WLAN Richtfunkantenne

Normale WLAN-Verbindungen haben in aller Regel eine Reichweite von 30 bis 100 Metern auf freier Fläche. In Gebäuden verringert sich die Reichweite mitunter extrem. Um die Reichweite zu erhöhen gibt es mehrere Möglichkeiten:

• Erhöhen der Sendeleistung
• Erhöhen des Gewinns der Sende-/Empfangsantenne
• Einsetzen von Repeatern
• ...

Ein erhöhen der Sendeleistung ist aber nicht bei allen WLAN Geräten möglich. Mittels der WLAN-Router Firmware dd-wrt lässt sich die Sendeleistung einfach in gewissen Grenzen erhöhen (max. 251mW). Erhöht man die Sendeleistung z.B. eines WLAN-Routers erhöht sich aber auch die Wärmeentwicklung, was mit bedacht werden muss.

Eine weitere möglichkeit besteht in der Erhöhung des Gewinns der Sende-/Empfangsantenne der WLAN-Geräte. Das lässt sich durch verschiedene Antennenformen erreichen. Im nachfolgenden Artikel wird der Bau einer Yagi-Antenne beschrieben die eine hohe Richtwirkung aufweist.

Gesetzliche Grenzwerte

Die zulässige äquivalente isotrope Strahlungsleistung (EIRP) von 100 mW (2,4 GHz) beziehungsweise 500 mW (5 GHz) ist der in Deutschland festgelegte Grenzwerte der nicht überschritten werden darf. Der Grenzwert schliest auch den Gewinn ein der durch die Antenne erzielt wird. Allerding muss man bedenken das die Yagi-Antenne eine hohe Richtwirkung aufweißt, es ist somit schwer nachzuweisen das die Kombination aus Antenne und WLAN-Gerät den zulässigen Grenzwert überschreitet (anm. des Verfassers).

Allgemeines

Wie bereits geschrieben hat eine Yagi-Antenne eine hohe Richtwirkung. Das bedeutet das die an der Richtfunkverbindung beteiligten Antenne möglichst genau aufeinander ausgerichtet werden müssen (Elevation aund Azimut). Um das ausrichten zu erleichtern kann man z.B. einen Grünen-Laserpointer benutzen. Den einfach an an der einer der Antennen anbringen und dann auf die andere Antenne ausrichten. Dabei ist es hilfreich wenn eine zweite Person mithilft. Eine weitere möglichkeit die Ausrichtung zu verbessern, besteht darin auf einer Seite der Richtfunkverbindung ein WLAN-Signal einzuspeißen und dann an der zweiten Antenne den Signalpegel zu messen (Netstumbler). Das stellt die wohl einfachste Methode dar und macht nur sinn wenn beide Antennen schon grob aufeinander ausgerichtet sind. Da eine Yagi-Antenne in der hier beschriebenen Form die Funkwellen linear Polarisiert (horizontal bzw. vertikal) muss auch die Ausrichtung der Antenne im Rohr mit bedacht werden.

Material

• Abflussrohr 75x500 mm
• Stopfen 75 mm
• Kabelverschraubung
• Messingwelle 3x1000 mm
• Antennenleitung RG58 (mit möglichst geringer Dämpfung)
• Kupferstreifen 1x4x150 mm
• je nach WLAN-Router (RP-SMA-Stecker, RP-TNC-Stecker, ...)

Mechanischer Aufbau

Als Grundlage für den Bau der Yagi-Antenne habe ich die von Mario geschrieben Anleitung (siehe Quellen) benutzt. Dieser betreibt einen Freifunk-Knoten in Leipzig. Meine Version ist geringfügig modifiziert, sollte aber auch den gewünschten Gewinn von 15dBi erreichen.

Praxistest

Zwischen Weihnachten und Silvester 2013 hatte ich einige Tage Zeit den Aufbau "In-the-wild" zu testen. Dazu habe ich eine Antenne auf dem Dach unseres Hauses montiert, die andere Antenne ca. 325m (direkte Sichtverbindung) entfernt auf dem Gerätehaus der Freiwilligen Feuerwehr. Als WLAN-Router wurden auf beiden seiten jeweils Linksys WRT54G mit der Firmware dd-wrt verwendet. Die Sendeleistung wurde auf beiden Seiten bis auf das Maximum hochgezogen. Um den Witterungsbedingungen stand zu halten wurden diese noch in Frischhaltedosen eingebaut. Die Stromversorgung der WLAN-Router wurde mit über das Netzwerkkabel hergestellt (PPOE-Injector und Splitter). Somit mussten nur jeweils zwei Löcher in die Frischhaltedosen gebohrt und abgedichtet werden.

Zum abdichten habe ich Kabelverschraubungen benutzt. Einmal M16 für das Antennenkabel und M20 für das Netzwerkkabel. Das Antennenkabel sollte man relativ kurz halten, da die Dämpfungsverluste sonst recht groß werden. Meine Antennenkabel sind ca. 2m lang. Das bedeutet zwangsläufig das die WLAN-Router mit aufs Dach müssen und deswegen auch etwaigen Wettereinflüssen ausgesetzt sind. Also darauf achten, dass die Frischhaltedosen dicht sind. Am besten mit Silikon abdichten und "Silicon Gel" Tütchen mit rein (Findet man häufig in Schuhverpackungen).

Die Ausrichtung gestaltete sich relativ einfach nach Augenmaß. Möglicherweiße würde man aber auch durch eine genauere Ausrichtung eine schnellere Verbindung erhalten.

Abschließend lässt sich sagen das die Verbindung stabil lief, allerdings nur ein geringer Datendurchsatz möglich war. Dieser bewegte sich immer so zwischen 300kbps und 700kbps. Also nicht überragend. Möglicherweise ließe sich auch noch mit diversen Einstellungen in dd-wrt und einer besseren Ausrichtung bessere Werte erzielen.

Bilder

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Quellen

• Wlan-Yagi-15dBi-Bauplan.pdf
• http://de.wikipedia.org/wiki/Wireless_Local_Area_Network#Strahlungsleistung
• http://www.dd-wrt.com/