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Koaxiale T-Verbindungen
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ropf



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Beiträge: 582

BeitragVerfasst am: 16.06.2006, 23:33    Titel: Antworten mit Zitat

glockman hat Folgendes geschrieben:
... was wieder einmal beweist, dass bei antennen kaum etwas durch fläche zu ersetzen ist ...

Zustimm! Aber die Feldstärke muß auch richtig verteilt werden - was bei der Dose der Trichter macht - bei einer Schüssel der richtige Feed - bei einer Patchantenne das Speisenetzwerk.

Womit wir wieder mal beim Ursprungsthema wären, den T-Verbindungen. Da brauchen wir immer noch eine Lösung die HF-technisch ebenso sauber wie handwerklich einfach herzustellen ist.

Die Dose hat übrigens mit 170mm Trichterdurchmesser eine Fläche von ca 220 qcm, die 4xBi mit 210x225mm ca 475qcm und dafür ein paar db mehr.

gruß ropf
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ropf



Anmeldedatum: 25.04.2006
Beiträge: 582

BeitragVerfasst am: 24.06.2006, 08:11    Titel: Antworten mit Zitat

Zuerst ein erfreulicher Nachtrag zu den Trichterdosen: mo_wi ein paar davon gebaut und getestet. Die Ergebnisse zitiere ich hier einfach mal:

Testumgebung 2xWRT54GS - Sendeleistung reduziert auf 1mW - Abstand 100m mit freier Sicht - eine Seite mit Vierfachquad - andere Seite Testantenne.

einfache Dose: 60 kB/s
mit Trichter 155mm: 180 kB/s
mit Trichter 240mm: 300 kB/s

Also wenn das nichts ist! In einigen nachträglichen Simulatorläufen haben sich ein paar Anpassungsprobleme gezeigt - der Trichter beeinflußt die Impedanz. Allerdings sind die nicht wirklich krass und in den Griff bekommen wir sie auch.

Ermutigt von diesen Ergebnissen hab ich mich etwas tiefer in die Literatur vergraben. Besonders lesenswert ist das The W1GHZ Online Microwave Antenna Book. In leicht lesbarem Englisch werden dort ua. Hornantennen recht intensiv behandelt. Eine Trichterdose ist im Prinzip nichts Anderes. Allerdings werden dort rechteckige Querschnitte bevorzugt, was sich leichter bauen läßt. Ein paar durchgerechnete Beispiele gibt es demnächst.

Außerdem hab ich mir mal die Amos-Antennen angeschaut, besonders die Invertierte 7er Version von hier. Die Ergebnisse konnte ich am Simulator gut nachvollziehen. So einfach das Prinzip ist - diese Antenne abzustimmen ist wie das Balancieren von mehreren Bällen übereinander - und der Autor hat offenbar ein besonderes Händchen dafür. Von Intersse ist vielleicht noch die Stromverteilung - an den Stommaxima sollten die Befestigungen erfolgen. Wie das Bild zeigt, liegen die etwa in der Mitte der langen Segmente. Für die Befestigung sollte man ein gutes Dielektrikum nehmen, zB. Styropor oder das Innere eines Koaxkabels. Außerdem konnte ich mir nicht verkneifen, drei von diesen Antennen jeweils um 120 Grad versetzt anzuordnen - das ergibt einen recht brauchbaren Rundstrahler.

Ausfürliche Hinweise für den Bau findet man auf der Seite von pe2er.
Gruß ropf
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ropf



Anmeldedatum: 25.04.2006
Beiträge: 582

BeitragVerfasst am: 24.06.2006, 19:22    Titel: Antworten mit Zitat

Hier hab ich mal die Antenne1 von www.saunalahti.fi durchgerechnet. Die Autoren behaupten, damit 2db besser als kommerzielle 12db-Antennen zu liegen. In meinem Simulator ergibt sie 12,2db mit einer leichten Fehlanpassung. Alledings ist das Modell schnell mit dem Geometrieditor zusammengecklickt und möglicherweise nicht ganz exakt. Was auffällt, ist der SEHR gute Nebenkeulenabstand von 24db und die insgesamt sehr harmonische Form der Strahlungskeule. Das geschlitzte Koax-Element in der Originalanleitung ist meiner Meinung nach nicht erforderlich. Wenn man den Dipol direkt über das Koax speist und die Außenseite des Kox mit dem Reflektor verlötet, sollte das einen recht effektiven Balun angeben.



Nun sind 12dbi für eine Antenne von 245mm Durchmesser nicht wirklich viel. Ein Maß dafür, was VIEL ist, ist die sogenannte Apertureffizienz. Die berchnet sich als Eta = G * Lambda^2 / (4 * Pi * A)
(G - Gewinn in linearer Form, A - Fläche der Antenne) und ist in diesem Fall ca 0,33. Die Vierfach-Biquad hat im Vergleich dazu fast 1,0. Verluste durch das Speisenetzwerk sind da aber nicht drin.

Die Appertureffizienz ist also ein Maß dafür, wie gut die Antennenfläche ausgenutzt wird und erlaubt den Vergleich verschiedener Antennen, seien es Biquads, Patch- Dosen- Horn- Parabol- usw Antennen. Dieser Begriff wird uns demnächst noch öfter begegnen. Wenn wir Richtantennen mit hohem Gewinn bauen wollen, werden die schnell unhandlich groß - so daß dieser Faktor durchaus ins Gewicht fällt.

Noch ein Wort zur oben genannten Website - die scheint auch die Mutter aller Dosenantennen zu sein. Der Autor benutzt für die Dose eine Länge von 3/4 LG. Er sagt selbst daß es dafür keine rationale Begründung gibt - daß es ihm halt angemessen erschien. Offenbar haben die meisten Seiten im Netz diesen Wert kritiklos übernommen.

Auf der anderen Seite verwenden Leute, die sich direkt mit Hornantennen beachäftigen, eine Länge von LG/2 - ebenfalls ohne Begründung. Möglicherweise sind hier die Impedanzprobleme der Trichterdose zu suchen. Auf jeden Fall ist es aber ein gutes Beispiel - wie sich eine "Bauchentscheidung" quer durchs Internet quasi als Glaubenssatz etabliert.

Gruß ropf
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ropf



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BeitragVerfasst am: 27.06.2006, 20:58    Titel: Antworten mit Zitat

Nachtrag zu den Trichterdosen:

mo_wi's Dosen hätten rechnerisch ca 11,5dbi für den 155mm-Trichter (also etwas besser als die Biquad) und ca 13.5dbi füt die 245mm-Variante. Die sollte eine Vierfach-Quad locker abhängen.

Der Grund für die verschiedenen Längen ist folgender: Die 100mm-Durchmesser-Dose erlaubt zusätzlich Schwingungsmoden und braucht einfach eine gewisse Länge, um nicht unkontrolliert in die ganze Umgebung zu strahlen. Außerdem scheint bei 3/4Lg die Auskopplung des Signals effektiver zu funktionieren.

Wenn man sowieso einen Trichter baut, kann man als Hohlleiter auch einen kleineren Querschnitt verwenden, da der Gewinn hier von der Trichtteröffnung bestimmt wird. In dem kleineren Querschnitt "beruhigt" sich die WellenAusbreitung besser, so daß man hier mit 1/2LG auskommt.

Trichterantennen lassen sich im Prinzip beliebig groß bauen. Eine rechteckige Variante mit 33 x 26 x 21cm (BxHxT) hätte gut 16dbi. Außerdem kann man sie so dimensionieren, daß Mobilfunksignale komplett draußen bleiben - Rauschabstand!!!

Und die gemessenen Ergebnisse stimmen sehr gut mit den berechneten überein - also hat ein für 16db gerechneter Trichter tatsächlich 16db.

Wenn jemand soetwas bauen will stelle ich gern die Daten zur Verfügung.

Grß ropf


Zuletzt bearbeitet von ropf am 03.07.2006, 18:07, insgesamt einmal bearbeitet
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glockman



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BeitragVerfasst am: 27.06.2006, 21:10    Titel: Antworten mit Zitat

also ich für meinen teil finde den bau einer trichter oder horn-antenne deutlich aufwendiger, als den, einer 4xbiquad ... zumal auch eine unauffälligere antenne dabei herauskommt ...
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ropf



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BeitragVerfasst am: 27.06.2006, 22:05    Titel: Antworten mit Zitat

Also das mit der Unauffälligkeit stiimt natürlich. Allerdings dürfte de Bau eines Horns auch Grobmotoriker nicht vor Probleme stellen, während die Koaxlöterei doch etwas fummelig ist und wir noch keine wirklich effektiven T-Verbindungen haben. Wie gesagt - die gerechneten Werte der Hörner sind in der Praxis reproduzierbar und ich bin ziemlich sicher, daß die Konstruktion unten die 4xBi abhängt.



Noch etwas zur Bi mit Vorsatzbrille: da sie einen schmaleren Öffnungswinkel hat als ohne Brille, müßte man die Elemente weiter auseinander plazieren - und damit mehr Gewinn erreichen. Hab jetzt erst die Formel wieder gefunden und werd das bei Gelegenheit nochmal rechnen.
Grß ropf
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Keksdosenmann



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BeitragVerfasst am: 27.06.2006, 22:08    Titel: Antworten mit Zitat

brauchen wir nur noch ein Lüftungsbauer, der uns Lüftungskanäle zurechbiegt, sodass dabei trichter rauskommen ^^
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mfg
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ropf



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BeitragVerfasst am: 27.06.2006, 22:54    Titel: Antworten mit Zitat

Auf http://seattlewireless.net/index.cgi/CardboardHorn haben die Jungs mal so etwas aus Pappe gebaut und mit Alufolie beklebt - der Hohlleiter ist ein Tetrapak. Natürlich nichts für dauerhafte Installationen.

Aber mal im Ernst: die Mögichkeit alles unterhalb von 2.4GHz KOMPLETT draußen zu lassen (durch die Dimensionierrung des Hohlleiters) ist nicht zu unterschätzen. Das ergibt ein sehr gutes SNR und ist genauso wichtig wie der eigentliche Gewinn.

Gruß ropf
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glockman



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BeitragVerfasst am: 28.06.2006, 13:28    Titel: Antworten mit Zitat

ist denn das rauschen außerhalb des gerade aktuellen kanals überhaupt interessant? ... ich will meinen, dass es uninteressant ist ...
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Keksdosenmann



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BeitragVerfasst am: 28.06.2006, 13:49    Titel: Antworten mit Zitat

man könnte ja auch noch einen bandpassfilter bauen, sodass nur der aktuelle Kanal emfangen wird und der rest, der von der antenne eingefangen wird, rausgefiltert wird
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ropf



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BeitragVerfasst am: 28.06.2006, 15:09    Titel: Antworten mit Zitat

Natürlich sind die Empfänger selbst schon selektiv - aber eben nicht perfekt. Eine wesentliche Rauschquelle soll der Mobilfunk sein - dessen Fequenzen sind mit 1,8GHz nicht sooweit weg.

Außerdem sind da noch die TV-Signale - frequenzmäßig weit unterhalb - aber durch ihre schiere Power vielleicht doch von Bedeutung. ZB sendet der AlexanderPlatz auf mehrerenTranspondern mit jeweils bis zu 120 KILOWATT.

Ob ein Bandpaß wirklich etwas bringt weiß ich nicht - neben der selektivität bringt er auch Verluste - aber WLan-Antennen mit eingebautem Bandpaß gibt es zu kaufen.

Ein Hohleiter ist in erster linie ein Hochpaß - alles unter seiner Cutoff-Frequenz sperrt er komplett und ziemlich perfekt.

Gruß ropf
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glockman



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BeitragVerfasst am: 02.07.2006, 12:12    Titel: Antworten mit Zitat

deinen kommentar am 27.06. zur 4xBi hab ich glatt überlesen gehabt ...

genau DAS habe ich dir schonmal in diesem thread zu erzählen versucht ... wenn ein größerer abstand zwischen den BiQuads den gewinn zwar vergrößert, ab die nebenkeulen ebenso, die vorsatzbrille aber aber die nebenkeulen verkleinert ... dann ist es ja nur logisch, dass die kombination aus vorsatzbrille und größerem abstand die 4xBi verbessert.

und um deinen kommentar aus dem kirche malchow-thread wieder zu lösen, machen wir mal hier weiter:
meinst du, es würde sinn machen, den innenleiter des koaxkabels bei den unteren biquads oben anzulöten und bei den oberen unten? ... also so, dass die untere reihe nach oben schielt und die obere nach unten?
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tatsaechlichB4



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BeitragVerfasst am: 02.07.2006, 23:59    Titel: Antworten mit Zitat

glockman hat Folgendes geschrieben:

meinst du, es würde sinn machen, den innenleiter des koaxkabels bei den unteren biquads oben anzulöten und bei den oberen unten? ... also so, dass die untere reihe nach oben schielt und die obere nach unten?


ich vermute mal, das geht schief. das dürfte, wie bei einem verpolten lautsprecher zur phasendrehung kommen, die antennen löschen sich gegenseitig aus.

lieg ich richtig, ropf?

reiner
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ropf



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BeitragVerfasst am: 03.07.2006, 00:48    Titel: Antworten mit Zitat

glockman hat Folgendes geschrieben:
meinst du, es würde sinn machen, den innenleiter des koaxkabels bei den unteren biquads oben anzulöten und bei den oberen unten? ... also so, dass die untere reihe nach oben schielt und die obere nach unten?

Nein - natürlich nicht, das würde die Antenne ruinieren.

So ein Koax-Kabel besteht im Prinzip aus drei Leitern - Innenleiter - Innenseite des Außenleiters - Außenseite des Außenleiters.

Die Ströme im Innern sind komplementär - nach außen hin löschen sie sich aus. Der Strom auf der Außenseite des Koax (Ströme fließen bei unseren Frequenzen auf Oberflächen) ist davon weitgehend unabhängig. Ist das Biquadelwment in einem symetrischen Strahlungsfeld, gibt es dort auch keine nennenswerten Ströme

Bei der 4xBi liegt aber jedes Element im asymetrischen Strahlungsfeld der drei anderen - wodurch Ströme auf der Koax-Aßenseite induziert werden. Das KÖNNTE die Gesamtcharakteristik ziemlich verzerren. Ich weiß aber nicht, wie ausgeprägt dieser Effekt ist und auch nicht wie ich das auf einfache Weise simulieren könnte.

Wimo verwendet kleine Leiterplattenstücken mit schmalen Streifen beidseitig an den Quadelementen - die wirken meiner Meinung nach wie Symmetrierglieder. Einen Link dazu stelle ich später noch rein.

Möglicherweise haben wir hier noch Optimierungspotential. Ein augeprägtes Schielen wäre halt ein deutliches Indiz dafür gewesen. Aber gemessen an den vielen Versuchen, die mit gestockten Biquads gemacht wurden, war euer Prototyp schon ziemlich gut.

/edit:
Hier der ist das Bild mit den Platinenstreifen http://www.dynaperl.de/lib/show.php?src=/wimo/IMG_2131.jpg#
und hier die ganze Galerie http://www.dynaperl.de/wimo/?w=1008
Gockelhahn hatte den Link schon mal gepostet.

Gruß ropf
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ropf



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Beiträge: 582

BeitragVerfasst am: 03.07.2006, 17:56    Titel: Antworten mit Zitat

Nachtrag zur 4xBi mit Vorsatzbrille

Wie früher schon erwähnt, Hat eine Biquad mit Vorsatzbrille einen schmaleren Öffnungswinkel und deswegen einen höheren Gewinn. Je KLEINER dieser Öffnungswinkel, desto GRÖßER ist der optimale Stockungsabstand.

Die Formel dafür ist S = Lamda / (2 * sin (alpha/2))

Bei der Bi+Vorsatzbrille haben wir sowohl horizontal als auch vertikal einen Öffnungswinkel von ca 22° - was einen optimalen Stockungsabstand von ca 163 mm ergibt. Eine Simulation mit diesen Maßen vor einem unendlich großen Reflektor zeigte dann auch einen beeindruckenden Gewinn von 18,5 dbi.

Der optimale Stockungsabstand hat folgende Bedeutung:
- der Gewinn hat sein Maximum erreicht.
- die Nebenkeulen sind voll aufgeblüht und 10db kleiner als die Hauptkeule (gilt für beide Antennen)
- Vergrößere ich de Abstand weiter, wird die Hauptkeule schmaler aber nicht größer, dafür nehmen die Nebenkeulen überproportional zu
- Verkleinere ich den Abstand verringern sich die Nebenkeulen stärker als der Gewinn und verschwinden bei de Hälfte dieses Maßes.Das gilt zumindest für die Vertikale. In der Horizontalen würden sich die Elemente bei diesem Maß überlappen.

Zusammengefaßt: bei gleichem Stockungsabstnd haben beide Antennen gleichen Gewinn, aber die mit Brille hat kleinere Nebenkeulen. Wenn ich die Nebenkeulen in Kauf nehme, erlaubt die Vorsatzbrille einen größeren Abstand und damit ca 2,5db mehr Gewinn.

Beim Optimalabstand haben diie Elemente wieder etwa die selbe Impedanz wie einzeln. Wenn man den Abstand variiert ändert sich diese periodisch.

Ich denke, damit ist dieses Thema erschöpfend behandelt.
Gruß ropf
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