Preisgünstige WLAN-Antenne 2,4 GHz Selbstbau


Bild WLAN-Antenne auf Keksdose

Die Antenne ist sehr einfach aufbaubar. Bis auf einen Lötkolben benötigt man kein spezielles Werkzeug.



Merkmale
Impedanz  50 Ohm
Frequenzbereich 2,4 bis 2,5 GHz (Kanäle 1 - 13)
Gewinn 4,8 dBi
Antenne mit Richtcharkteristik
Entwickelt und optimiert mit einem professionellen Antennenprogramm

Materialliste:
-Keksdose
-Kupferdraht
-Antennenkabel mit Stecker



Baubeschreibung
Wir besorgen uns das Material. Die Keksdose im Bild stammt von einem bekannten Discounter, wo es "all die guten Sachen" gibt, dänisches Buttergebäck. Es ist relativ egal, was man für eine Dose nimmt, sie sollte nur mindestens 19 cm Durchmesser haben. Den Kupferdraht bekommt man beim Elektriker, kleines Reststück Elektroleitung 1,5 mm², was man abisoliert. Das Antennenkabel mit Stecker, häufig Pigtail genannt, bekommt man bei diversen Elektronikkaufhäusern oder bekannten Auktionshäusern. Betrachtet man das Aufbauschema, ist der Aufbau praktisch selbsterklärend.

Aufbauschema WLAN-Antenne, Maße

Wir nehmen uns den Kupferdraht und schneiden uns ein Stück zu 104 mm und eins zu 92 mm ab. Letzteres muß auf 1 mm stimmen, wenn die Antenne optimal funktionieren soll. Wir markieren die Stelle 60 mm mit einem Faserschreiber, gemessen vom unteren Drahtende. Dann nehmen wir uns den Dosendeckel und bestimmen den Mittelpunkt. Mit einem Messer kratzen wir dort die Farbe ab. 85 mm vom Mittelpunkt entfernt kratzen wir ebenfalls die Farbe ab. Diese beiden Stellen verzinnen wir mit dem Lötkolben. Die beiden Enden der 104 mm langen Strebe verzinnen wir ebenfalls und auch das untere Ende des 92 mm langen senkrechten Drahts.
Nun isolieren wir das Ende des Antennenkabels auf 5 mm ab, geht gut mit einem scharfen Messer. Innen die Isolation isolieren wir etwa 2,5 mm ab. Außen das Geflecht verdrillen wir etwas und verzinnen es. Ebenfalls wird der Innenleiter verzinnt.

Detailansicht, Anlöten des Antennenkabels

Im Bild sieht man ganz gut, wie das Antennenkabel angelötet werden soll. Es wird so angelötet, daß der senkrechte Draht exakt über dem zuvor markierten Mittelpunkt steht. Hat man die richtige Stelle, erhitzt man das verzinnte Geflecht und drückt es mit dem Lötkolben auf das Dosenblech, bis dort das Lot ebenfalls schmilzt. Jetzt löten wir den senkrechten Draht an den Mittelleiter des Antennenkabels an. Wir legen dünne Pappe unter, der Draht darf keinesfalls Kontakt zum Dosenblech haben. Ist 1 mm Luft dazwischen, ist das optimal.

Detailansicht der Lötstellen

Nun löten wir den 104 mm langen diagonalen Draht am zuvor markierten Dosenrand an. Der Draht wird dabei so gehalten, daß er die markierte Stelle 60 mm am senkrechten Draht berührt. Wer keine ruhige Hand hat, fixiert z.B. mit einer Wäscheklammer die beiden Drähte. Anschließend wird auch diese Stelle verlötet.
Die Antenne ist jetzt fertig!
Links im Bild sieht man noch eine einfache Zugentlastung. Diese ist ganz schnell aus einem Restchen Kupferdraht gefertigt und angelötet.


Die Antenne funktioniert wider Erwarten nicht?
Dann hat sich vermutlich ein Fehler beim Löten eingeschlichen, Kurzschluß. Am Antennenkabel darf man nicht zu lange löten, weil die Isolation zwischen  Innenleiter und Außenleiter recht schnell schmilzt und so ein Kurzschluß entstehen kann. Dann lötet man das Kabel erneut an und schneidet vorher die schadhafte Stelle ab, etwa die letzten 2 cm.
Manchmal übersieht man ein dünnes Drähtchen des äußern Geflechts und lötet es versehentlich am senkrechten Draht mit an. Das kann man ganz einfach mit einer dünnen Nadel abreißen.
Wir können die Antenne mit dem Ohmmeter überprüfen. Ist sie korrekt aufgebaut, messen wir am Stecker 0 Ohm. Das ist auch richtig, für Gleichstrom bildet der diagonale Draht einen Kurzschluß. Sicherheitshalber sollte man den Ohmwert am Stecker messen, bevor man den diagonalen Draht anlötet. Er muß dann unendlich betragen. Manche werden fragen, warum das Ohmmeter nicht 50 Ohm anzeigt, obwohl die Antenne doch 50 Ohm hat. Der Wert 50 Ohm gilt nur für die Hochfrequenz, nicht für Gleichspannung.


Tips und Bemerkungen
Frauen finden Antennen meist häßlich. Nimmt man eine Dose mit schönem Motiv, wird die Antenne eher akzeptiert. Außerdem kann man in die Dose etwas hineinpacken, z.B. CDs, Druckerpatronen, etc.
Die Dose selbst ist nicht notwendig, die Antenne funktioniert auch nur mit dem Oberteil. Man könnte statt des Dosendeckels auch irgendein größeres Stück Blech nehmen.
Das Antennenkabel sollte nicht unnötig lang sein. Beispielsweise bei RG58 beträgt die Dämpfung etwa 1 dB pro Meter. Antennenkabel 75 Ohm ist weniger geeignet, geht aber zur Not auch. WLAN-Karten haben meist einen Anschluß SMA reversed. In der Technik ist SMA ohne reversed üblich. Die Stecker sehen fast gleich aus, innen sind aber Männchen und Weibchen vertauscht.








Richtdiagramme und Entstehungsgeschichte der Antenne
Die Antenne ist halb zufällig entstanden. Ursprünglich war ein Rundstrahler 3/4 Lambda geplant. Lässt man die diagonale Strebe weg und verkürzt den Strahler auf 90 mm, hat man einen Rundstrahler mit Resonanz  bei 2,45 GHz.
Die Konstruktion sollte mechanisch stabil werden. Teilweise kann man Streben zwischen Strahler und Masse löten, ohne Impedanz und Richtdiagramm nennenswert zu verändern. Bei großen Antennen ist das interessant bezüglich statischer Aufladungen und Schutz bei Gewitter.
Zufällig fand ich einen Punkt, bei dem sich mit der Strebe eine nicht unangenehme Richtcharakteristik ergab bei halbwegs brauchbarer Impedanz. Nach einigen Überlegungen und Versuchen waren die richtigen Punkte gefunden, hier der SWR-Verlauf:

Die Anpassung, SWR der Antenne

Betrachtet man das dreidimensionale Antennendiagramm der Antenne, hat es Ähnlichkeiten mit einem verknautschten Brötchen. Interessant ist das Horizontaldiagramm bei Flachstrahlung, also wenn die Antenne und der Router etwa auf gleicher Höhe sind. Man sieht die ausgeprägte Richtwirkung:

Horizontaldiagramm der WLAN-Antenne bei 15° Elevation

Normalerweise ist Steilstrahlung bei Antennen unerwünscht. Bei WLAN kann Steilstrahlung von großem Vorteil sein, wenn z.B. der Router ein Stockwerk höher montiert ist. Man beachte das Elevationsdiagramm. Zwischen 15° und 60° ändert sich der Gewinn um gerade mal 2 dB.

 Elevationsdiagramm der WLAN-Antenne 3/4 Lambda

Wen es interessiert, die Antenne wurde mit EZNEC entwickelt. Bei W7EL gibt es eine Demoversion, die für einfache Antennengebilde reicht. Die Diagramme sind als eine Art Mittelwert zu verstehen. Es erfolgten auch Simulationen über idealer Erde und "free space" mit Radialnetz.
Wer die Antenne für private Zwecke nachbauen möchte, darf dieses gern tun.




Conrad Electronic



home