Antenne bauen - quick and dirty

    • Antenne bauen - quick and dirty

      Ich wollte mit einem SDR Modul (SDR = Software Defined Radio) nachschauen, wie die Signale des Crossfire aussehen und brauchte eine Antenne für die Gegend um 868 MHz. Ich hätte dafür einfach eine Immortal-T aus der Antennenkiste holen können, aber das macht wenig Spass. Klein sollte sie sein, und billig. Also habe ich eine gebaut.



      Was man braucht: Etwas lackierten Kupferdraht, Heisskleber und einen SMA-Male-Stecker mit freiem Dorn. Letzteren findet man bei Aliexpress. Das "Kochrezept" ist ganz einfach:

      1. Kupferdraht von 0.5mm Drahtstärke stramm auf einen runden Stab - zum Beispiel Schaft eines Bohrers - aufwickeln. Innendurchmesser: 5 oder 5.5 mm.

      2. Unten den Draht zuerst zur Mitte und dann nach unten biegen und vom senkrechten Stück 4.5 mm stehen lassen. Das Ende mit sehr viel Löthitze verzinnen, dann muss man die Lackierung nicht abkratzen.

      3. Die "Antenne" an den Stift des SMA Steckers anlöten.

      Jetzt ist die Antenne schon fast fertig und kommt an das Messgerät, in meinem Falle an ein N1201SA. Die Spirale sollte möglichst gleichmässige Abstände haben und etwas zu lang sein. Jetzt mit dem Drahtschneider kleine Stücke oben abzwacken, bis die Frequenz in etwa stimmt. Die Feintrimmung kann man machen, indem die Spirale etwas in die Länge gezogen wird oder zu einer etwas kürzeren Spirale zusammengedrückt wird. Im Resultat sollte die Antenne ihre Resonanzfrequenz bei einer leicht höheren Frequenz als der gewünschten Frequenz haben.

      Jetzt eine dünne Linie Heisskleber über die Spirale legen. Diese wird dadurch in der Länge fixiert und die Frequenz der Antenne verschiebt sich leicht nach unten. Je nach Bedarf mit einer zweiten und Dritten Linie Heisskleber die Frequenz anpassen. Fertig.

      Wenn etwas nicht passt, dann mit einem neuen Stück Draht bei Punkt 1. beginnen. Die Impedanz kann man mit der Länge des senkrechten Stücks beim Dorn beeinflussen, aber wenn das bei +/- 10 Ohm von den gewünschten 50 Ohm liegt, dann ist alles OK.

      Bei mir sah das dann so aus:



      Die Antenne funktioniert prächtig. Man kann sie auch mit 0.8 mm Kupferdraht herstellen. Die Zahl der benötigten Windungen ändert sich etwas mit dem gewählten Innendurchmesser und der Drahtstärke.

      Warnung: Solche Helix Spiralen finden sich in manchen kurzen Stubby Antennen, welche im Handel zu Apothekerpreisen erhältlich sind. Sie eignen sich für Versuche, aber nicht für den Einsatz an Koptern oder Flächenmodellen. Der Gain (Antennengewinn) ist bei -2.5 dBi, also nix für Long Range. Die Antennenfrequenz ändert sich deutlich, wenn leitende Gegenstände oder etwa eine Hand in der Nähe sind.

      Gut zu wissen: Mit den SMA Steckern und 5 Stück Draht kann man auch eine "Quarter Wave Ground Plane" Antenne bauen. Die ist wesentlich besser, aber auch grösser. Die Berechnung der Drahtlängen macht man in diesem Fall mit Hilfe von m0ukd.com.
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    • Es gibt noch zwei Ergänzungen zur vorstehenden Anleitung. Man kann die kleinen Spiralantennen für fast jede gewünschte Frequenz bauen. Kürzlich habe ich eine gemacht für 403 MHz (Empfang der Signale von Wettersonden, vgl. mysondygo und radiosondy). Das Grundrezept lautete wie folgt:

      - Kupferlackdraht mit 0.5 mm Durchmesser
      - 26.5 Windungen
      - 24 mm Länge der Spirale
      - Innendurchmesser 3.5 mm
      - 4 mm senkrechter Anschluss

      Mit ein bis zwei Windungen weniger passt das gleiche Rezept auch für 433 MHz zum Testen der Long Range Fernsteuerungen (Dragon Link und ähnliche) oder als Sendeantenne für einen 433 MHz Peilsender am Flugmodell.

      Dann wollte ich noch zeigen, wie die Variante mit den Quarter Wave Ground Plane Antennen an einem SMA Stecker aussieht. Ich habe das für 1090 MHz gebaut um mit dem SDR-Modul die ADS-B Transpondersignale von "grossen" Flugzeugen zu empfangen. Für den PC gibt es dazu geeignete Software im Internet (z. Bsp. Virtual Radar Server). Bruce Simpson (xjet) hat sowas mit einem Raspberry PI im Hosentaschenformat gebaut und es gibt auch tonnenweise Anleitungen im Internet. Das ist für Modellflieger praktisch, denn ein Beeper warnt rechtzeitig, wenn ein echtes Flugzeug oder ein Helikopter in die Nähe kommt.

      Zurück zur 1090 MHz Antenne:



      Der aktive Teil des 1/4 Wellenlängen Dipols ist ein Stück Draht von 60.6 mm Länge und das Gegenstück sind 4 Drähte von 73.5 mm Länge, welche an die Montageplatte des Steckers angelötet werden und damit mit GND verbunden sind. Die Länge der 4 GND Drähte ist nicht kritisch. Der ideale Winkel ist 42° von der waagrechten Ebene nach unten. Mit dem Winkel kann man die Impedanz der Antenne auf 50 Ohm einstellen.



      Ein VSWR-Wert von 1.06 entsprechend einem S11-Wert von -30 dB ist wirklich nicht übel. Die Antenne hat zudem in der horizontalen Ebene einen Antennengewinn von bis zu 5 dBi. Der Nachteil dieser Antenne ist, dass sie wegen der dünnen Drähte mechanisch sehr fragil ist. Ich habe vor, sie gelegentlich noch mit viel dickerem Draht zu bauen.
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    • Fortsetzung der Geschichte: Habe nach dem gleichen Prinzip eine 1/4 Wellenlänge Ground Plane Antenne für 403.5 MHz gebaut. Sie wird dazu verwendet, Wettersonden zu peilen. Damit es nicht allzu off-topic wird will ich anfügen, dass man mit einer kleinen Änderung der Drahtlängen so auch eine 433 MHz Antenne für den Dragon Link Fernsteuerungssender bauen kann.

      Verwendet wurde Kupferlackdraht mit 0.8 mm Durchmesser. Der Online-Rechner empfiehlt eine Länge von 176.6 mm für den aktiven Antennenteil und von 197.8 mm je für die vier GND Drähte. Die 4 Drähte für GND habe ich mit Plastikröhrchen mechanisch geschützt und verstärkt. Das ändert nichts an der Resonanzfrequenz der Antenne. Wenn ich mich richtig erinnere, habe ich die Antennenröhrchen vor längerer Zeit mal bei BangGood gefunden.

      Den aktiven Antennenteil musste ich etwas kürzen, auf 169 mm. Vermutlich bringt der Stift der SMA Buchse noch etwas versteckte Länge. Dann war VSWR bei 1.07 und ich mit dem Resultat zufrieden. Habe bei der SMA Buchse alles mit etwas Heisskleber fixiert, vor allem, damit die Schutzröhrchen nicht abrutschen. Die Antenne wurde zusammen mit dem verwendeten Verlängerungsstück kalibriert, um jegliche Überraschungen auszuschliessen. Die fertige Antenne sieht so aus:



      Das grüne Ding am Boden unten sind zwei 18650 LiIon Zellen in 2S Konfiguration mit einem Spannungswandler auf 5V zur Stomversorgung des Funkempfängers. Der Empfänger ist ein TTGO LoRa32 in der Version für 433 MHz mit integriertem OLED Display. Man kann ihn per Software auch auf die gewünschten Frequenzen der Wettersonden einstellen. Die Software habe ich von MySondy GO. Der Empfänger sendet die empfangenen Daten der Wettersonde per BlueTooth weiter an eine Handy-App.



      Zuerst war ich reichlich frustriert, weil sich keine Wettersonde in meine Gegend verirren wollte und ich gegen Westen hohes Gelände habe, das die Sicht versperrt. Dann bin ich auf die Idee gekommen, die Wettersonde von Stuttgart anzupeilen, in Richtung Nord - Nordost und siehe da, ich habe sie in der Gegend von Nördlingen in einer Distanz von 218 km gefunden. Letzte Nacht hat es wieder funktioniert. Die in Stuttgart gestartete Sonde (404.5 MHz) war über Ulm und die Sonde von Payerne (403.5 MHz) im Berner Oberland bei Sankt Stephan. Hier die Screenshots von meinem Handy Bildschirm:



      Zu bemerken ist, dass ich in Richtung der Sonde von Payerne (Bild rechts) hohe Bäume in der Sichtlinie hatte und dass die Antenne für beide Peilungen bei geschlossenem Fenster in meinem Büro stand. Mit einem guten Antennenstandort schätze ich, dass 300 km machbar sind. Beide Wettersonden sind vom Typ RS41 von Vaisala mit einer Sendeleistung von 60 mW. Ich träume schon davon, so etwas für Long Range Telemetrie zu verwenden. Der Kern meiner Darstellung soll aber folgender sein: Solche billig, rasch und einfach aufgebauten Antennen sind von bester Qualität. Ebenso wie der günstige Empfänger von LILYGO. Man beachte den Empfangspegel von -125 dBm. Bei diesem Empfänger für 22 US$ mit integriertem Rechner, Display und Bluetooth Modul kann man nicht meckern.
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    • Ok, ich streue Asche auf mein Haupt. Denn ich habe mich um 100 km verschätzt, als ich im letzten Beitrag keck behauptet habe, dass (nur?) 300 km Distanz machbar seien.

      Kürzlich (am 11. September 2021) habe ich die Frequenz der in Meiningen gestarteten Sonde eingestellt und um 03:03 Uhr morgens die Positions-Daten aus einer Distanz von 411 km empfangen. Das geht allerdings nur, wenn bei der Sonde von München der Ballon frühzeitig platzt, denn die sendet blöderweise auf der gleichen Frequenz von 402.3 MHz. Man beachte folgendes: Bei einer Entfernung von 411 km befindet sich die Sonde wegen der Erdkrümmung ca. 13 km unter meinem mathematischen Horizont. Sie war allerdings im Zeitpunkt des Screenshots etwas über 35 km hoch oben und deshalb ging es trotzdem.



      Der Hersteller schreibt im Datenblatt: "Vaisala Radiosonde RS41 has a proven data transmission range from radiosonde to receiver of up to 350 km". Ich hätte nicht erwartet, dass das mit einer selbstgebastelten 5 Euro Antenne übertroffen werden kann.
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