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Selbstbau eines Hornstrahlers

Bild 1: Selbstgebauter Hornstrahler

Selbstbau eines Hornstrahlers

Für den Frequenzbereich von 5,7 bis 5,8 GHz ist ein Hornstrahler als Primärstrahler die beste Wahl. Der Kauf eines Hornstrahlers verbietet sich jedoch wegen der unverschämten Preise, die verlangt werden. Alternativ dazu können auch diverse andere Antennen (meist Logarithmisch-Periodische mit oder ohne Reflektor) für dieses WLAN-Band verwendet werden, allerdings mit geringerem Antennengewinn.

Mit etwas handwerklichem Geschick und einer Mindestausstattung seiner Bastelwerkstatt (Schraubstock, Lötkolben, Heißluftfön oder Propangasbrenner, Eisensäge, Feilensatz) kann ein Hornstrahler selbst gebaut werden. Es sollte allerdings doch schon etwas professioneller aussehen, als diese sogenannten Blechdosenantennen. Material: etwas Messingblech und ein verschrottetes Stück Rechteckhohlleiter, etwas Blumenbindedraht und etwa zwei bis drei Tage geduldige Arbeit. Falls absolut kein Halbzeug aus Messing oder Kupfer beschaffbar ist, so kann der Hohlleiterabschnitt aus Messingblech gestaltet werden. (Ich empfehle das aber nicht, denn es macht mindestens die doppelte Arbeit.)

Berechnung

Vorweg sollte man sich eine kleine Zeichnung machen, wie der Hornstrahler aussehen soll. Ich kann auch eine kleine Grafik anbieten, wie die Maße meines Musters aussehen, aber das ist immer abhängig, welchen Hohlleitertyp man vorfindet beziehungsweise welches Rechteckrohr aus Messing (z.B.: 50x25x2 mm) man statt dessen im Internethandel erwerben kann.

Ausgangswerte sind die verwendete Wellenlänge: 5,8 GHz entsprechen im freien Raum etwa 51 mm. Doch Vorsicht! Im Inneren des Hohlleiters hat diese Frequenz eine andere Wellenlänge! Zur Unterscheidung nenne ich mal die Wellenlänge im freien Raum  λ0 und die Wellenlänge im Hohlleiter  λH Die Berechnung der Wellenlänge im Hohlleiter ist abhängig von den Abmessungen des Hohlleiters. Das von mir verwendete Stück Hohlleiter (WR 187) hat im Inneren für die höchste WLAN-Frequenz von 5,875 GHz eine Wellenlänge von  λH= 60,3 mm.

Die Abmessungen des Hornstrahlers habe ich nur nach dem Prinzip gewählt, dass die Länge des Hornstrahlers wesentlich länger als die Wellenlänge sein soll. In meinem Beispiel ist das nur sehr knapp über eine Wellenlänge, aber es soll auch nur das Prinzip verdeutlichen. Die Größe der Öffnung (Apertur) habe ich so gewählt, dass die Maße a und b des Hohlleiterabschnitts verdoppelt werden. Diese Werte sind alle nicht optimal und sollten besser individuell verändert werden.

Aufbau

Die Länge des Hohlleiterabschnitts habe ich mit ½ λH gewählt. Das ergibt für diesen Hohlleitertyp eine Länge von 30,1 mm. Hinzu kommt die Materialdicke der Rückwand, die in den Hohlleiter eingepresst und verlötet wird.

Aus dem Messingblech werden nun zwei Paar gleiche gleichschenklige Trapeze ausgeschnitten, welche die Wände des Hornstrahlers werden (siehe Bild 3). Die Länge des Hornstrahlers sollte länger sein, als die Wellenlänge, aber nicht zu lang, sonst wird eine Montage vor einem Parabolspiegel sehr unhandlich. In meinem Fall habe ich 60 mm gewählt, weil der Streifen Messingblech gerade diese Breite hatte. Die Öffnung des Hornstrahlers (also die längste Seite der Trapeze) habe ich doppelt so groß gewählt, wie durch den Hohlleiterabschnitt vorgegeben. Die Stoßkanten könnte man anschrägen… das macht aber viel zu viel Arbeit. Ich habe einfach für die längere Seite „a“ das Außenmaß des Hohlleiters verwendet, für die kürzere Seite „b“ das Innenmaß.

Wer Hartlöten kann, sollte dies tun, wer nicht: muss Weichlöten. Weichlöten solch großer Flächen ist schwierig. Die Leistung des Lötkolbens ist stets zu klein, um aus eigener Hitze diese Bleche löten zu können und gleichzeitig das ganze Gebilde soweit aufzuheizen, dass es sich nicht verzieht. Das Blech erhält deshalb durch einen Heißluftfön oder einen Propangasbrenner schon eine Temperatur, die dann der Lötkolben nur noch lokal ergänzen muss.

Alle Flächen und Stoßkanten, die später mal miteinander verlötet werden sollen, werden schon vorbereitend verzinnt. Solange das Zinn noch flüssig ist, überschüssiges Zinn mit einem alten Lappen abwischen. Die Trapeze erhalten an den Stoßkanten Löcher von etwa 1 mm Durchmesser. Hier werden diese Trapeze mit dem Blumendraht zusammengerödelt und verlötet. Die Löcher sollten erst nach dem Verzinnen gebohrt werden, sonst sind sie schnell wieder zugelötet. Diese Löcher sollte sehr sorgfältig positioniert werden: an der langen Seite bildet der Blumendraht durch diese Löcher einen Anschlag für die Seitenteile. Kupferdraht ist wenig geeignet, da Kupfer sich dehnt und keine Stabilität ermöglicht. Blumendraht ist aus Stahl und lässt sich kräftig verrödeln.

Es empfiehlt sich, in zwei Schritten zu löten: erst werden die Trapeze zusammengelötet. Als Hilfsmittel habe ich mir dazu in ein dickeres Alublech ein passendes rechtwinkliges Fenster gesägt, damit die Trapeze rechtwinklig zueinander stehen. Nach dem Erkalten kann jetzt an der Fläche zum Hohlleiterabschnitt noch gefeilt werden. (Nicht vergessen: nach dem Feilen diese Flächen verzinnen.) Nun den Hohlleiterabschnitt anrödeln.

Nach dem kompletten Zusammenlöten, das heißt erst nach der Endmontage, kann dieser Stahldraht mit einer Zange wieder herausgezogen werden.

Einspeisung

Für die Einspeisung der Energie vom Kabel in den Hohlleiterabschnitt wurde auch die einfachste Version gewählt. Im Bild 6 ist das Maß „c“ die Dicke des Hohlleitermaterials. Von einer SMA-Buchse mit Lötanschluss für das Kabel RG 402 wurde vom Außenleiter so viel abgefeilt, dass nur die 2 mm Materialdicke des Hohlleiters übrig blieben. Dann ein Stück vom Kabel in die Buchse eingelötet. Nun wurde der aus der Buchse herausragende Außenleiter des Kabels entfernt. In den Hohlleiter wurde ein passendes Loch gebohrt: Im Bild das Maß „d“ (hier: 4,6 mm), so dass die SMA-Buchse in diesem Loch festgelötet werden konnte.

Das Loch im Hohlleiter sollte sich genau in der Mitte, aber um ¼ λH (Wellenlänge im Hohlleiter) von der Rückwand entfernt befinden. Die Länge des überstehenden Innenleiters des Kabels ist ¼ λ0 (Wellenlänge im Freiraum). Hier gibt es theoretisch einen Verkürzungsfaktor abhängig von der Dicke des Innenleiters. Im Endeffekt ragt dieser Innenleiter um 12 mm in den Hohlleiter hinein. Der Außenleiter sollte bündig mit der Innenfläche des Hohlleiters abschließen.

Endmontage

Die Rückwand passt von der Größe in den Hohlleiterabschitt hinein. Die Hohlleiterwände werden mit einer Feile leicht angeschrägt, so dass die Rückwand beim Einlöten nicht hineinfallen kann. Diese Rückwand erhält noch zwei Befestigungsschrauben M5 mit Senkkopf für die spätere Befestigung des Hornstrahlers. An der Außenseite halten diese Schrauben durch zwei kleine Nutenbleche. An der Innenseite werden diese Schrauben an der Rückwand zusätzlich verlötet und danach plangeschliffen. Der Schraubenschlitz sollte dabei mit Lötzinn vollständig ausgefüllt sein.

Nun werden die Einzelteile zu dem Hornstrahler verrödelt. Bitte darauf achten, dass die Teile nicht windschief zueinander stehen. Das Löten am Besten auf einer feuerfesten Platte (Steingut oder große Bodenfliese) durchführen. Jetzt die verrödelten Einzelteile mit dem Heißluftfön erwärmen und dann verlöten.

Zuletzt wird nach kurzem Erkalten die Rückseite des Hohlleiters eingepresst und verlötet. Da die Lötflächen des Hohlleiters ja bereits verzinnt sind, sollte das kein Problem mehr sein.

Erst jetzt werden die Rödeldrähte abgekniffen und die Reste weggefeilt. Die verbleibenden Löcher sind sehr viel kleiner als ein Zehntel der Wellenlänge: somit sind sie elektrisch dicht und können ignoriert und mit Spachtel zugeschmiert werden. Mit Feile und Messing-Polierwolle werden die Flächen gesäubert. Als letztes die Buchse mit dem Viertelwellenstrahler einlöten: allerdings muss das jetzt der Lötkolben mit eigener Hitze machen. Da die Rödeldrähte schon entfernt sind, könnte der Heißluftfön alles wie ein Kartenhaus zusammenfallen lassen.

Die graue Farbe aus der Sprühdose gibt dem Hornstrahler äußerlich ein professionelles Design. Das Sympathische an diesem Frequenzband ist, dass solche Bastelarbeiten einfach mit dem Computer im WLAN getestet werden können. Als Ersatz für die übliche kleine Stabantenne brachte dieser Hornstrahler schon eine gute Richtwirkung mit entsprechender Reichweitenerhöhung in dieser Richtung.

Bildergalerie
Picture gallery

Bild 2: Konstruktionszeichnung

Bild 3: Messingteile

Bild 4: Verrödelt und bereits gelötet

Bild 5: Innenansicht des fertigen Hornstrahlers

Bild 6: Einkopplung als Viertelwellenstrahler