Bauanleitung Bi-Quad Antenne
Rein technisch gesehen handelt es sich bei einer
Antenne um eine technische Anordnung, die elektromagnetische Wellen
abstrahlt und empfängt.
Als Sendeantenne wandelt sie dabei
leitungsgebundene elektromagnetische Wellen in Freiraumwellen um, als
Empfangsantenne wandelt sie entsprechend umgekehrt Freiraumwellen wieder
in leitungsgebundene elektromagnetische Wellen um. Antennen kommen in
unterschiedlichen Bereichen zum Einsatz, beispielsweise im Zusammenhang
mit Funk, Fernsehen oder WLAN.
In der nachfolgenden Bauanleitung wird
beschrieben, wie mit recht einfachen Mitteln eine WLAN-Bi-Quad-Antenne
gebaut werden kann.
Weshalb überhaupt eine WLAN-Antenne?
WLAN ermöglicht kabellose Verbindungen. So wird es durch WLAN
beispielsweise möglich, per Notebook vom Sofa aus im Internet zu surfen
oder Hardwarekomponenten wie Drucker ohne Kabelgewirr mit dem Rechner zu
verbinden.
Außerdem bietet sich WLAN für Netzwerke an. In vielen Fällen
geraten die handelsüblichen Router jedoch schnell an ihre Grenzen, etwa
wenn dicke Wände dazu führen, dass sich die angegebene Reichweite von
40m auf gerade einmal 5m reduziert.
In diesem Fall helfen Antennen
weiter, die für eine ordentliche Leistung auch bei größeren Entfernungen
sorgen.
Bevor der Hobbybastler nun aber damit beginnt, seine Antenne
selber zu bauen, sollte er sich über die zugelassenen Sendeleistungen
informieren.
Hier setzt der Gesetzgeber nämlich klare Grenzen und wer
sich nicht an die Vorgaben hält, muss mit entsprechenden Strafen
rechnen.
Was wird für die Antenne Marke Selbstbau benötigt?
Für die selbstgebaute Antenne werden
- Kupferdraht mit einem Durchmesser von 1,5mm,
- ein Einbausicherungshalter für Feinsicherungen oder eine Einbau-Signallampe,
- Antennenkabel und ein Antennenstecker oder ein fertig konfektioniertes Kabel,
- eine 10 x 14cm große Kupferplatte als Reflektorplatte oder alternativ eine ausgemusterte CD,
- ein Vierkantmöbelfuß, 10cm hoch und
- Kabelbinder
benötigt.
Als Werkzeuge kommen in erster Linie Kombizange, Bohrmaschine und Lötkolben zum Einsatz.
Die Arbeitsschritte beim Selbstbau der Antenne
1. Kupferdraht biegen
a.) Im ersten Arbeitsschritt wird der Kupferdraht
zum Bi-Quad gebogen.
Dazu wird der Kupferdraht gestreckt und
abgeschnitten.
Reflektorplatte. min. 10 x 14cm Bi-Quad (ODER min. 10 x 24cm Doppel Bi-Quad) großen Kupferplatte (od. 1,6mm Cu beschichtete Printplatte) oder eine alte CD.
Frequenz = 2,45GHz
Nun muss man noch die Dicke der Antenne berücksichtigen.
Für den Innenleiter wird die errechnete Antennenlänge deshalb mit dem Verkürzungsfaktor
0,975 multipliziert.
Länge des Innenleiters 300.000km/s durch 2.450.000kHz durch 4 mal 0,975 = 29,85mm
Bei WLAN 2,45GHz bleibt noch 1/4 Lambda.
Wenn Lambda 12,5cm sind dann wären 1/4 davon 3,125cm.
Jetzt muss man berücksichtigen, dass Radiowellen sich auf einem Leiter
etwas langsamer als mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten, somit die
Wellenlänge etwas kürzer wird.
Das bedeutet es kommt ein Verkürzungsfaktor ins Spiel welcher vom verwandten Material abhängig ist.
Bei Kupfer mit Dm 2,5mm rechnet man mit Faktor 0,975 das wiederum
bedeutet, dass ein Lambda-viertel-Strahler ~29,85 mm lang sein würde.
8x 30mm sollte der Kupferdraht 24,4cm lang sein. (Doppel Bi-Quad 16x 30mm sollte der Kupferdraht 48,8cm lang sein)
Dann wird die
Mitte des Kupferdrahts markiert und der Draht an dieser Stelle exakt im
rechten Winkel gebogen.
Dann wird wieder die Mitte jeder Seite ermittelt
und ein weiteres Mal im rechten Winkel abgeknickt.
Dies wird nun noch
zwei weitere Male wiederholt, so dass am Ende zwei genau gleichgroße
Vierecke entstanden sind.
Je nach Biegeradius können unterschiedliche Ergebnisse entstehen , aber der Mittenabstand der Quadrate soll / muß 30mm sein.
Antenne Bauzeichnung 1
b.) Wichtig dabei ist, die Quadrate so exakt wie
möglich zu biegen, denn je gleichmäßiger die Quadrate sind, desto besser
arbeitet die Antenne.
Dann wird das Bi-Quad auf einer ebenen Fläche so
ausgerichtet, dass es ganz flach aufliegt.
An den Lötstellen wird das
Bi-Quad nun verzinnt.
2. Kabel und Bi-Quad verbinden
Anschließend wird das Kabel an den Enden abisoliert und ebenfalls
verzinnt.
Danach wird das Kabel an das Bi-Quad angelötet.
Zum Schutz vor
Korrosion kann das Bauteil nun mit Sprühlack beschichtet werden, wobei
dieser sowohl transparent als auch farbig sein kann.
Danach wird dann
der Stecker an das Kabel angelötet, sofern kein fertig konfektioniertes
Kabel verwendet wird.
3. Abstandshalter bauen
Aus dem Einbausicherungsschalter oder der Einbau-Signallampe wird nun
ein verstellbarer Abstandshalter mit Kabeldurchführung gebaut.
Dazu
werden die Metallteile entfernt und das geschlossene Endstück wird
abgesägt.
Dann wird eine Durchführung für das Kabel mit einem
Innendurchmesser von 9,5mm gebohrt.
Als Alternative kann auch ein
einfaches Metall- oder Kunststoffröhrchen verwendet werden, durch das
das Kabel geführt werden kann.
Allerdings besteht hier der Nachteil,
dass sich die Antenne weniger gut verstellen lässt.
4. Halterung bauen
Etwa 2cm vom oberen Ende entfernt wird jetzt ein Loch durch den
Möbelfuß gebohrt.
Das Loch muss dabei so groß sein, dass der
Antennenstecker hindurchpasst.
Auf einer Seite wird das Bohrloch dann
soweit vergrößert, dass der Abstandshalter hineingesteckt werden kann.
5. Zusammenbau der Antenne
Jetzt wird die Reflektorplatte auf den Abstandshalter geschoben.
Dafür muss bei einer Kupferplatte mittig ein entsprechend großes Loch
gebohrt werden, bei einer CD kann es sein, dass das vorhandene Loch
etwas vergrößert werden muss.
Mithilfe von zwei Muttern wird der
Abstandshalter dann so auf der Reflektorplatte fixiert, dass der Abstand
zwischen dem Reflektor und der Bi-Quad-Antenne mindestens 15,5mm
beträgt.
Dann wird das Kabel durch den Abstandshalter geführt, das
Bi-Quad parallel zum Reflektor ausgerichtet und mit Heißkleber fixiert.
Antenne Bauzeichnung 2
Der Abstandshalter wird in dem Loch im Möbelfuß positioniert, das
Antennenkabel durch den Möbelfuß gezogen und mit einem Kabelbinder als
Zugentlastung fixiert.
Endgültig verklebt wird das Antennenkabel erst,
nachdem die selbstgebaute Antenne an die Netzwerkkarte geschraubt und
die Signalstärke optimiert ist.
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Antennen Bauanleitung
Antennen werden in den unterschiedlichsten Bereichen
verwendet, etwa beim Fernsehempfang, im Amateurfunk und auch im
Zusammenhang mit WLAN.
Vor allem WLAN-Antennen gehören dabei zu den
beliebten Bastelprojekten, denn gute WLAN-Antennen im Handel sind recht
teuer.
Insofern gehen viele dazu über, ihre Antennen einfach selber zu
bauen.
Dafür stehen mehrere Varianten zur Verfügung und da die meisten
Antennen aus nur sehr wenigen und dabei kostengünstigen Bauteilen
bestehen, kann der Hobbybastler durchaus mehrere Antennen bauen und in
diesem Zuge ausprobieren, welche am effektivsten arbeitet.
Generell gilt
dabei aber zu bedenken, dass es festgelegte Höchstgrenzen für die
Sendeleistungen gibt und es zu hohen Strafen führen kann, wenn diese
Höchstgrenzen überschritten werden.
In der folgenden Bauanleitung wird
eine Yagi-Antenne beschrieben, die aus einer Chipsdose gebaut wird.
Nach
dem gleichen Prinzip kann die Antenne aber auch aus jeder anderen
Konservendose gebaut werden.
Grundlegendes zur Antenne
Eine Yagi-Antenne setzt sich prinzipiell aus drei Bauteilen zusammen,
nämlich aus einem Direktor, aus einem Reflektor und aus einem Erreger.
Durch den Direktor werden die Strahlen aufgefangen, verstärkt und auf
den Reflektor übertragen.
Der Reflektor wirft die Strahlen wieder
zurück, was zu einer hohen Strahlenkonzentration zwischen dem Direktor
und dem Reflektor führt.
An dem Punkt, an dem die Strahlung am größten
ist, befindet sich der Erreger.
Beim Empfang fängt dieser die Strahlen
auf und leitet sie zur WLAN-Karte ab.
Beim Senden funktioniert das Ganze
in die entgegen gesetzte Richtung, die Signale gehen somit vom Erreger
aus.
Damit arbeitet eine Yagi-Antenne vom Prinzip her genauso wie
beispielsweise eine Fernsehantenne.
Materialliste für die Antenne
- 1 Chipsdose
- 1 Gewindestange M5
- 1 Aluminiumrohr mit einem Außendurchmesser von 8mm. Das Rohr muss
einen solchen Innendurchmesser haben, dass die Gewindestange gerade so
hindurchgeschoben werden kann.
- 5 Unterlegscheiben, 3cm Durchmesser, 1mm stark und mit einem Innendurchmesser M5
- 2 Muttern M5
- 1 Scheibe aus Karton, die dem Innendurchmesser der Chipsdose entspricht
- 1 N-Flanschbuchse
- Kupferdraht, 4mm^2
Die Antennen Bauanleitung
1. Schritt: den Direktor bauen
a.) Beim Bau der Antenne ist etwas Mathematik
notwendig, denn die Abstände zwischen den Unterlegscheiben müssen mit
einem Viertel der Wellenlänge übereinstimmen.
Im niedrigeren
Frequenzbereich sind die Wellen länger als in höheren Frequenzbereichen,
weshalb in dieser Bauanleitung von der Frequenz von Kanal 1 ausgegangen
wird. In diesem Fall beträgt die Wellenlänge 12,4cm, was bedeutet, dass
bei dieser Antenne die Abstände zwischen den Unterlegscheiben 3,1cm
betragen.
Für andere Frequenzen müssen die Abstände mit den
entsprechenden Formeln ermittelt werden.
b.) Das Aluminiumrohr wird nun in vier 3,1cm lange
Stücke geschnitten.
Dann wird der Deckel der Chipsdose mit einem Loch
versehen.
Jetzt wird erst eine Mutter auf das Ende der Gewindestange
gedreht, darüber kommt der Deckel der Chipsdose und danach immer
abwechselnd eine Unterlegscheibe und ein Stück des Aluminiumrohrs.
Zwischen das dritte Rohrstück und die Unterlegscheibe wird aber noch die
Scheibe aus Karton geschoben.
Sie hält den Direktor später sicher in
der Mitte der Chipsdose und verhindert, dass er sich nach unten biegt.
Nach der letzten Unterlegscheibe wird dann die zweite Mutter aufgedreht
und die überstehenden Teile der Gewindestangen werden hinter den Muttern
abgesägt.
Damit ist der Direktor fertig und sieht so aus:
Antennen Bauzeichnung
2. Schritt: den Erreger bauen
Der Erreger ist recht einfach zu bauen, da er lediglich aus zwei
Bauteilen besteht, nämlich aus Kupferdraht und dem N-Flansch.
Zuerst
wird ein etwa 2,5cm langes Stück Kupferdraht gerade gebogen.
Für die
Effektivität ist es wichtig, dass der Draht so gerade wie möglich ist.
Danach wird der Kupferdraht in den messingfarbenen Innenleiter des
N-Flansches gelötet.
3. Schritt: die Antenne zusammenbauen
Etwa 8,6cm vom Boden der Chipsdose entfernt wird nun ein Loch
gearbeitet.
Dieses Loch sollte nur so groß sein, dass das Gewinde des
N-Flansches hindurchgeschoben werden kann.
Der N-Flansch wird nun von
innen nach außen durch das Loch geschoben, wodurch sich die quadratische
Platte im Inneren der Chipsdose befindet.
Mit etwas Heißkleber wird der
N-Flansch anschließend fixiert.
Nun wird nur noch der Direktor in die
Chipsdose eingesetzt und damit ist die Antenne Marke Eigenbau auch schon
fertig.
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Bauanleitung Wlan
Gute WLAN-Antennen sind teilweise sogar teurer als
Router.
Daher ist es nicht weiter verwunderlich, dass viele mit dem
Gedanken spielen, ihre Antenne für WLAN selber zu bauen.
Die
Materialkosten für eine WLAN-Antenne Marke Eigenbau sind sehr gering und
auch der Arbeitsaufwand hält sich in Grenzen.
Der sehr günstige Preis ist dabei vermutlich der
wichtigste und größte Vorteil einer selbstgebauten Antenne.
So kann eine
solche Antenne aus beispielsweise einer CD-Spindel, einer Butterdose
aus Blech oder einer Konservendose gebaut werden und neben dem
Antennenkabel und dem Antennenstecker werden nur Materialien benötigt,
die meist ohnehin in jedem Haushalt vorhanden sind.
Auch wer technisch
und handwerklich wenig erfahren ist, kann sich innerhalb weniger Stunden
eine effektive Antenne für WLAN selber bauen und dabei einen
Antennengewinn zwischen etwa 8 und 16 dBi erzielen.
Damit ist die
Signalqualität innerhalb des Funknetzwerkes deutlich besser und auch der
Datendurchsatz fällt wesentlich höher aus.
Der wichtigste Nachteil von selbstgebauten Antennen
ergibt sich durch die rechtlichen Vorschriften.
So sind die zulässigen
Sendeleistungen klar begrenzt, aber vor allem Antennen mit sende- und
empfangsseitigem Antennengewinn überschreiten die zulässigen Grenzwerte
häufig um ein Vielfaches.
Da Laien den Antennengewinn und die
Sendeleistung jedoch oft nicht richtig berechnen können, sollten die
Überprüfung und die Inbetriebnahme einem Fachmann überlassen werden,
denn letztlich lassen sich nur so Strafen umgehen.
Ein weiterer
Minuspunkt bei selbstgebauten Antennen kann die Qualität sein, was
bedeutet, dass es trotz genauer Arbeitsweise zu Qualitätsschwankungen
kommen kann.
Dennoch kann es sich lohnen, eine Antenne für WLAN selber
zu bauen und hier eine Bauanleitung dazu.
Bi-Quad-Antenne für WLAN selber bauen
1.) Die Hauptbestandteile dieser Antenne sind eine
25er CD-Spindel, eine CD, ein Antennenkabel sowie ein 25cm langes Stück
Kupferdraht.
Zuerst wird die CD-Spindel mit einer Säge so gekürzt, dass
das Mittelteil 18mm lang ist.
Anschließend werden mit einer feinen
Rundfeile Schlitze in das Mittelteil gearbeitet, die 16mm vom Boden
entfernt enden sollten.
In diese Schlitze wird später das Bi-Quad
eingelegt.
2.) Im nächsten Arbeitsschritt wird nun das Bi-Quad
aus dem 25cm langen Kupferdraht gebogen.
Dazu wird der Draht nach immer
exakt 29mm im rechten Winkel umgebogen.
Hier ist eine präzise
Arbeitsweise entscheidend, denn ansonsten wird die Leistung der Antenne
sehr negativ beeinflusst.
Wlan Bauzeichnung 1
3.) Das fertig gebogene Bi-Quad wird anschließend an
den Verbindungsstellen verzinnt.
Dann wird das Antennenkabel angelötet,
indem jeweils der Innen- und der Außenleiter in der Mitte des Bi-Quads
fixiert werden.
Als Schutz vor Oxidation kann das Bi-Quad nun noch mit
einer Schutzschicht aus Lack überzogen werden.
Wlan Bauzeichnung 2
4.) Mit zwei Tropfen Heißkleber werden nun zuerst
die CD als Reflektorplatte und anschließend das Bi-Quad ebenfalls mit
Heißkleber auf der Spindel als Halter fixiert.
Hier muss nun nochmals
kontrolliert werden, ob die Schlitze so gearbeitet wurden, dass der
Abstand zwischen Bi-Quad und Boden 16mm beträgt.
5.) Auf der Rückseite werden nun ebenfalls wenige
Tropfen Heißkleber aufgebracht, die für eine Zugentlastung des
Antennenkabels zuständig sind.
Nun muss die Antenne nur noch
angeschlossen werden.
Dies gelingt am einfachsten, wenn die Antenne an
den Reverse SMA Anschluss angelötet wird.
Technisch Erfahrene können
jedoch auch erst die Originalantenne ablöten und die neue Antenne dann
an dieser Stelle mit der Platine verbinden.
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Bau einer WLAN Antenne für das 2,4 GHz Band
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Der Trend geht zum Zweit-PC oder
Dritt-PC. In vielen Familien steht heute der alte Computer im
Kinderzimmer, weil sich das Familienoberhaupt eine Multimediamaschine mit
DVD-Player und –Brenner angeschafft hat. Die Lehrer gehen davon aus, dass
die Schüler für ihre Hausaufgaben das Internet als Informationsquelle
nutzen. Und wenn dann noch ein anderes Familienmitglied ein Spielefreak
ist und mit anderen Fans seine Sessions abhalten will, sind schon 3
Interessenten für einen gleichzeitigen Internetzugriff gefunden.
Die elegante Lösung
ist das drahtlose Netz (WLAN = Wireless
Local Area
Network). Im Zuge der sich rasant
verbreitenden DSL-Anbindung ist es ohne Weiteres möglich, dass mehrere
Surfer die technische Kapazität der Leitung besser ausnutzen.
Leider reichen die handelsüblichen Router oft nicht aus, da
die häuslichen Wohnverhältnisse so beschaffen sind, dass die
viel gepriesene 40m-Reichweite plötzlich auf 10m oder weniger
zusammenschrumpft. Für diesen Fall können Sie leistungsstarke
Antennen herstellen, die eine einwandfreie Empfangsleistung auch über eine größere
Entfernung garantieren.
Hier die verschiedenen Bauformen, die ich ausprobiert habe:
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Biquad-Antenne
mit CD-Reflektor
ca. 10 dBi |
Doppel-Biquad-Antenne
mit Kupfer-Reflektor
ca. 12 dBi |
Waveguide-Antenne
mit Dosenreflektor
ca. 11 dBi |
Biquad-Antenne
mit Kupfer- oder Aluminium-Reflektor
ca. 12 dBi |
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Formschöne
Antenne, reicht in den meisten Fällen aus; lässt sich auf den Rechner
oder Schreibtisch stellen und gut positionieren. |
Vorteilhaft für
einen breiteren Empfangsbereich oder größere Entfernung;
korrosionsgeschützt durch farblosen Überzugslack |
Gute Richtwirkung;
bei genauer Ausrichtung hoher Gewinn; |
Gute Leitungswerte
durch Verwendung von Kupfer- oder Aluminiumplatte als Reflektor; korrosionsgeschützt durch farblosen Überzugslack; |
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Die Antenne wird
durch farblosen Überzugslack vor Korrosion geschützt
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Mit zwei Geräten
kann durch die Bündelung der Sendeleistung eine ziemlich abhörfreie
Übertragungsstrecke aufgebaut werden. |
Hohe Reichweiten
lassen sich übrigens erzielen, wenn man die Antenne auf den Polarisationsarm
einer Satellitenschüssel montiert (Reichweite 1...18 km). |
Die günstigsten Antennen sind die Biquads mit Kupfer-
oder Aluminium-Reflektor. Sie haben eine hohe Leistung und sind
kostengünstig.
Zur Befestigung der Antennen benutze ich ein kurzes Tischbein aus dem
Baumarkt. Vorteilhaft sind die Bohrlöcher, weil damit
nach genauer Ausrichtung auch eine Dauerbefestigung erfolgen kann. Als
Anschluss dient ein 100 cm langes RG 58 Kabel mit Antennen-Normstecker
SMA 03-RP. Je kürzer das Kabel ist, desto höher ist die Antennenleistung
Die Leistungsangaben sind Mittelwerte; ich habe sie auf Kanal 6 gemessen. Auf den
anderen Sendekanälen können die Werte besser oder
geringfügig niedriger sein. |
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Ausführliche Bauanleitung für den Selbstbau einer WLAN-Antenne
Vielleicht haben Sie auch Lust eine WLAN Antenne
selbst zu bauen. Der Aufwand und die Kosten sind nicht hoch.
Dazu macht
der Selbstbau eine Menge Spaß. Im Folgenden biete ich Ihnen eine
ausführliche Bauanleitung an, die aus zwei Teilen besteht:
- Teil 1: Antennen für das Wireless LAN im 2,4
GHz-Band
In diesem Artikel werden verschiedene Antennen und ihre Wirkungsweisen
vorgestellt, die sich für den Selbstbau eignen. Sie können den Text
wlan-antennen.pdf durch Anklicken hier herunterladen. - Teil 2: Unterrichtsprojekt: Bau von WLAN-Antennen für
das 2,4 GHz-Band
In diesem Dokument wird der Selbstbau einer Wireless LAN - Antenne für
das 2,4 GHz-Band beschrieben.
- Der Bau ist als Unterrichtseinheit für
einen Wahlpflichtkurs Technik ab Klasse 8 oder für ein Projekt in einer
Projektwoche konzipiert und enthält alle didaktisch-methodischen
Anweisungen, sachliche Informationen sowie eine detaillierte
Bauanweisung. Natürlich eignet sich die Anleitung auch für jeden
Hobby-Bastler.
Sie können die Bauanleitung wlanprojekt.pdf hier durch Anklicken herunterladen.
300_d_Tresselt-x_WLAN-Antenne - Eigenbau-Antennen für das Wireless LAN im 2,4 GHz Band_1a.pdf300_d_Tresselt-x_Selbstbau einer Richt-Antenne für das Wireless LAN im 2,4 GHz Band_1a.pdf
http://www.tresselt.de/wlan.htm
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*********************************************************DVB-T Antennen
WLAN Rundstrahlantennen
(gerne auch Rundstrahler, WLAN Rundumantenne, Stabantenne oder Omni Antenne genannt)
Antennen
In der Regel können die bisherigen Fernsehantennen weiterverwendet
werden. Im Hauptsendebereich reicht es jedoch oft auch aus, ein
Koaxialkabel etwa 12,5 cm abzumanteln (falls auch VHF benötigt wird,
etwas länger, siehe Beispiel unten). Das Massegeflecht (der "Schirm")
wird dann ca. 12,5 cm über den Außenmantel gestülpt, während der
Innenleiter des Kabels ebenfalls ca. 12,5 cm aus dem abisolierten Kabel
herausragt.
Die so gebastelte Dipol-Antenne wird dann senkrecht (oder
waagrecht, je nach Polarisationsebene des Senders) am Fenster
ausgerichtet.
Eine höhere Montageposition trägt gewöhnlich zur
Empfangsverbesserung bei.
HINWEIS:
Gewöhnlich bietet eine passive Antenne im Hauptempfangsbereich
besseren Empfang als eine Antenne mit Verstärker.
Eine Signalamplitude
von 35 bis 40 µV soll bereits zum Empfang von DVB-T genügen. Ist eine
Pegelanhebung zur Verbesserung der Empfangsqualität unumgänglich, sollte
zuerst über eine bessere Antennenart und -position nachgedacht werden.
Falls doch ein Verstärker verwendet werden muss, sollte ein
breitbandiger Verstärker eingesetzt werden, da DVB-T COFDM (eine
Modulationsart mit 2048, 4096 oder 8192 verschiedenen QAM-modulierten
Unterträgern) verwendet.
- Schritt1: Kabelmantel ablängen, dabei Geflecht bitte nicht einritzen
- Schritt2: Massegeflecht umstülpen und Dielektrikum entfernen
 Dielektrikum (das innere Plastik) entfernen |
- Schritt3: Mit Schrumpfschlauch fixieren
Bei der dargestellten Antenne handelt es sich um eine sogenannte
Koaxialantenne, eine Abwandlung der Sleeve-Antenne.
Die Antenne stellt
elektrisch gesehen einen offenen Lambda/2-Dipol dar.
Dabei stellt der
freigelegte Innenleiter die eine Hälfte des Dipols mit Lambda/4 dar. Die
andere Seite des Dipols (ebenfalls mit Lambda/4) bildet das umgestülpte
Massegeflecht, das auch gleichzeitig als Viertelwellensperrtopf für die
Anpassung des Wellenwiderstandes an das Koaxialkabel dient.
Die Länge der Antenne ergibt sich aus Lambda = c / f (c=Lichtgeschwindigkeit in km/s, f=Frequenz
in MHz, mit der Länge kann auch die Mittenfrequenz der Antenne
verändert werden.
Die Länge des Massegeflechts sollte 0,95 x Lambda/4
betragen, die des freigelegten Innenleiters 0,97 x Lambda/4.
Im Übrigen lässt sich diese Antenne hervorragend in einem weißen
Kabelkanal am Fenster verstecken.
Berechnung
Fiktives Beispiel, bitte auf regionale Verhältnisse abstimmen:
Die kleinste benötigte UHF-Frequenz beträgt 482 MHz. Die größte benötigte UHF-Frequenz 802 MHz.
Mittelfrequenz: (490 MHz + 706 MHz)/2 = 598 MHz
Lambda = 299.792 km/s / 598 MHz = 501,32 mm = 50,1 cm gerundet
- Massegeflecht: 50,1 cm x 0,95 / 4 = 11,9 cm
- Innenleiter: 50,1 cm x 0,97 / 4 = 12,1 cm
Variationen der Selbstbau-Antenne
- In der c't 11/2004 wurden einige Antennen getestet. Die
selbstgebauten haben dort sogar besser abgeschnitten als die meisten
Kaufantennen.
- Das hängt jedoch von der jeweiligen Empfangssituation ab.
Wer sich genauer mit Antennenbau beschäftigen will oder aufwendigere
(aber auch empfangsstärkere) Antennen für wenig Geld selbst bauen will,
kann sich bei den folgenden Links informieren. Eine Variante der hier vorgestellten Antenne soll etwas besser auf die tieferen Frequenzen der VHF-Kanäle (Kanal 2..8) abgestimmt sein.
- Wer die Empfangsleistung noch erhöhen möchte, kann das
Massegeflecht am unteren Ende (wo es sonst umgestülpt wird) abtrennen,
ein Stück nach oben schieben und am Innenkanal anschließen.
- Hier bitte
beachten, dass das Geflecht komplett vom Rest getrennt und nun
abisoliert ist.
Empfehlenswert wären hier ein Stück Schrumpfschlauch am unteren Ende des Geflechts und ein Stück zum Rest des Kabels hin.
http://www.vdr-wiki.de/wiki/index.php/DVB-T_Antennen#Variationen_der_Selbstbau-Antenne*********************************************************Theoretische
Untersuchung von Breitbandantennen mit Realisierung einer
logarithmisch-periodischen Dipolantenne
Inhaltsverzeichnis
Einleitung
1.
Theorie der Antenne
1.1.
Grundbegriffe
1.1.1.
Definition der Antenne
1.1.2.
Die elektromagnetische Welle
1.2.
Elementarquellen
1.2.1.
Isotroper Kugelstrahler
1.2.2.
Hertzscher Dipol
1.2.3.
Fitzgeraldscher Dipol
1.2.4.
Huygenssche Elementarquelle
1.3.
Kenngrößen
1.3.1.
Polarisation
1.3.2.
Richtcharakteristik und Richtdiagramm
1.3.3.
Der Richtfaktor
1.3.4.
Der Antennengewinn
1.3.5.
Antennenimpedanz
1.3.6.
Mittlerer Wellenwiderstand
1.3.7.
Verkürzungsfaktor
1.3.8.
Welligkeit und Stehwellenverhältnis
1.3.9.
Bandbreite
2.
Breitbandige Antennen
2.1.
Dicker Leiter
2.1.1.
Dicker zylindrischer Dipol
2.1.2.
Ebener Flächenstrahler
2.2.
Babinet-Prinzip
2.3.
Winkelprinzip
2.4.
Logarithmisch-periodisches Prinzip
2.5.
Zusammenfassung
3.
Ausführungsformen von Breitbandantennen
3.1.
Stabantennen und Dipole
3.1.1.
Kegelantenne
3.1.2.
Gefalteter Dipol
3.2.
Abgeschlossene Langdrahtantenne
3.3.
Wendelantenne
3.4.
Trichterantenne
3.5.
Spiralantenne
3.5.1.
Winkelkonstante Spiralantenne
3.5.2.
Archimedische Spiralantenne
3.6.
Logarithmisch-periodische Antenne
3.7.
Speisung von Breitbandantennen
3.7.1.
Frequenzgangkompensation
3.7.2.
Impedanzwandler
3.7.3.
Symmetrierglieder
3.8.
Epilog zu den Breitbandantennen
4.
Entwicklung einer log.-per. Dipolantenne
4.1.
Elektrische Dimensionierung
4.1.1.
Geometrie der LPDA
4.1.2.
Aktive Zone der LPDA
4.1.3.
Physikalische Kenngrößen
4.1.4.
Impedanz der LPDA
4.1.5.
Hinweise zur Dimensionierung
4.1.6.
Berechnung der LPDA-Parameter
4.2.
Mechanischer Aufbau
4.3.
Meßergebnisse
Anhang A:
Programm-Listing
Anhang B:
Literaturverzeichnis
Anhang C:
Meßkurven
1.
Theorie der Antenne
1.1.
Grundbegriffe
In der
drahtlosen Nachrichtenübertragungstechnik hat die
Antenne im Sendefall die Aufgabe, die vom Sender
gelieferte Leitungswelle in die Freiraumwelle umzuwandeln
bzw. im Empfangsfall die Freiraumwelle in eine
Leitungswelle zu wandeln, welche dann den Empfänger
speist. Die Antenne wird deshalb auch als
Wellentypwandler bezeichnet.
Damit die
Abstrahlung bzw. der Empfang der elektromagnetischen
Wellen reflexionsfrei erfolgt, muß die Antenne den
Leitungswellenwiderstand ZL an den
Feldwellenwiderstand des freien Raums
(1)
anpassen.
Dieses erreicht man durch Formgebung und Größe der
Antenne.
Für alle
normalen Antennenanordnungen, die keine nichtlinearen und
nichtreziproken Elemente wie Verstärker und Ferrite
enthalten, gilt das Reziprozitätstheorem [3], [6]. Das
bedeutet, daß die gleiche Antenne zum Empfang und Senden
verwendet werden kann, ohne daß sich dabei ihre
charakteristischen Eigenschaften bzw. Kenngrößen
ändern. In dieser Arbeit gelten alle Angaben bezüglich
des Empfangsfalles also entsprechend auch im Sendefall
und umgekehrt.
Im Vergleich
zur Schwingung, die durch eine zeitliche Änderung von
physikalischen Größen beschrieben wird, wird die Welle
durch zeitliche und räumliche Änderungen
physikalischer Größen bestimmt.
Die
Kenngrößen der elektromagnetischen Welle sind
- die
Periodendauer T
- die
Frequenz f
- die
Wellenlänge l.
Zwischen
ihnen besteht folgender Zusammenhang:
(2)
Die
elektromagnetische Welle tritt beim offenen Schwingkreis
auf, welcher als Antenne wirkt. Diese führt zu einer
Abstrahlung und erzeugt ein elektromagnetisches Feld.
Die
Kenngrößen des elektromagnetischen Feldes sind
- die
elektrische Feldstärke
- die
magnetische Feldstärke
- der
Feldwellenwiderstand
.
Zwischen
ihnen besteht folgender Zusammenhang [7]:
(3)
Die
Antennenstrahlung kann durch den Vektor der
elektromagnetischen Leistungsdichte 
(Poynting-Vektor)
charakterisiert werden. Er gibt die Richtung und
den Leistungsfluß der Welle je m2 an.
Im
Normalfall ist der Abstand zwischen der Sende- und
Empfangsantenne sehr groß, verglichen mit den
Abmessungen der Sendeantenne und der Freiraumwellenlänge.
Vom Empfangsort aus betrachtet scheint dann die
Antennenstrahlung von einem einzigen Punkt, dem
sogenannten Phasenzentrum, auszugehen. In diesem Fall
befindet sich die Empfangsantenne in der Fernfeldregion.
Im Fernfeld kann eine ebene Wellenfront angenommen werden;
d.h. Flächen gleicher Phase sind parallele Ebenen. Bei
Flächenantennen ergibt sich der Fernfeldabstand [7]
durch
(4)
Dabei ist r der Abstand
Sendeantenne - Empfangsantenne und D0 die
größte Antennenabmessung. Bei Längsstrahlern liegt die
Fernfeldgrenze bei r
> 2 l0. Den
Bereich zwischen Sendeantenne und Fernfeldregion
bezeichnet man als Nahfeldregion bzw. Nahfeld.
1.2.
Elementarquellen
Der isotrope
Kugelstrahler [9] ist eine hypothetische, verlustfreie
Antenne, die in alle Richtungen des Kugelraumes
gleichmäßig abstrahlt. Sie erzeugt im Abstand r
winkelunabhängig die Leistungsdichte
(5)
Pt
ist dabei die Strahlungsleistung der Antenne.
Obwohl der
isotrope Kugelstrahler praktisch nicht realisiert werden
kann, ist er als theoretische Vergleichsantenne durchaus
zweckmäßig. So wird der Gewinn
einer Antenne meistens in Bezug auf den isotropen
Kugelstrahler angegeben.
Der
Hertzsche Dipol (elektrischer Elementardipol) [7], [9]
ist ein fiktiver Strahler dessen Länge D
infinitesimal kurz ist und bei dem eine konstante
Stromverteilung angenommen wird. In der Praxis kann er
durch einen Dipol angenähert werden, dessen Länge L klein
gegenüber der Wellenlänge l0
ist.
(6)
Eine nahezu
konstante Strombelegung kann durch entsprechend große
Dachkapazitäten gebildet werden.
Der
Hertzsche Dipol beschreibt das Feld eines elementaren
Stromelements. Durch Überlagerung äquivalenter
Hertzscher Dipole können die Felder stromführender
Leiter berechnet werden. Dabei gilt für das Gesamtfeld
des Hertzschen Dipols in der Fernfeldregion:
(7)
(8)
(9)
Ersetzt man
beim Hertzschen Dipol den eingeprägten elektrischen
Strom I0 durch einen
dualen eingeprägten magnetischen Strom IM0,
so erhält man den Fitzgeraldschen Dipol (magnetischer
Elementardipol) [9]. In der Praxis erreicht man dieses,
in dem man durch eine elektrisch kleine Leiterschleife
der Fläche A
einen konstanten Strom I0 führt. Es
gilt dann:
(10)
In der
Fernfeldregion erhält man für den Fitzgeraldschen Dipol:
(11)
(12)
Nach dem
Huygensschen Gesetz bildet jeder Punkt einer primären
Wellenfront ein Erregungszentrum einer sekundären
Kugelwelle. Innerhalb eines Ausschnitts der Wellenfront
mit den Seitenlängen Da und Db
kann eine solche Sekundärquelle durch eine Überlagerung
aus Hertzschem- und Fitzgeraldschem Dipol beschrieben
werden. Diese bezeichnet man dann als Huygenssche
Elementarquelle [9]. Ihre Felder erhält man durch
folgende Gleichungen:
(13)
(14)
(15)
(16)
Dabei ist 
und 
.
Mit diesen
Formeln kann das Strahlungsfeld bzw. die
Richtcharakteristik einer Aperturantenne berechnet werden.
1.3.
Kenngrößen
Die
Polarisation [7], [10] gibt die Richtung des Vektors der
elektrischen Feldstärke in der ausgestrahlten
elektromagnetischen Welle an. Man unterscheidet dabei
zwischen linearer und kreisförmiger Polarisation.
Bei der
linearen Polarisation verlaufen die elektrischen
Feldlinien geradlinig. Sind sie senkrecht zur
Erdoberfläche gerichtet, spricht man speziell von
vertikaler Polarisation; verlaufen sie horizontal zur
Erdoberfläche, so liegt horizontale Polarisation vor.
Ist die
Richtung der elektrischen Feldkomponente nicht fixiert,
sondern läuft kontinuierlich in Kreisform, dann spricht
man von zirkularer Polarisation. Je nach Umlaufsinn
unterscheidet man hier noch in rechtsdrehender und
linksdrehender Polarisation.
Die
Richtcharakteristik bzw. Strahlungscharakteristik
beschreibt die Richtungsabhängigkeit der Amplitude,
Phase und Polarisation der von der Antenne erzeugten
Feldstärke. In der Praxis bezieht man sich jedoch nur
auf die Amplitude der elektrischen oder magnetischen
Feldstärke E(j
,J ) bzw. H(j ,J
) oder auf
die von einer Antenne aufgenommene Empfangsspannung U(j ,J
). Es wird
die Richtcharakteristik auf den Maximalwert bezogen
angegeben:
(17)
Betrachtet
man lediglich eine oder mehrere Schnittebenen der
Richtcharakteristik und stellt diese graphisch dar,
erhält man das Richtdiagramm bzw. Strahlungsdiagramm.
Schnitte durch die E-Ebene bzw. durch die H-Ebene werden
speziell Vertikal- und Horizontaldiagramm genannt.
Gegenüber
Rundstrahlantennen, welche in alle Raumrichtungen
annähernd gleich stark strahlen, haben Richtantennen
eine mehr oder minder stark ausgeprägte Vorzugsrichtung.
Der Richtfaktor D
ist das Verhältnis der Strahlungsleistungsdichte Smax
der Antenne in Hauptstrahlungsrichtung verglichen mit der
Strahlungsleistungsdichte des isotropen
Kugelstrahlers als
Referenzantenne bei gleicher Strahlungsleistung Pt [9].
(18)
(19)
Der Gewinn G ist das
Verhältnis der Strahlungsleistungsdichte Smax
der Antenne in Hauptstrahlungsrichtung verglichen mit der
Strahlungsleistungsdichte des isotropen
Kugelstrahlers als
Referenzantenne bei gleicher zugeführter
Eingangsleistung Pt0 [7], [9].
(20)
Der Gewinn
ist über den Antennenwirkungsgrad h mit dem Richtfaktor
verknüpft.
(21)
Wird statt
des isotropen Kugelstrahlers der Hertzsche
Dipol als
Referenzantenne benutzt, gilt:
(22)
Bezieht man
sich auf den Halbwellendipol:
(23)
In der
Praxis wird statt des Gewinnfaktors oft der Gewinnpegel G' = 10 log G in
dB angegeben.
Bild 1
Ersatzschaltbild der Antenne im Sendefall
Bild 2
Ersatzschaltbild der Antenne im Empfangsfall
Der Realteil des Antennenwiderstandes einer
verlustbehafteten Antenne besteht aus dem
Strahlungswiderstand Rr und dem
Verlustwiderstand Rl.
(24)
(25)
Der
Strahlungswiderstand des verlustlosen Hertzschen
Dipols beträgt [7]:
(26)
Für die
Antennenimpedanz eines infinitesimal dünnen
Halbwellendipols mit sinusförmiger Stromverteilung gilt
[6]:
(27)
Dabei ist C
die Eulersche Konstante (C = 0,577215664901532...)
Um nun den
Halbwellendipol bei Resonanz betreiben zu können, muß jXA = 0 werden.
Dieses wird durch kürzen der Dipollänge h um den
Faktor 0,96 erreicht.
(28)
Antennen
weisen eine bestimmte Induktivität und Kapazität auf,
welche im Gegensatz zu gestreckten elektrischen Leitungen
nicht entlang des Leiters konstant sind. So fällt bei
Antennen die Kapazität zu den Strahlerenden hin ab.
Dieses wird deutlich, wenn man durch Aufklappen einer
Zweidrahtleitung einen Dipol entstehen läßt.
Analog zur
Leitungstheorie wird der Wellenwiderstand einer
verlustlosen Antenne wie folgt definiert [9]:
(29)
Dabei ist C' der
Kapazitätsbelag. Er gibt die Kapazität pro
Längeneinheit an der betrachteten Stelle des
Antennenleiters an. Entsprechend ist L' der
Induktivitätsbelag und gibt die Selbstinduktion pro
Längeneinheit an. Werden C'
und L' als
konstant angenommen, so erhält man den mittleren
Wellenwiderstand ZM.
Die in
Gleichung 28 beschriebene elektrische Länge eines
Strahlers gilt nur für einen unendlich dünnen Leiter
der in völlig freier Umgebung betrieben wird.
Reale
Dipole müssen schon wegen der mechanischen Festigkeit
eine Mindestdicke besitzen und befinden sich immer in der
Nähe von Bäumen, Häusern und vor allem nahe dem
Erdboden.
Dadurch haben die Dipolenden mehr Kapazität
als im Idealzustand, und die Resonanzfrequenz sinkt.
Um die
mechanische Länge einer Antenne zu erhalten, muß der
Verkürzungsfaktor V,
welcher abhängig vom Schlankheitsgrad s der Antenne
ist, berücksichtigt werden.
(30)
(31)
Es sind h die
Leiterlänge und d
der Leiterdurchmesser der Antenne.
Die physikalische
Antennenlänge eines Halbwellendipols erhält man also
aus
(32)
Ist der
Antenneneingangswiderstand ZA gleich dem
Wellenwiderstand ZL der
Versorgungsleitung, nimmt die Antenne genau den Strom auf,
den die Leitung bei der angelegten Spannung führt. Es
besteht Anpassung. Jede Abweichung bedeutet eine
Fehlanpassung. Dabei kann die Antenne den Strom bzw. die
Spannung nicht vollständig aufzehren, und ein Teil davon
läuft in die Leitung zurück. Ist die Leitung offen oder
kurzgeschlossen, wird die elektromagnetische Welle am
Ende völlig reflektiert, und man spricht von
Totalreflektion.
Ein Maß
für die Anpassung ist der Welligkeitsfaktor s oder das
Stehwellenverhältnis VSWR,
das aus den Amplituden von hin- und rücklaufender Welle
bestimmt wird.
(33)
Die
Bandbreite einer Antenne beschreibt das Frequenzintervall
in dem die elektrischen Eigenschaften dieser Antenne
konstant bleiben bzw. sich nur um zulässige Werte
ändern. Dazu gehören in erster Linie
Man spricht
allgemein von einer Breitbandantenne, wenn innerhalb
einer Oktave das Stehwellenverhältnis
den Faktor 2 nicht überschreitet [14].
(34)
Als Maß der
Bandbreite wird bei Schmalbandantennen das Verhältnis
von Arbeitsfrequenzintervall zur Mittenfrequenz in
Prozent angegeben:
(35)
Bei Antennen
mit größerer Bandbreite als das Verhältnis von oberer
Grenzfrequenz zur unteren Grenzfrequenz:
(36)
Die Werte
für fo
und fu
sind abhängig vom Typ und Einsatz der Antenne. Meistens
werden die beiden Eckfrequenzen aufgeführt, in deren
Bereich das Stehwellenverhältnis einen bestimmten Wert
nicht überschreitet.
Bei
Richtantennen ändert sich während entsprechender
Frequenzvariation das Richtdiagramm und die
Hauptstrahlungsrichtung oft mehr als die Eingangsimpedanz.
Hier wird zur Bestimmung der Bandgrenzen die
Formänderung des Richtdiagamms und vereinzelt der Abfall
des Antennengewinns herangezogen.
Oberhalb
einer bestimmten Frequenzgrenze wird die Polarisation von
zirkular polarisierten Antennen zunehmend elliptisch. Zur
Definition der Bandbreite wird hier ein Achsenverhältnis
der Polarisationsellipse von 2:1 als Grenzwert benutzt.
http://www.wolfgang-rolke.de/antennas/ant_100.htm
2.
Breitbandige Antennen
http://www.wolfgang-rolke.de/antennas/ant_200.htm
3.
Ausführungsformen von Breitbandantennen
http://www.wolfgang-rolke.de/antennas/ant_300.htm4.
Entwicklung einer log.-per. Dipolantenne
http://www.wolfgang-rolke.de/antennas/ant_400.htm
300_d_Rolke-x_Theoretische Untersuchung von Breitbandantennen - Theoretische GRUNDLAGEN_1a.pdfDIN A4 ausdrucken********************************************************I*
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