ±30° überprüft. Dabei zeigte sich, dass die Dose erwartungsgemäß mit etwa 15° leicht nach oben schielt, wenn der Kabelanschluss nach unten weist. Bei einer Dose aus beschichteter Pappe war das Reflexionsverhalten messbar schlechter. Der Gewinn lag trotzdem noch bei gut 9,5 dBi, wenn auch mit etwas mehr Abstrichen zu den Bandgrenzen hin.

Chips-Verstopfung

Die früher vorgeschlagene Pringles-Antenne ist nicht nur kompliziert im Aufbau, sondern versagte auch kläglich bei der messtechnischen Prüfung. Das verwundert nicht, denn die Chips-Röhre hat mit 73 mm Innendurchmesser einen zu kleinen Querschnitt für 2,4-GHz-Wellen. Mit dem Durchmesser müsste die Dose mindestens einen halben Meter lang sein, um überhaupt als Hohlleiter in der oberen Hälfte des WLAN-Bandes zu funktionieren. Die Reflexionsmessung mit einem kompromissweise 65 mm vom Dosenboden montierten λ/4-Strahler zeigte eine viel zu hohe Resonanzfrequenz. In der Mitte des WLAN-Bandes wurden über 85 % der Leistung zum Sender zurückgeworfen. Statt eines Antennengewinns zeigte das Muster über weite Bereiche einen Verlust. Daran ändern auch irgendwelche Einbauten mit Unterlegscheiben nichts.

Antennenformen

anonymous@undisclosed.example.com (Anonymous) — Fri, 29 Nov 2019 10:58:06 +0000

Antennenformen

Seit dem Beginn der Funktechnik in den 1890er-Jahren wurden zahllose Antennenformen entwickelt. Die einfachste Antenne, die häufig als Behelf UKW-Tunern als Wurfantenne beiliegt, ist der Dipol mit zwei Drähten. Die Funktion ist einleuchtend: Durch den im ungeschirmten Draht zu den Spitzen fließenden Strom entsteht ein Magnetfeld. An den Spitzen bauen sich Ladungen auf und erzeugen ein elektrisches Feld. Beides strahlt in den freien Raum. Allerdings sollte die Länge des Dipols auf die Wellenlänge abgestimmt sein. Der Dipol funktioniert nur in der Dimension der halben Wellenlänge gut, denn die Laufzeit im Draht und damit die Resonanzfrequenz muss zur Sendefrequenz passen. Eine genaue Feldberechnung würde den Rahmen dieses Artikels allerdings bei weitem sprengen.

Bei Antennen gilt als Faustregel, dass mechanisch größere Konstruktionen typischerweise den höheren Gewinn bringen. Der Dipol benötigt gegebenfalls am oder im Antennenfuß ein Bauteil (Balun), das seinen Wellenwiderstand an die Leitung anpasst und gegebenenfalls für eine Symmetrierung sorgt, denn der Dipol ist ein symmetrischer, Koax aber ein unsymmetrischer Leiter. Einfacher ist in der Tat der Anschluss eines simplen Antennenstabs, dessen Gegenpol die Erde ist, die Physik hat netterweise dessen Fußimpedanz mit ungefähr 40 Ohm in die Nähe der Impedanz der üblicherweise verwendeten 50-Ohm-Kabel gelegt, wenn dieser Stab eine Länge von einem Viertel der Wellenlänge hat.

Eine weitere Möglichkeit, das WLAN-Signal in die Luft zu bekommen, sind Patch-Antennen. Dabei handelt es sich um eine geeignet gespeiste rechteckige Fläche, den Patch, die sich vor einer großen Massefläche befindet. Mindestens eine Kantenlänge des Patches entspricht dabei der halben Wellenlänge, wobei sich durch die Wahl eines geeigneten Dielektrikums zwischen Patch und Massefläche die Länge verkürzen lässt. Derartige Antennen eignen sich besonders gut für den Aufbau auf Leiterkarten.

Braucht man eine noch stärkere Richtwirkung, die eine Einzelantenne allein nicht schafft, kann man über Koppelglieder auch mehrere Patch-Antennen zu Gruppen zusammenschalten. Durch die Interferenz der Wellen im freien Raum bildet sich eine Hauptkeule, auf die sich die Abstrahlung konzentriert, allerdings sind Nebenkeulen unvermeidbar. Je größer die Anzahl der Einzelantennen ist, umso größer ist die Richtwirkung und damit der Antennengewinn. Bei einem Stacked Array liegen beispielsweise mehrere Stabantennen übereinander.

Die Zusammenschaltung muss nicht unbedingt per Kabel erfolgen: Bei der Yagi-Uda-Antenne reichen in Richtung der Ausstrahlung angeordnete Stäbe, die im Grunde kurzgeschlossene Einzeldipole repräsentieren, welche die Welle führen. Hinter dem eigentlichen Empfangsdipol befindet sich noch ein Reflektor-Stab oder sogar ein Maschennetz. Die Yagi kommt häufig noch auf Hausdächern als Empfangsantenne für terrestrisches Fernsehen vor, sie wird aber auch gern für WLAN genutzt, weil es ein breites Angebot mit passender Wellenlänge im Amateurfunkfachhandel gibt.

Die beste Antenne nützt allerdings nichts, wenn sich zwischen Sender und Empfänger große Hindernisse befinden. Noch immer gilt beim Funk mit Frequenzen über 100 MHz: Richtfunk ist Sichtfunk, das sogenannte Fresnel-Ellipsoid – ein gedachter Football-ähnlicher Raum zwischen Sender und Empfänger – sollte möglichst frei sein. Dabei stören kleinere Hindernisse in der Mitte der Funkstrecke, wo das Ellipsoid die größte Weite aufweist, weniger als solche unmittelbar vor der Antenne.

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