Bouw een 2.4GHz ISM Band Rondstralende antenne

Maak uw eigen Hotspot omni

Bezoek ook mijn pagina met Te koop aangeboden tweedehands en prototype apparatuur!

Dit is een bouwbeschrijving van een rondstralende collineare antenne voor de ISM band (2.4..2.48GHz) met circa 8dBi versterking, gebaseerd op een bekend ontwerp, onder andere gepubliceerd op Repeaterbuilder.com.

De antenne is circa 600 mm lang.  Met een standaard AP met een uitgangsvermogen van 30mW (14,5dBm) en circa 2,5dB verlies in coax en connectoren, zal het effectief uitgestraalde vermogen precies aan de wettelijke grens komen (20dBm EIRP).

Meet Wifi antennes door met deze zelfbouw SWR meter.

Naar aanleiding van het Wifi Open Air Festival 2003 is het ontwerp van de antenne geoptimaliseerd. De maten wijken dus af van de theoretisch bepaalde maten, zoals je die in veel ontwerpen op het web vindt. Het stralingspatroon van de antenne ziet er in hoofdlijnen als volgt uit:

Door de unieke elektrische up- of down-tilt (afhankelijk van de montage), geeft de antenne een optimale dekking waar U dat wenst.

Gebruik

De antenne is bedoeld om aangesloten te worden op een Wireless Access Point, en verspreidt het signaal in alle richtingen even sterk. De polarisatie is verticaal. Stel de antenne zo op dat de meeste energie in de richting van de clients gestraald wordt, met vrij zicht rondom. Voor verbinding over grotere afstanden, gebruik je bij voorkeur andere (richt) antennes.

Het bereik van een AP wordt in theorie verdubbeld omdat de antenne circa 6dB meer versterkt dan de meeste standaard antennetjes. In de praktijk zal door de gunstiger opstelling van de buiten antenne het bereik veel groter zijn. De gebruikte frequentie is namelijk heel gevoelig voor obstakels. Een AP opgesteld in de buurt van de PC is omgeven door obstakels, is bovendien blootgesteld aan een vrij hoog niveau aan stoorsignalen en zal dus een zeer beperkt bereik hebben. Als zowel AP als client gebruik maken van een antenne met een versterking van 8dBi, dan is een bereik van zo'n 200 meter te verwachten.

De antenne wordt gemaakt uit Aircom-plus kabel. Deze kabel heeft een demping van 0,22dB per meter (op 2.4 GHz) en is verkrijgbaar bij de elektronica vakhandel. Aircomplus heeft een verkortingsfactor 'v' van 0,80 en het gebruik van het juiste type kabel is dan ook zeer belangrijk!

De delen voor de behuizing komen bij de plaatselijke bouwmarkt vandaan (600mm, 32mm PVC valpijp, 2 x 32mm PVC einddoppen

Ik betaalde in totaal circa 23 Euro voor het materiaal (in 2003), maar door een beetje rond te kijken is hier nog behoorlijk op te besparen!

Vragen over het bouwen van de antenne kunt U kwijt in het Forum van wireless Nederland. Daar ben ik vaak te vinden.

Werking en opbouw van de antenne

De antenne bestaat uit stukjes coax van een halve golflengte (Lambda, λ) lang, die elk als een dipool dienst doen. Elk deel bestaat uit 47,5mm coaxkabel en 1mm luchtspleet. De top-sectie wijkt af en bestaat uit 23,75mm coaxkabel, een kortsluiting en een 30,7mm lange straler.

Bouwtolerantie: Volg de aangegeven afmetingen aangeduid als 'kritisch' zo nauwkeurig mogelijk. Afwijkingen tot 0,5mm zijn acceptabel, maar grotere geven al een merkbare verschuiving van de frequentie! Klik op de foto's voor een grotere afbeelding.

Voor de bouw van de antenne gebruik ik alleen de kern van de Aircomplus coax, inclusief de koperen folie. De zwarte isolatie en gevlochten mantel worden verwijderd.

Beginnen met de bouw

Klik hier voor een overzichtstekening (300k JPEG)

Begin met het knippen van de 8 coax secties van elk 63mm lang. Verwijder de zwarte isolatie en gevlochten mantel. Soldeer de koperfolie direct strak om de kern isolatie, over de gehele lengte vast. Snij bij de 7 gelijke secties de uiteinden van de koperfolie en witte kern isolatie weg, zodat er nog 47,5mm (kritisch!) op de kern aanwezig blijft. De kern moet aan beide zijden circa 8mm uitsteken (niet kritisch).

Top sectie

Snij bij de top sectie de uiteinden van de koperfolie en witte kern isolatie weg, zodat er nog 23,75mm (kritisch!) op de kern aanwezig blijft. Laat de kern aan beide zijden 'lang genoeg'; deze wordt later pas exact op maat geknipt. Bewaar de grotere stukje koperfolie. Die zijn later nog nodig.

Knip een circel met een diameter van circa 10mm van koperfolie.

Sluit de kern en de mantel van de top sectie kort met de folie.

Soldeer de folie rondom vast op de mantel en de kern.

Knip de straler af op precies 1/4 λ  (30,7mm, kritisch!). De kern aan de andere zijde inkorten tot ca 8mm (is niet kritisch)

Halve golf straler sectie

Verbind de top coax sectie met de eerste center coax sectie en verbind de 7 center coax secties met elkaar.

Gebruik tijdens het solderen een 1mm afstandhouder (bijvoorbeeld een boortje, kritisch!) tussen twee secties. Ik gebruik een houten plankje met vaste pennen op de juiste afstand. Heel handig, maar niet noodzakelijk.

Meet de lengte van elke sectie inclusief luchtspleet na (48,5mm, kritisch!), voordat de verbinding definitief gesoldeerd wordt.

Doe om elke coax sectie die in lijn met de top sectie ligt een stuk schuim in het midden van de sectie. Dit schuim centreert de antenne elementen later in de radome.

BALUN en connector

Nu gaan we zorgen dat de mantel van de op de antenne aangesloten coax kabel niet gaat stralen. Dit doen we door een 'decoupler sleeve' (een 1/4 λ huls) aan te brengen rond de voedende coax. Dit wordt ook wel een Bazooka BALUN genoemd.

Het onderstuk wordt van circa 150mm Aircomplus coax gemaakt (zoals hieronder getekend). De diameter van de koperen huls is niet kritisch, zolang hij maar ruim om de coax kabel heen past.

Verwijder de isolatie en mantel van een stukje Aircomplus coax kabel van 150mm. Soldeer de koperfolie vast over de gehele lengte van de coax. Strip de kern aan beide zijden aan, zodat ca 8mm van de kern uitsteekt.

Voor de huls gebruik ik K&S nr 250 (0.127mm) messingfolie, verkrijgbaar in de modelbouw speciaalzaak. Neem nu een stukje messingfolie van precies 47 x 34,5mm (1/4 λ + 4mm, kritisch!). Teken een vouwlijn op 4mm van een lange zijde. Knip de folie in tot de vouwlijn. Maak een huls met een binnendiameter van 15mm van de koperfolie, door 'm om een mal heen te rollen. Vouw de 4mm flapjes naar binnen. Schuif de huls om de coax kabel heen. De coax kabel moet 15mm boven de huls uitsteken. Soldeer de huls aan de onderzijde om de mantel vast; de flapjes raken precies de koperfolie op de coax.

Monteer een female N Connector chassisdeel aan de ander zijde van het stukje coax. Zowel de kern als de mantel worden hier 'normaal' aangesloten: Soldeer de kern aan het middencontact, vul de ruimte om de kern met teflon tape en soldeer de mantel aan de massa van de connector vast met koperfolie.

Zo ziet de contraptie er uit:

De coax kabel kan nu aan de onderste van de 7 center coax secties gesoldeerd worden, wederom met een 1mm luchtspleet (kritisch!).

Testen en afregelen

Nu is een mooie tijd om de werking van de antenne te controleren. Sluit de antenne voorzichtig op een SWR meter en een hoogfrequent bron aan. Ik gebruik een standaard Access Point als hoogfrequent bron en een speciaal voor dit doel gemaakte SWR meter. Een AP zend namelijk in korte 'bursts' uit; Mijn SWR meter heeft daarom een 'peak-hold' circuit. Meet de SWR van de antenne op kanalen 1, 7 en 13. Pas de afstand tussen de coax segmenten eventueel een beetje aan, om de SWR op kanaal 7 te optimaliseren. Meestal is een SWR van 1:1,5 haalbaar. Let op: De radome heeft invloed op de SWR waarde; hij maakt de antenne 'iets langer'. De radome dus steeds om de straler heen schuiven als je de SWR meet...

Hoe zelfbouw Wifi antennes te testen zonder gebruik van meetinstrumenten, dat staat hier beschreven!

Radome

We gaan de antenne monteren in een stukje 32mm PVC valpijp van 600mm (de 'Radome'). Monteer op de bovenzijde een PVC einddop. Maak 4 inkepingen in het andere uiteinde van de pijp, waar de flens van de N-connector precies in valt. Slijp indien nodig de flens bij, zodat de 4 hoeken niet buiten de buis uitsteken.

De PVC valpijp en doppen zijn verkrijgbaar bij de bouwmarkt. Ik gebruik PVC valpijp omdat de wanddikte van valpijp kleiner is dan die van afvoerpijp.

Breng nu het binnenwerk in de behuizing. Maak een rond gat in de tweede PVC einddop, en lijm die dop over de N-connector en pijp heen. Gebruik PVC lijm waar de dop de buis raakt, en siliconen-kit waar de flens door de dop heen gaat. De flens van de N-connector zit nu opgesloten in de 4 inkepingen in de pijp. Werk de overgang dop/buis en dop/connector af met een siliconen 'fillet seal', zodat er geen water in het randje blijft staan.

Montage

De antenne kan gemonteerd worden met een 32mm uitlaatklem en een versteviginghoek (bij de bouwmarkt). Draai deze klem niet te hard vast, anders zal de behuizing snel beschadigen. De mast en klem moeten ONDER de bazooka BALUN blijven om de eigenschappen van de antenne niet te beïnvloeden.

Monteer de antenne met vrij zicht op de 'gebruikers' van het netwerk. Deze gebruikers moeten zich bij voorkeur in het groene deel van het stralingspatroon bevinden. Gebruik een zo kort mogelijke coax kabel tussen het 'Access Point' en de antenne.

Dit ontwerp is al meermalen met succes gebouwd tijdens de Wireless Nederland Bouw Antenne Dagen. Kijk op het Wireless Nederland forum voor aankondigingen van nieuwe Bouw Antenne Dagen (BAD´s)!

Links

Deze bouwbeschrijving is ook gepubliceerd in RAM Magazine 267

Deel 1 van de Bouw Antenne Dag Handleiding: OmniRadiatorPhotosLOW.pdf (700kB)

Deel 2 van de Bouw Antenne Dag Handleiding: OmniRadomePhotosLOW.pdf (200kB)

http://www.wirelessnederland.nl Wireless Nederland – Oneindige bron van kennis op het gebied van Wifi