Trick-Siebzehn an Bord (103)

Verbesserung des WLAN-Empfang für ein paar Cents

Kein Zeifel - Internetzugang ist heute auch beim Langfahrtsegeln eine Lebensader, ohne die man von vielen wichtigen und sicherheitsrelevanten Informationen, von der Kommunikation, besonders mit zu Hause, und von der Ersatzteilbeschaffung abgeschnitten ist. Deshalb kommt einem möglichst häufigen und zuverlässigen Internetzugang beim Leben auf einer Yacht erhebliche Bedeutung zu. Nur leider ist ein Zugang auf hoher See mit vertretbarem finanziellen und technischen Aufwand noch Utopie. Anders schaut es aus, wenn man sich in Landnähe, in der Reichweite eines WLAN-Routers befindet. Aber die Reichweite einer handelsüblichen WLAN-Antenne, zum Beispiel auf dem Ankerplatz, ist für eine gute Funkverbindung häufig ungenügend. Gesteigert kann sie werden mittels eines "Verstärkers". Weltumsegler Christian Uehr (SY SUBEKI) beispielsweise hält einen solchen Verstärker für "unverzichtbar". Nachfolgende Antenne, die die WLAN-Verbindung ebenfalls verbessert, kann nach dem Rezept von Sven Seren von der Fahrtenyacht BLUE FELIX, derzeit in Westindien mit etwas Geduld und minimalem finanziellen Aufwand von wenigen Cents nachgebaut werden und vergrößert die Reichweite und Zuverlässigkeit einer Internet-Verbindung erheblich. Keine Angst vor den elektronik-technischen Erklärungen - einfach nachbauen!

Altes Koax-Kabel = prima 6 dBi wlan Antenne

von Sven Seren

Wir kennen es vermutlich alle: toller Ankerplatz, einziger Wehmutstropfen, der schlechte wlan-Empfang. Und nichts ist für den bequemen Yachtie manchmal ja wichtiger als Internet an Bord (natürlich neben kaltem Bier).

Wir benötigen dazu einen wlan Hotspot an Land, in den wir uns einloggen können und der eine ausreichende Sendeleistung besitzt, um uns vor Anker mit Internet zu versorgen. Dazu müssen wir auf der Yacht natürlich auch fähig sein, das wlan-Signal zu empfangen und ausreichend stark zu senden, damit uns der Hotspot im Gegenzug auch empfangen kann. Und das kann auf einem Segelboot manchmal gar nicht so leicht zu bewerkstelligen sein.

Die brauchbarste günstige Lösung ist ein externer wlan-Netzwerkadapter für ca. 30 Euro, der über die USB-Schnittstelle mit dem Rechner verbunden wird und der eine Antennenbuchse (SMA N-Buchse) besitzt, auf die eine kleine Antenne aufgeschraubt ist. Das funktioniert eigentlich auch ganz gut, wenn die Antenne in optischer Sichtweite zum Hotspot ist, also außen und möglichst weit oben angebracht wird. Ein Antennenkabel von der Antenne zum wlan-Adapter kann man sich meist schenken, da bereits wenige Meter Koax-Kabel schon eine so hohe Dämpfung im wlan-Frequenzbereich haben, dass bei schwachen Netzen keine brauchbare Verbindung mehr zustande kommen kann. Also muss der ganze wlan-Adapter mit aufgeschraubter Antenne außen und oben angebracht werden und mit einem USB-Verlängerungskabel zum Rechner geführt werden. Recht umständlich und auch ohne weiteres nicht wasserdicht.

Auch Richtfunkantennen mit hohem Antennengewinn sind auf einem am Ankerplatz schwojenden Boot unbrauchbar (es sei denn, die Antenne wird aktiv nachgeführt, siehe hierzu das Projekt „arduenna“:www.blue-felix.de/misc/arduino/arduenna) 

Wie tun also? Man könnte nun für einige hundert Euro beim örtlichen Schiffs-Chandler ein fertiges, wasserdichtes System mit sendestarkem wlan-Adapter und passender Antenne kaufen oder aber mit relativ einfachen Mitteln und fast umsonst eine bessere Antenne selbst bauen, um die wlan-Verbindungsqualität zu verbessern und/oder um die Antenne innen im Schiff anbringen zu können, was das Handling ziemlich vereinfacht (das geht natürlich nur bei Schiffen aus Kunststoff).

Doch zuerst ein paar Worte zu Antennen: Ein Sender (hier der wlan-Adapter) hat eine gewisse Sendeleistung. Daran ändert keine Antenne etwas. Allerdings kann man der Antenne gegenüber einem Punktstrahler (gedachte Antenne, die isotrop, also in alle Raumrichtungen gleichmäßig abstrahlt) eine Vorzugsrichtung geben. Die Antenne heißt dann polarisiert und strahlt in gewisse Raumrichtungen stärker ab und in andere weniger. Auf dem Boot soll die Antenne an Land abstrahlen und nicht auf das Wasser und in den Himmel. Also denken wir uns eine polarisierte Antenne so, dass nur rechtwinklig zur Antenne abgestrahlt wird (also an Land) und nicht in deren Längsachse (also aufs Wasser und in den Himmel). Alles was nicht in Richtung Längsachse abgestrahlt wird, steht nun mehr Richtung Land zur Verfügung. Daraus resultiert eine quasi-Verstärkung, der sog. Antennengewinn, gemessen in dBi (Dezibel, bezogen auf einen intrinsischen Strahler). Bei einer Richtantenne ist dieser Effekt, nebenbei bemerkt, zusätzlich noch auf ein enges Raumwinkelelement beschränkt und die „Verstärkung“ dadurch weiter erhöht.

Zuerst müssen wir nun den Frequenzbereich kennen, da dadurch die aktive Antennenlänge bestimmt wird. Wlan spielt sich in unserem Fall im Mittel bei 2,441 GHz ab. Details finden sich z.B. hier: de.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11#802.11b.2Fg

Basierend auf dem Design von N1HFX (www.rason.org/Projects/collant/collant.htm), betrachten wir eine mehr-segmentige Stabantenne, deren einzelne Segmente aus Koax-Kabelstücken bestehen. Jedes Segment muss nun der Resonanz-Bedingung „effektive Länge = Wellenlänge / 2“ genügen. Die effektive Länge ist über den sog. Geschwindigkeitsfaktor (Korrekturfaktor, der die Verlangsamung der elektromagnetischen Welle im Medium „Koax-Kabel“ relativ zum Vakuum berücksichtigt) definiert. Daten dazu können für den entsprechenden Kabel-Typ z.B. hier gefunden werden: de.wikipedia.org/wiki/Koaxialkabel

Für das Wald-und-Wiesen-Kabel „RG 58“ sowie das bessere „RG 213“ beträgt er 0,66.

Eine Segmentlänge berechnet sich mit Wellenlänge x Frequenz = Lichtgeschw. zu
½ Wellenlänge = Lichtgeschw. x Geschw.faktor Kabel / 2 x Signalfrequenz = 40,5 mm

Das oberste Antennenelement (Antennen-Spitze) bildet hier ein lambda ¼ Element, hat keine Kabelumhüllung und muss daher nicht über den Geschwindigkeitsfaktor korrigiert werden. Seine Länge errechnet sich analog zu 31 mm. Damit beträgt die aktive Antennenlänge 35,5 cm.

Der Rest ist „nur“ noch Fleißarbeit: Koax-Kabel mit dem Cutter in 49 mm Stücke schneiden, davon die äußere Isolierung auf beiden Seiten 6 mm entfernen, so dass 37 mm Koax-Kabel-Stücke mit 6 mm Innenleiter zu beiden Seiten überstehend übrigbleiben. Anschließend noch die Isolierung an beiden Seiten dort anschneiden, wo später zusammengelötet wird. Beim obersten Segment auf einer Seite 31 mm stehen lassen (lambda ¼ Element). Dann alles zusammenlöten (am besten mit Klammern auf einer Unterlage fixieren) und dabei so gut wie möglich darauf achten, dass eine Segmentlänge jeweils 40,5 mm beträgt. Zuletzt mit einem Multimeter zwischen Innen und Außenleiter auf Durchgang prüfen (es sollte kein Durchgang vorhanden sein, falls ein endlicher Widerstand gemessen wird, Lötstellen überprüfen).

Die Antenne ist nun fertig und sollte gute Ergebnisse erzielen. Falls nicht, ist sie nicht in Resonanz und beim Löten wurde die Segmentlänge nicht ausreichend genug eingehalten. Man kann sie, wenn man möchte, noch in eine dünne Kunststoff-Röhre einbringen bzw. in Schrumpfschlauch einschrumpfen, mit einer Halterung oder einem Ständer versehen oder einfach senkrecht nach unten von der Decke hängen lassen.

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