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22.08.2014

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Pringles Yagi Antenne

Die Grundlagen

Wer wissen will, wie genau und vor allem *warum* dieser Antennentyp funktioniert, sollte sich an den nächsten Funkamateure, Nachrichtentechniker oder Physiker halten. Ich bin nichts von alldem, deshalb hier nur die Kurzfassung:
Yagi-Antennen bestehen aus drei Teilen, einem Direktor (es gibt auch solche mit mehr als einem Direktor), einem Reflektor und einem Erreger. Der Direktor fängt Strahlen auf, verstärkt sie und wirft sie auf den Reflektor (beim Senden genau in die andere Richtung). Der Reflektor wirft die Strahlen zurück und so entsteht zwischen Direktor und Reflektor eine hohe Strahlenkonzentration. Im Punkt der höchsten Strahlung sitzt der Erreger, der die Signale auffängt und ableitet (zur WLAN-Karte). Beim Senden gehen von ihm die Signale aus und das Ganze läuft genau andersherum. Das Prinzip ist identisch mit dem von z.B. Fernsehantennen.

Das Design mit der Pringles-Dose ist natürlich nicht unser Verdienst, sondern basiert auf dem Design, daß hier zu finden ist, wobei dieses wiederum auf dem Originaldesign, hier zu finden, basiert.

Das Design

Zunächst widmen wir uns dem Direktor. Er wird in Viertel-Wellenlänge unterteilt und mit dem Deckel der (sauberen) Pringles-Dose verschraubt. Das ursprüngliche Design sieht eine dünne Gewindestange im Inneren vor, auf der mit Aluminiumrohrstücken getrennte Unterlegscheiben aufgereiht sind. Wir mußten feststellen, daß wenn man nicht extrem präzise arbeitet, das spätere Zusammensetzen des Direktors zu einen Geduldsspiel wird. Daher haben wir das Design auf zwei Arten modifiziert, indem wir bei der einen Antenne eine dickere Gewindestange genommen haben und bei der zweiten statt den Aluminiumrohrstücken den korrekten Abstand durch Muttern auf der Gewindestange eingehalten haben. Der Unterschied dürfte auf den Bildern offensichtlich werden.

Es sollte auch ein wenig Mathematik herangezogen werden. Der Abstand zwischen den Unterlegscheiben muß einem Viertel der Wellenlänge entsprechen. Da die Wellen im niedrigeren Frequenzbereich länger sind als im höheren, verwenden wir die Frequenz von Kanal 1 zur Berechnung (die Formel dafür kann nachgeschlagen werden):

W = 3 * 10^8 * (1 / 2,412) * 10^-9
W = (3 / 2,412) * 10^-1
Wellenlänge = 0,124 Meter
1/4 Wellenlänge = 3,1 cm

Die ersten (Fehl-)Versuche

Wir hatten das ursprüngliche Design etwas modifiziert, denn u.a. waren weder Alurohre so präzise zu sägen, wie sie es sein müßten und zum anderen konnten wir anfangs keine Unterlegscheiben mit einem kleinen Innendurchmesser auftreiben. Das erste Design hatte anstelle der kleinen M4-Gewindestange in der Mitte eine M8-Stange, dadurch bekam die Konstruktion deutlich mehr Stabilität, da nichts mehr wackeln oder schief sitzen konnte. Sowohl die Alurohstücke als auch die Unterlegscheiben entsprachen vom Innendurchmesser genau der Gewindestange. Nachteil dieses Designs: Durch die dickeren Muttern, die für die M8-Gewindestange benötigt wurden verlängerte sich der gesamte Direktor dermassen, daß er hinten an den Erreger stieß und die Antenne dadurch nicht funktionierte.
Das zweite Design war etwas erfolgreicher. Um die Unterlegscheiben auf Abstand zu halten fixierten wir sie mit jeweils zwei Muttern antstelle der Aluminiumrohre. Dieser Direktor funktionierte eigentlich recht gut, war aber trotzdem nicht der Weisheit letzer Schluß.
Mittlerweile haben wir bei Hornbach Unterlegscheiben auftreiben können, die 3 cm Außendurchmesser und einen M5-Innendurchmesser haben. Damit wurde das ganze deutlich einfacher.

Die benötigten Teile
  • M5 Gewindestange
  • Aluminiumrohr, Innendurchmesser so wählen, daß die Gewindestange noch gerade hindurch paßt (8mm Außendurchmesser paßte bei uns)
  • 5 Unterlegscheiben 30mm, Innendurchmesser M5, Dicke 1mm
  • 2 M5 Muttern
  • Pappscheibe, Durchmesser gleich Innendurchmesser der Pringles-Dose
  • N-Flanschbuchse
  • Kupferdraht, 5cm lang, 4mm^2


Der Zusammenbau (Direktor)

Von dem Aluminiumrohr werden vier Stücke mit der berechneten Länge von 3,1 cm benötigt. Vorzugsweise sollten diese mit einem Rohrschneider oder einer Säge geschnitten werden. Danach dreht man auf das eine Ende der Gewindestange die eine Mutter und schiebt dann den Deckel der Pringles-Dose auf die Gewindestange (passendes Loch in der Mitte machen). Danach werden abwechselnd die Unterlegscheiben und die Rohrstücke auf die Gewindestange geschoben. Auf das dritte Rohrstück wird die Pappscheibe geschoben. Diese sorgt später dafür, daß der Direktor wirklich in der Mitte der Dose bleibt und sich innen nicht nach unten durchbiegt. Es muß nicht unbedingt Pappe sein, jedes Material, daß keine Strahlung abhält, ist dafür geeignet. Die Gewindestange schließt mit einer Unterlegscheibe ab, dahinter wird die zweiter Mutter montiert. Der Direktor ist damit montiert, überstehende Teile der Gewindestange können (und sollten) an den Muttern abgesägt werden. Das fertige Ergebnis sollte nach Möglichkeit so aussehen:


Zusammenbau (Erreger)

Der Erreger ist vergleichsweise einfach zu bauen. Man nehme den N-Flansch zu Hand und ein ca. 2,5 cm langes Stück Kupferdraht. Dieser sollte gerade sein, notfalls muß man ihn erst zurechtbiegen. Je gerader, desto besser. Den Kupferdraht lötet man nun in den messingfarbenen Innenleiter der N-Flansches. Das wars auch schon.


Endmontage

In einem Abstand von ca 8,6 Zentimetern vom Dosenboden entfernt macht man ein Loch in die Pringles-Dose, das gerade so groß ist, daß das Gewinde des N-Flansch hindurchpaßt. Diesen Wert haben wir von der Vorlage übernommen, dort hat man ihn durch "Trial-and-Error" ermittelt. Baut man die Antenne im Yagi-Kalkulator von Kevin Schmidt nach, dann stellt man fest, daß dies tatsächlich die optimale Position ist.
Den N-Flansch steckt man nun von innen nach außen durch das Loch, die quadratische Platte liegt dann innerhalb der Dose. Andernfalls funktioniert das Ganze nicht. Den Flansch fixiert man dann mit Heißkleber.
Die Antenne ist nun komplett. Jetzt muß nur noch der Direktor in die Dose eingesetzt werden und die Antenne ist einsatzbereit.

 


Pringles Yagi - wireless@ping.de - (2006-01-11 16:00)