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Dosen-Antenne

http://sites.prenninger.com/elektronik/dvb-t-antennen/dosen-antenne


Hohlleiter-Antenne


Auf Internetseiten, die sich mit dem Selbstbau von WLAN-Antennen befassen, ist oft von der sog. "Pringles-Antenne" zu lesen.
Das ist nichts anderes als ein Hohlleitererreger für 2.4 GHz.
Wer keine Chips mag, kann sowas auch aus einer Konservendose bauen, neudeutsch heißt das dann "Tin-Can-Antenna".


Dosenantennen Selbstbau

Frequenz wird 2.437 GHz (Kanal 6) Gewinn 10..35dB

http://sbarth.dyndns.org/seiten/rahmen.php?nav=tincanantenna



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Feldstärkemesser für 900MHz Handy-Frequenz
http://sbarth.dyndns.org/seiten/rahmen.php?nav=feldstaerkemesser


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WLAN-Richtfunk mit Hausmitteln

in www.schaltungen.at
300_a_antenne-x_Selbstbau einer leistungsfähigen Richtantenne (WLAN 2,45GHz Dosenantenne)_1a.doc

300_d_antenne-x_Berechnung einer WLAN-Dosenantenne nach WLAN Standard IEEE 802.11b und 802.11g_1a.pdf

http://www.heise.de/netze/artikel/WLAN-Richtfunk-mit-Hausmitteln-221433.html?artikelseite=3

Antennenrechner: Maße für die Dosenantenne

Bild 12 [247 x 161 Pixel @ 2,4 KB]

Eingabegrößen:

Betriebsfrequenz f  = 2,45GHz:

Dosendurchmesser (Dm) in mm:

Ergebnis

Ideale Dosenlängen LD in mm: 146, 264, 382, … (Schrittweite 118)
Strahlerlänge LS in mm: 31,2mm
Montagepunkt vor Rückwand Lm = 59mm

Da sich dieser Online-Rechner nicht gut zum Einkaufen mitnehmen lässt, haben wir in der Tabelle unten einige beispielhafte Maße zusammengestell


Optimale Dosenmaße bei 2,45 GHz
Dosen-Dm Dosen-Längen Koppelstift-Abstand
76mm 231, 416, 601mm,… 93mm
78mm 194, 350, 506mm,… 78mm
80mm 172, 310, 449mm,… 69mm
82mm 157, 284, 410mm,… 63mm
84mm 146, 264, 382mm,…Schrittweite 118 59mm
86mm 138, 249, 360mm,… 55mm
88mm 132, 237, 343mm,… 53mm
90mm 126, 227, 329mm,… 51mm
92mm 122, 219, 317mm,… 49mm
94mm 118, 213, 307mm,… 47mm
96mm 115, 207, 299mm,… 46mm
98mm 112, 202, 291mm,… 45mm
100mm 109, 197, 285mm,… 44mm




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Dosen Antenne       Antennen für 2,4 GHz
Lichtgeschwindigkeit im Vakuum c = 299 792 458 m/s ca. 300Mm/s
lambda = 299 792 458 m/s / 2.400.000.000 = 0,1249m

Abstand Koppelstift A = 0.5 x lambda  = lambda/2 = 62.45 mm)
Länge Koppelstift B = 0.25 x lambda  = lambda/4 = 31.23 mm
Dm = 0.7..0,8 x lambda =  124,9 mm x 0,75 = 93.675 mm,

Die Antennen-Dose hat einen Dm von 97mm und eine Länge von 180mm  und arbeitet  mit einem SWR <1.2
L .. Die Länge ist unkritisch, sollte aber mehr als Lambda sein



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Berechnung einer WLAN-Dosenantenne nach WLAN Standard IEEE 802.11b und 802.11g
Frequenz wird 2.437 GHz (Kanal 6)
http://www.mmedian.de/pdf/WLAN_Dosenantennenberechnungen.pdf

c= Lichtgeschwindigkeit 2,99792458 * 108 m/s
Di=Innendurchmesser Dose
lambda = Lamda

Aufgrund unberechenbarer Störungseinflüsse ist ein Sicherheitsabstand zum minimalen Dosendurchmesser einzuhalten.
Die ideale Auslegung der Dosenantenne liegt im Bereich von Mode H11(monomode Dose) bis zu Mode E01 (Bereich Di = 84 bis 93 mm)

Grenzauslegung von Innendurchmessern:
Betriebs-Frequenz fs = 2437000000 Hz (1/s)
Lichtgeschwindigkeit c  = 299792458 m/s
Mode-Faktor = 1,71
ergibt Innendurchmesser Di min = 0,071939773 m =  71,9 mm


Ermittlung der CuttOff-Frequenz fc nach Mode H11 in Abhängigkeit des Dosen-Innendurchmessers Di
Dosen-Innendurchmesser Di = 0,091 m
CuttOff Frequenz fc = 1926562933 Hz

Innere Wellenlänge Lamda  in einer Dose
LamdaG = c/Wurzel(Betriebsfrequenz fs^2 - CuttOff-Frequenz fc^2) = 20,08764287 cm

Optimaler Abstand des Koppler-Stiftes zum Dosenboden = lambda/4 = 50,2 mm

Querschnitt des Kupfer Koppler-Stiftes = 1,5 mm^2


Optimale Länge des Dosenrohres beträgt ca. 5/8 der inneren Wellenlänge einer Dose = 125,5 +/-20mm


Berechnung einer WLAN-Dosenantenne nach WLAN Standard IEEE 802.11b und 802.11g. 13 Kanäle von 2412 bis 2472 MHz in Deutschland freigegeben.
Länge des Dosenrohres bei 3/4 lambda der inneren Wellenlänge = 150,7 mm
Kanal-Nr.  Frequenz  Wellenlänge Länge Koppelstift lambda/4
1          2,412GHz  12,429206cm 31,1mm
2          2,417     12,403494   31,0
3          2,422     12,377888   30,9
4          2,427     12,352388   30,9
5          2,432     12,326993   30,8
6          2,437 GHz 12,301701cm 30,8mm
7          2,442     12,276513   30,7
8          2,447     12,251429   30,6
9          2,452     12,226446   30,6
10         2,457     12,201565   30,5
11         2,462     12,176785   30,4
12         2,467GHz 12,152106cm 30,4mm
13         2,472    12,127527   30,3

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Besser als Dosenantennen sind Bi-Quad oder 4er-Quad oder 6er-Quad Antennen


dosentest.png




Also bei den teils sehr euphorischen Beschreibungen der Leistung einer Dosenantenne hätte ich schon etwas mehr, bzw. einen geringeren Unterschied zu einer einfachen BiQuad oder gar ein gegenteiliges Ergebnis erwartet.



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WLAN-Antenne Klobürsten-Dosenantenne  mit IKEA Klobürstenständer.
Die Dosenantenne  besteht lediglich aus einer Blechdose, einem eingesteckten Koppelstift und einer Anschlussbuchse für das HF-Kabel zum Router.

Die Standard-Stummelantennen befinden sich am unteren Ende der Leistungsskala und stoßen schnell an ihre Grenzen, wenn es darum geht, die eigene Wohnung besser abzudecken, den Nachbarn mit DSL zu versorgen.
Befindet sich der Access-Point 3. Zimmer weiter oder gar im Haus auf der anderen Straßenseite, muss eine Richtantenne her.
Wer für eine Verbindung zum nächsten Bekannten mit DSL-Anschluss am anderen Ende der Dorfstraße oder zum Freifunk-Knoten im übernächsten Häuserblock sogar noch weitere Funkstrecken überbrücken muss, dürfte in der Regel sogar 2. Richtantennen benötigen.
Deshalb lohnt sich auch bei Modellen mit nur einer externen Antenne ein Blick ins Gehäuse des Access-Point. In der Regel ist auf dem WLAN-Modul nämlich eine winzige Buchse für die zweite Antenne bestückt.
Dieser Steckertyp heißt je nach Hersteller U.FL oder Ipex.
Mit einem kurzen Adapterkabel (Pigtail) lässt sich der Anschluss durch einen Lüftungsschlitz leicht nach außen führen.
Der Antennenstecker ist meist vom Typ SMA oder RP-SMA SMA-Reverse
Standards IEEE 802.11b und 802.11g bei 2,4 GHz
Die abgestrahlte Leistung von 100 mW (Equivalent Isotropic Radiated Power, EIRP) darf nicht überschritten werden.
WLAN-Module geben jedoch nur zwischen 30mW .. 50mW ab, minus den Verlust in den Kabeln bis zur Dosenantenne.
Kabellänge max. 70cm.
Der optimale Innendurchmesser liegt für 2,4 GHz-WLAN zwischen Dm = 84mm .. 92mm, mit leichten Einbußen bei Gewinn und
Richtschärfe auch bis 111mm

Anders als in vielen Selbstbauanleitungen behauptet, kommt es nach unseren Erkenntnissen durchaus auf die Länge der Dose an.
Da sich die gute Anpassung periodisch wiederholt Genauigkeit: Dosen-Länge von der Tabelle +/-10mm

Optimale Dosenmaße bei 2,4GHz
Durchmesser Dosenlängen            Koppelstift-Abstand von Dosenboden innen
 84mm       149, 268, 386mm usw.   59mm
 86mm       140, 252, 364mm usw.   56mm
 88mm       134, 240, 347mm usw.   53mm
 90mm       128, 230, 332mm usw.   51mm
 92mm       124, 222, 320mm usw.   49mm
 94mm       120, 215, 310mm usw.   48mm
 96mm       116, 209, 302mm usw.   46mm
 98mm       113, 204, 294mm usw.   45mm
100mm       111, 199, 287mm usw.   44mm
102mm       109, 195, 282mm usw.   43mm
104mm       106, 191, 277mm usw.   43mm
106mm       105, 188, 272mm usw.   42mm
108mm       103, 185, 268mm usw.   41mm
110mm       102, 183, 264mm usw.   41mm

Die Dosenwände müssen glatt und der Dosenboden muß vollkommen plan sein.
Edelstahlhalter von Designer-WC-Bürsten aus dem Baumarkt. Der Innendurchmesser beträgt 91,5 mm und die Länge 240 mm.
50 Ohm N-Buchse mit Flansch (nicht TNC) .
Als Koppelstift verwendeten wir den gestreckten Kupferdraht eines 1,5mm2 Elektroinstallationsdrahtes (Verlegedraht für FX-Rohre).

Praxistest:

1) Funkstrecke mit Sichtkontakt von 1km Länge.
Auf der Langstrecke kam mit beidseitig montierten Standard-Stummelantennen keine Verbindung zustande.
Doch schon mit einer Dosenantenne an einem der beiden Router erhielten wir einen Link.
Iperf lieferte einen gemittelten TCP-Durchsatz von 2,3 MBit/s.
Durch den Einsatz von 2. Dosenantenne (an beiden Routern einer) ließ sich der Durchsatz auf 8,5 MBit/s steigern.
Wenn die Fresnel-Zone nicht durchgängig frei ist, etwa weil Bäume oder Häuser zu nah an der freien Sichtverbindungslinie stehen, ist besonders bei Regenwetter mit erheblichen Verlusten zu rechnen.

2) Funkstrecke ohne Sichtkontakt eine 30-Meter-Verbindung innerhalb eines Bürogebäudes.
Mit Stummelantennen kam selbst auf die kurze Distanz durch mehrere Wände keine Verbindung zustande, doch eine Dosenantenne genügte für eine Verbindung mit 3,2 MBit pro Sekunde Durchsatz.
Mit beidseitiger Dosenantenne waren es schon 7,1 MBit je Sekunde.

3) Verkabelung mit Aircell7 Kabel
Insbesondere an der Verkabelung ließe sich unser Aufbau noch optimieren. 
Speziell angefertigte, möglichst kurze Kabel (max. 70cm) könnten die Verluste verringern.

Koppelstiftlänge:
Diese muss einschließlich des herausragenden Teils des Buchseninnenleiters 30mm +/-1mm  (ein Viertel der Wellenlänge der Betriebsfrequenz) betragen.


Copyright by Heise Zeitschriften Verlag GmbH & Co. KG. Veröffentlichung und Vervielfältigung nur mit Genehmigung des Heise Zeitschriften Verlags.

in www.schaltungen.at
300_a_fritz-x_Richtfunk mit W-LAN - Bau verschiedener Antennen und Versuche_1a.pdf
300_d_antenne-x_Weitschussdose - WLAN-Richtfunk mit Hausmitteln ct 2007-25/216 (ct.07.25.216-219) Dosenantenne_1a .pdf

z.B. IKEA Edelstahlklobürstenständer mit Dm = 10cm
Das wichtigste ist der glatter Boden.

Funkdosen-Theorie in c't 25/07 auf Seite 220.
Dosenantenne aus der c't 25/07 auf Seite 220.

Durchmesser 90mm  (aut c't ist zwischen 84mm und 92mm optimal)
Länge 230mm
Koppelstiftlänge 30,3mm
Koppelstift Abstand vom Dosenboden 51mm


Kabel Aircell7 (-2 dB bei 5m)  (kein RG174 oder RG58 Kabel bei 2,4 GHz)
Lustigerweise gehts mit RG58 einigermaßen, wenn man genau die richtige Länge erwischt aber wer kennt die schon.
http://www.profi-wlan.de/product_info.php/cPath/110_174/products_id/857


Besser wäre natürlich zur Antenne nur ein 30cm-Pigtail, dafür darf die Netzwerkleitung ohne Probleme 100 m lang sein.




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WLAN Standard IEEE 802.11 b/g
http://de.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11



Berechnung einer WLAN-Dosenantenne


Die umgangssprachlich genannte "Dosenantenne" oder englisch "Cantenna" gehört zu den Antennen der Hornstrahler bzw. Hohlleiterantennen.
Der Gewinn dieser Antenne liegt bei etwa 8..10 dBi bei ordentlicher und genauer Bauweise.
Die Innenfläche der Metalldose sollte glatt sein und nicht wie viele Konservenbüchsen Verstärkungsrippen haben.
Dies gilt besonders für den Dosenboden, der vollkommen plan sein sollte.
Andernfalls kommt es zu Streuungen und destruktiven Interferenzen der geführten Welle, was sowohl den Antennengewinn als auch die damit verbundene Richtwirkung verschlechtert.
Der Strahler bzw der Koppelstift wird direkt auf den Innenstift der Buchse gelötet und hat einen Durchmesser von 2,5mm .. 3mm und besteht aus einem Stück sauberem und spiegelglattem Kupfer- oder Silberdraht.
Der Innendurchmesser ist entscheidend für eine gute Dosenantenne und der liegt bei der Mittenfrequenz von 2,437 GHz (entspricht dem WLAN-Kanal 6) bei 91 mm.
Bei einer Abweichung von mehr als +/- 20mm Dosendurchmesser, ist die Charakteristik der gebauten Antenne kaum vorhersehbar und mit relativ hohem Gewinnverlust verbunden.
Durchmesserwerte zwischen 81 und 101 mm liegen bei dieser Frequenz noch in einer guten Toleranz.
Der Anschluss an das verlustarme Koaxialkabel erfolgt mittels N-Connector Buchse.
Es können auch andere Buchse vom Typ BNC oder SMA verwendet werden, diese sollten bei dieser hohen Frequenz jedoch so verlustarm wie möglich sein.
Das angeschlossene Koaxialkabel sollte höchstens 75cm lang sein. Bei längeren Koaxialkabel steigt die Dämpfung und der Gewinn der Dosenantenne geht in dem Koaxialkabel verloren.



WLAN-Dosenantenne
Diese Software berechnet die Maße zum Bau einer WLAN/WiFi "Dosenantenne" auch "Cantenna" genannt, für den WLAN-Standard IEEE 802.11b/g im Frequenzbereich 2,4 - 2,5 GHz. Diese Holleiterantenne bzw. Hornstrahlerantenne erreicht einen Gewinn von ca. 10 dBi und läßt sich relativ leicht bauen.


http://pisica.de/software/pics/amateurfunk/WLAN-Dosenantenne.png

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Selbstbau einer Hohlleiter-Antenne (Dosen-Antenne)

n www.schaltungen.at
300_d_antenne-x_Grundlagen WLAN und WLAN-Antennen - Dosen- und Quad-Antenne_1a.pdf


300_a_antenne-x_WLAN Optimierung der Übertragungsreichweite_1a.pdf

2,437GHz,  Kanal 6,
Hohlleiter-Antenne
Dose Dm 98mm x 180mm
Gewinn = 9dBi
lambda = 299 792 458 m/s / 2.437.000.000 = 0,123m  = 12,3cm Wellenlänge
Erregerlänge = lambda / 4 = 30,75mm Koppelstiftlänge
Koppelstiftabstand vom Dosenboden 45mm





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