Eigenbau 2.4 GHz Doppelquad für WaveLan etc.

Ziel dieses Eigenbau-Projekts war es, mit einfachen Mitteln eine Richtantenne zu bauen,
um die Reichweite verfügbarer 2,4GHz Wireless-Lan Modems zu vergrössern.

Nach einiger Recherche im Web habe ich einige brauchbare Bauanleitungen zu Richt-
antennen für das 13cm Band gefunden, jedoch war die jeweilige Technologie, die
Ausführung, oder die Anleitung selbst meiner Meinung nach unzureichend, zu aufwendig
oder zu kompliziert für den Heimwerker. Diese Antenne sollte von jedem, der ein
Mindestmass an vernünftigem Werkzeug besitzt, nachzubauen sein.

Links zu einigen der gefundenen Seiten sind am Ende dieser Seite im Anhang angegeben.

Die Wahl fiel auf die Doppelquad, welche sich durch ihre Einfachheit und durch ihre kleine
Baugrösse auszeichnet.

Das LAN-Modem

Vorhanden waren in diesem Fall 2 Stck. WaveCell Modems, Typ WCL3670 der Firma
AAEON.
Sie bieten eine max. Übertragungsrate von 2 MBit, werden mit 5V DC Versorgungs-
spannung betrieben und besitzen direkt einen RJ45 Ethernetanschluss.
Mit der serienmässigen Gummiantenne sind laut Hersteller 100-160m zu überbrücken.
Der verwendete Frequenzbereich dieser Modems liegt zwischen 2400 und 2483 MHz
mit 100mW Ausgangsleistung.

Die Dimensionierung der Doppelquad

Um den meisten Nachbauern gerecht zu werden, beschränke ich mich in dieser Bau-
anleitung möglichst auf die nötigsten Faustformeln und wenig HF-technische Fachbegriffe.
Für Interessierte sind im Anhang weitere Verweise angegeben.

Frequenzbereich: 2,4-2,483 GHz
Mittenfrequenz: 2,442 GHz
Lambda: 12,3cm
Kantenlänge des Strahlers: L = (74/2,442)*1,02 = 30,90mm
Abstand Strahler/Reflektor: H = 40/2,442 = 16,38mm
(L und H beziehen sich auf die Drahtmitte)

(Für Interessierte: In diesem Fall ist der Verkürzungsfaktor ein Verlängerungsfaktor, da
ein Quadelement keine offenen Enden, wie z.B. ein Dipol hat)

Wird die Antenne waagerecht, wie im Bild zu erkennen ist befestigt, so ist die abstrahl-
Polarisation vertikal, d.h. es kann sich auch eine senkrecht stehende Gummiantenne oder
eine ebenso angeordnete Doppelquad an der Gegenstation befinden. Letzteres erhöht die
Reichweite. In diesem Zusammen hang bitte ich um Erfahrungs- und Reichweitenberichte.
Siehe Kommentare weiter unten.

Stückliste für eine Doppelquad

- 1 Doppelseitig Cu-kaschierte Epoxydplatte 183x88mm
Reste der Epoxydplatte zur Befestigung der Antenne
- 1 BNC-Einbaubuchse mit langem Gewinde (Siehe Bild)
- 1 Chinch-Stecker mit Metallgehäuse oder vergleichbares
- 250mm Ø1,5mm Kupferdraht, möglichst versilbert
- 1 Becher "Sanella"-Margarine ;-)
omni

Technische Zeichnung

Vorderansicht

Draufsicht

Bilder - klicken für grössere Ansicht

Bauanleitung

Der Reflektor der Antenne besteht aus einer doppelseitig Kupferkaschierten Epoxydharzplatte.
Diese kann man recht günstig im Europakartenformat (160x100mm) kaufen. Der Elektronik-
laden hier um die Ecke schneidet einem sogar die Platte auf das gewünschte Mass von 133x
83mm. Die Reste der Epoxydplatte werden noch gebraucht ! Siehe Befestigung.
Warum der Reflektor dieses "krumme" Mass und die abgerundeten Ecken hat, ist im Abschnitt
"Wetterfestigkeit" nachzulesen.

Wenn man die Platte hat, mit einem Lineal und Bleistift die Diagonalen in der Mitte markieren
und in deren Schnittpunkt ein 10mm Loch bohren und entgraten. Nachdem man die Ecken
abgerundet (Radius 18mm, siehe Abschnitt Wetterfestigkeit) hat, die Platte beidseitig mit feinem
Schleifpapier anschleifen. Das sieht dann etwas schöner aus.

Ebenso die BNC-Buchse am Gewindeende und am Kragen etwas anschleifen, damit dort Lötzinn
hält. Nun kann die BNC-Buchse eingebaut und die Mutter handfest angezogen werden.

Nun kommt ein kleiner Trick für Bastelfreunde:
Von dem Chinch-Stecker aus Metall brauchen wir nur die abschraubbare Steckerhülse.
Diese passt vom Gewinde her auf das Gewinde von der BNC-Buchse. Meistens sind diese
Stecker verchromt oder vernickelt, also müssen wir die Beschichtung entfernen. (Chrom und
Nickel sind nicht lötbar !)
Dazu eine M4 Schraube hindurchstecken und mit Scheibe und Mutter sichern.
Wenn man nun dies Gebilde in eine Bohrmaschine spannt, kann man mit Schleifpapier sehr
leicht die Beschichtung abschleifen...
Wir brauchen nur die ersten 12mm mit Innengewinde... also absägen!
Nun haben wir eine ca. Ø 10x12mm Messinghülse mit passendem Innengewinde!

Die Hülse soweit auf das Gewinde der BNC-Buchse aufschrauben, dass die Oberkante auf
einer Höhe mit dem Mittelpin der Buchse ist und nun rundherum am Übergang zur BNC-Buchse
verlöten.

Zum Löten dieser doch relativ grossen Flächen nicht den kleinsten Lötkolben benutzen den Ihr
finden könnt... Man braucht schon eine gute Portion Hitze damit das Lötzinn gut fliesst!
Opa hat bestimmt noch so einen 80W Dachrinnenkolben oder eine alte Lötpistole...

Nach dem Erkalten die Hülse im Winkel von 45 Grad anschleifen oder feilen, damit man den
Stahler bequem mit seinem "heissen"-Ende am Mittelpin anlöten kann. ( Siehe folgende Skizze )

Der Strahler der Antenne wird aus EINEM Stück versilbertem Kupferdraht (Länge 250mm,
Durchmesser=1,5mm) gebogen. Als Erstes wird in der Mitte ein Winkel von 90 Grad gebogen,
dieser Punkt wird dann später an den Mittelpin gelötet. Nun folgen an jedem Ende drei weitere
Winkel von 90 Grad im Abstand von 30,9 mm (Drahtmitte zu Drahtmitte, dies erfordert ein wenig
Köpfchen, ich will es Euch auch nicht zu leicht machen...). Am Ende sollten beide Drahtenden
ein wenig über den Mittelpunkt herausstehen. Noch nicht abschneiden!

Nun sollte man den Strahler nachmessen. Der Abstand von Drahtinnenkante zu Drahtinnenkante
sollte rechnerisch 29,4 mm betragen. Eine Toleranz von +/- 0.2 mm sollte eingehalten werden.
[Ein Meßschieber sollte in keinem guten Werkzeugkasten fehlen...]
Wenn es nicht geklappt hat, einen neuen Strahler biegen...

Der Strahler wird nun mit seinem Mittelpunkt (=Einspeisepunkt) am Mittelpin möglichst waage-
recht angelötet und ausgerichtet. Nach nochmaligem Messen können die Enden passend abge-
schnitten und an der Aussenseite der Hülse angelötet werden. (Vgl. Bild oben)

Der Abstand H zwischen Strahler und Reflektor sollte rechnerisch 16.38mm betragen,
Toleranzen siehe oben. Nun können die Mutter und der Kragen der BNC-Buchse mit der
Kupferkaschierung verlötet werden. Lötkolben, siehe oben.

Im Prinzip ist die Doppelquad fertig!

Befestigung

Um die Antenne irgendwo befestigen zu können, muß eine Art Halterung vorhanden sein.
Hier kommen die Reststücke der kaschierten Epoxydplatte zur Verwendung. Einfach 2 Stck.
20x25mm absägen und ein 4,5mm Loch hineinbohren. Diese Halteplättchen können dann auf
die BNC Buchsenseite des Reflektors beidseitig längs angelötet werden. (Siehe Bild)
Mit einem Bügel aus Aluminiumblech gebogen kann man sich eine passende Halterung bauen.

Wetterfestigkeit

Wetterfest, z.B. für den Einsatz am Balokongeländer, bekommt man die Antenne, in dem man
einen Margarinebecher Marke "Sanella" oder vergleichbarer Grösse über die Stahlerseite der
Antenne stülpt [ Margarine vorher aufessen, sonst hat man ziemlich schlechte HF-Eigen-
schaften ;-) ] und mit Silikon oder Heisskleber abdichtet. Wen die Beschriftung des Bechers stört,
der kann sie ja mit feinem Schleifpapier wegschleifen. Auf diese Bechergrösse ist die Reflektor-
grösse angepasst.
Im Prinzip ist die Reflektorgrösse nicht kritisch, er sollte jedoch deutlich über den Strahler hinaus
ragen. Wer keinen Margarinebecher nimmt, braucht die Radien am Reflektor auch nicht anzufeilen.

Die Schüssel-Quad

Hier habe ich so eine Doppelquad einmal in eine Edelstahlschüssel mit einem Durchmesser von 20,5 cm
eingebaut. Funktioniert bestens !

Anschluß der Antenne

Der Anschluß an die meisten Wireless-LAN-Modems gestaltet sich bastlerisch, da in den meisten
Fällen keine Antennenbuchse an den Modems vorhanden ist. In so einem Fall muß das
Antennenkabel direkt im Modem angelötet werden. [Zulassung erlischt !] oder man baut eine
SMA-Einbaubuchse ein. (Siehe folgendes Bild)

Generelle Tips zum Anschluß:

Möglichst Pigtail-Kabel mit SMA-Stecker
verwenden! (Das ist ein kurzes Stück Kabel mit vorkonfektionierten
Steckern an einem oder beiden Enden)

Ansonsten möglichst kurzes ( < 2m ) Kabel, Typ RG58 oder besser!
Jeder Meter mehr bringt zusätzliche Verluste!

Schraubbarer, versilberter 50 Ohm BNC Stecker mit Pin zum löten!
Die billigen Crimp-Versionen fuer Coax-Ethernet sind unbrauchbar!

Kabel im/am LAN-Modem sichern!
(Da die LAN-Modems mit winzigen SMD-Bauteilen aufgebaut sind, muß
jede mechanische Belastung der Bauteile vermieden werden!)