Funk: Harte Schale, elektronischer Kern – Gehäuse für HF-Upconverter und LNA‘s

Lange hatte ich keine Zeit, um mich mit Funk-Themen zu beschäftigen. Aber vor einiger Zeit erinnerte ich mich wieder an meinen RTL-SDR-Dongle. Diesen kramte ich aus seinem ruhigen Plätzchen in der hintersten Ecke der Schreibtisch-Schublade hervor und machte einige RX-Experimente mittels Nooelec-Upconverter (diesen hatte ich unbenutzt seit über einem Jahr in der Werkstatt liegen). Was ich schnell zeigte: Ein nicht wirklich berauschender Signalpegel im HF-Bereich. Offensichtlich dämpft der Upconverter so ordentlich, dass nur wenige (Radio)-Station zu hören waren – von AFu ganz zu schwiegen – obwohl ich das RX-Setup an einem sonst ordentlich performenden Dipol betrieb.

Daher entschloss ich mich, mittels vorgeschaltetem LNA dem Signal auf die Beine zu helfen. Im Netz fand ich nach einigen Recherchen den sog. LNA4HF, ein speziell für den HF-Bereich ausgelegter SDR-Upconverter-Verstärker. Fertig bestückt und inkl. Porto für 20,- Euro bestellte ich gleich einen. Wie ich feststellte bietet der kroatische OM 9A4QV, der den LNA entwickelt hat und nun produziert und weltweit über das Internet direkt vertreibt, auch einen LNA für den Frequenz-Bereich über 30 MHz an. Diesen LNA4ALL genannten Verstärker bestellte ich ebenfalls gleich mit.

Nach ein paar Tagen trudelten die beiden kleinen Platinchen per Post ein. Ein erster Funktionsaufbau – und -test beider LNA’s verlief erfolgreich. Wer zur Performance dazu mehr erfahren will, der findet HIER einen entsprechenden Artikel.

Doch die offene Elektronik störte mich. Also konstruierte ich kurzer Hand sowohl für die beiden LNA’s als auch für den Upconverter passende Kunststoffgehäuse, die ich anschließend von einem 3D-Druck-Service ausdrucken lies, da ich zu dem Zeitpunkt noch keinen eigenen 3D-Drucker in der Bastelkammer hatte.

Nach Handskizzen und erster Konstruktion werden vor dem Druck noch einmal alle relevanten Maße kontrolliert.

Upconverter-Gehäuse in geöffneten Zustand. Die Innnenseiten des Gehäuses wurde später noch mit Aluminium-Tape beklebt, um eine HF-Schirmung sicherzustellen.

Upconverter – Gehäuse in geschlossenem Zustand.

Für die HF-Schirmung: Aluminium-Tape.

Tape ist angebracht.

Im LNA-Gehäuse habe ich beide Verstärker nebeneinander angeordnet. Über einen einfachen Kippschalter wird entweder der eine oder aber der andere LNA mit Spannung versorgt, die von der seitlich angeordneten DC-Buchse kommt.

Die Unterseite des LNA-Gehäuses. Die beiden LNA’s sind parallel montiert. Mit dem Kippschalter wird die Spannungsversorgung auf den jeweils verwendeten LNA geschaltet.

Die Vorderseite – links ist der LNA4HF und rechts der LNA4All montiert. Die Innenseiten des Gehäuses sind mit Aluminium-Tape beklebt, um eine HF_Schirmung zu haben.

Die beiden LNA’s sind nebeneinander angeordnet. Dazwischen ein Kippschalter, um die Spannungsversorgung auf den jeweils genutzten LNA zu schalten. Links ist die DC-Buchse zu erkennen.

Sauber verstaut…fehlt nur noch die HF-Schirmung mittels Alu-Tape.

Zu meiner großen Freude zeigten beide Gehäuse eine wirklich gute Passform. Ich musste lediglich die Stützstrukturen entfernen und mit einem Cutter kleine Unebenheiten an den Gehäusedurchbrechungen leicht abschaben. Um die Gehäuse entsprechend abzuschirmen habe ich auf Aluminium-Tape zurückgegriffen, mit welchem ich die Gehäuse von innen beklebte.

Für Nachbaubegeisterte habe ich hier die Druckdaten (STL) für das Upconverter-Gehäuse und das LNA-Gehäuse zum download bei thingiverse abgelegt.

Zum Nachbau der Gehäuse sind folgende Materialien nötig:

4x M3-Schrauben & Muttern

4 Druckteile: Ober- und Unterteile der beiden Gehäuse

1x SMA-Adapter

Aluminium-Klebeband

2x Kippschalter

1x DC-Einbaubuchse

Funk: Eine wetterfeste ADS-B-Antenne

CAD-Modell der konstruierten ADS-B-Antenne.

Es liegt zwar schon einige Monate zurück, aber da ich nun schon einmal dabei bin über Antennenbau-Projekte zu berichten, möchte ich meine entworfene ADS-B -Antenne nicht auslassen.

Die Konstruktionsdaten der entworfenen Bauteil, die mittels 3D-Drucker hergestellt wurden, habe ich bei thingiverse zum download eingestellt. Also, wer nachbauen möchte, der ist herzlich eingeladen.

Wie immer bei meinen Projekte stand am Anfang zunächst eine Handskizze, in der ich grundlegende Gedanken zur Gestalt festgehalten habe. Im Netz hatte ich diese prinzipielle Antennen-Form recherchiert, die jedoch in der aufgezeigten Bauweise nur bedingt für einen Outdoor-Einsatz geeignet ist. Zudem fehlte jegliche Befestigungsmöglichkeit.

Diese beiden Rahmenanforderung flossen so dann in meine gestalterischen Vorüberlegungen ein – so sah die dazugehörige Handskizze aus:

ADS-B-Antenne: Handskizze

Den Strahler wollte ich in einem PVC-Elektrorohr, wie man ihn in jedem guten Baumarkt bekommt, unterbringen. Um die Antenne später befestigen zu können, dachte ich sowohl an eine fixe Montage mittels Verschraubung, als auch eine etwas flexiblere, um die Antenne durch Aufhängen zu positionieren.

Aus dem Grund hat die Antenne am unteren Ende eine Festmontage-Möglichkeit, am oberen Ende eine Öse, durch die man ein Seil ziehen kann.

Die entworfenen Bauteil legte ich als Druck-Objekte aus, sie sehen so aus:

ADS-B-Antenne: Bodenteil.

CAD-Modell des Kopstücks der ADS-B-Antenne. Durch die Öse kann z.B. ein Seil zur Befestigung gezogen werden.

Da ich damals noch über keinen eigenen 3D-Drucker verfügte, habe ich die Teile seinerzeit bei einem Dienstleister drucken lassen. Die gelieferten Bauteile sahen wirklich überzeugend aus:

Vom Dienstleister gedruckte ADS-B-Antennen-Teile. Die Stützstrukturen (weiß) sind noch gut zu erkennen. Im Hintergrund ist der Strahler mit angelöteter UHF-Buchse zu sehen.

ADS-B-Antenne: Die gedruckten Teile im Vordergrund. Hinten ist die eigentliche Antenne zu erkennen.

Die eigentliche Montage der Einzelteile ging gut von der Hand. Kupferdraht entsprechend biegen und ablängen. Die vier Radial aus alten Kleiderbügeln zuschneiden und die Enden zur Befestigung an den Schrauben mit einem Ring (Innen-Durchmesser ca. 3mm) biegen. Den Strahler in die UHF-Buchse einlöten, Bodenbauteil, Radiale und Buchse verschrauben, anschließend den passend abgelängten Kabelkanal zuschneiden und mit dem Bodenteil mittels 2K-Kleber fest verbinden. Im letzten Arbeitsschritt noch das Ösen-Oberteil verkleben – fertig.

ADS-B-Antenne: 4 M3-SChrauben mit Muttern, vier Radiale, UHF-Buchse mit Lüsterklemme (die ich späterdoch nicht verwendete).

Die Beuteile der ADS-B-Antenne auf einen Blick.

 

ADS-B-Antenne: Gut zu erkennen sind die montierten Radiale.

 

Wer die Antenne nachbauen möchte, benötigt folgende Materialien:

Ca. 645mm Kupferdraht 1,5mm²

1 x UHF-Buchse

Ca. 800 mm PVC-Elektrorohr EN 20 (Aussendurchmesser 20 mm )

4x Metall-Kleiderbügel (Drahtdurchmesser 1,8mm)

2 x Druckteile (Hier können die STL-Daten heruntergelanden werden)

4 x M3-Schrauben und Muttern

2K-Kleber

Ggf. Sprühfarbe

 

Viel Erfolg beim Nachbau

Horrido und stay tuned

 

UHF-Satcom: DIY X-WING-Antenne – die Fertigstellung (Teil 5)

Fertig lackierte UHF-Satcom Antenne.

 

Heute war in der Post das lange erwartete T-Stück, um die Anpassung- & Speiseleitung endlich verbinden zu können.

Nach der Leitungsverbindung habe ich gleich das HT-Rohr mit dem Bodenstück und der Kreuzdipolmontageplatte mittels 2k Epoxy-Kleber verbunden.

Anschließend grundierte und lackierte ich die Antenne noch.

Hier mal einige Bilder der letzten Arbeiten an der Antenne:

Verbunden: Die 90°-Phasenverschiebung wird durch Koaxial-Umwegleitung erzeugt.

Grundierung der Antenne.

Die UHG-Satcom-Antenne bekommt ihre endgültige Farbe…

 

Und so sieht die Antenne nun endgültig aus:

Blick von unten: Radiale und Kreuzdipol.

Das HT-Rohr ist mit dem Bodenstück verklebt.

UHF-Satcom-Antenne: Das Stativ mit seinem beweglichen Schwenkkopf ermöglicht die Ausrichtung der Antenne.

Blickrichtung Satellit…

 

Ich hoffe, dass ich am Wochenende dann dazu komme, die Empfangsleistung der Antenne in der Praxis zu erproben.

Dazu dann später mehr.

Horrido und stay tuned.

 

UHF-Satcom: DIY X-WING-Antenne – die Verbesserung (Teil 4)

Gerne möchte ich auch anderen Nachbauwilligen den Bau der Antenne ermöglichen.

Aus dem Grund habe ich mich noch einmal daran gemacht, einige Bauteile zu überarbeiten. Dabei hatte ich insb. den Materialverbrauch und die Druckzeit im Blick.

Überarbeitet habe ich daher grundsätzlich das Bodenstück, die Montageplatte für das Stativ und den Montagekörper für die beiden Dipole.

Geändert habe ich:

Bodenstück

• Offene Boden, dies ermöglicht die direkte Kabeldurchführung
• Verringerung der Befestigungslippe für das HT-Rohr
• Wegfall der Befestigungsvorrichtung für die BNC-Buchse
• Reduzierung der Montagebohrungen für die Stativ-Aufnahme von vier auf drei und Verringerung des Bohrungsdurchmessers von 8,2mm auf 6,2mm  – so werden jetzt M6-Schrauben statt M8 verwendet.

Das Bodenstück (Rel 2) ist in der neuen Version vereinfacht – das spart Material und Druckzeit.

Stativ-Montage (Schwenkvorrichtung)

• Reduzierung der Montagebohrungen für die Stativ-Aufnahme von vier auf drei und Verringerung des Bohrungsdurchmessers von 8,2mm auf 6,2mm  – so werden jetzt M6-Schrauben statt M8 verwendet.

Die neue Schwenkvorrichtung – statt vier 8,2mm-Bohrungen sind jetzt drei 6,2mm-Bohrungen für die Befestigung am Antennen-Bodenstück angelegt.

Montagekörper für Dipole

• Verringerung der Bodenstärke von 5mm auf 2,5mm, da die F-Buchsen kürzer sind, und sonst nicht verschraubt werden können

 

Damit alle an die notwendigen Druckdaten für den Nachbau gelangen, habe ich auf Thingiverse ein Die Bastelkammer-Profil angelegt und die STL-Daten dort eingestellt.

 

So, allen viel Freude beim Nachbau.

Ich warte noch immer auf das fehlende T-Stück (F-Buchsen), und mache dann hoffentlich bald weiter.

 

Horrido und stay tuned.

 

 

UHF-Satcom: DIY X-WING-Antenne – der Bau (Teil 3)

Weiter geht es!

Wer Teil 1 und Teil 2 dieser kleinen Serie noch nicht kennt, sollte diese evtl. vorher einmal lesen…

Um die Ground-Wirkung der Radiale zu verstärken, habe ich noch eine Kabelhalterung konstruiert, die auf jedes Radial-Ende gesteckt wird. Durch diese Halterung ist ein mehrlitziges Kabel geführt, welches einmal um die Radial-Enden geführt ist. Diese Konstruktion habe ich mir bei den kommerziellen Satcom-Antennen abgeschaut.

So sieht die UHF-Satcom-Antenne nach der ersten Probemontage aus:

X-Wing Omni UHF-Satcom Antenne im Probeaufbau. Durch die Verwendung des Foto-Stativ ist später die Einstellung der jeweiligen Elevation (die Satcom Sat’s liegen von D aus gesehen alle in einem Erhebungswinkelfenster zw. 20-30°) kinderleicht.

 

Doch der Reihe nach – vor dem Zusammenbau stand für mich zunächst der 3D-Druck der konstruierten Bauteile.

Die Druckteile habe ich mit einer Layerhöhe von 0,2mm gedruckt. Material ist PLA 4340D, Drucktemperatur 185°C, Druckbett-Temperatur 55°C. Druckgeschwindigkeit 20mm/s, Infill mit 30 mm/s. Alle Teile sind mit 20%-Infill gedruckt. Als Slicer nutze ich Cura 14.06.

Die Druckzeiten der Teile waren zum Teil erheblich und sahen wie folgt aus:

Dipol-Träger: ca. 6h

Dipol-Deckel: 4,5 h

Antennen-Bodenstück: 10,5 h

Stativ-Montage: ca. 6,5h

Kabelhalter für die Radiale, 8 Stück: ca. 1,5 h

Der Druck von Dipol-Träger & –Deckel, Stativ-Montage sowie der Kabelhalter verlief problemlos. Leider habe ich beim Drucken des Antennen-Bodenstücks leider an drei Stellen erheblich Materialschrumpfungen festgestellt, die dazu führten, dass sich das Werkstück an den Stellen nicht mehr in Kontakt mit dem Druckbett befand. Ursache kann u.U. ein nicht ausreichend warmes Heizbett sein. Hier mal einige Bilder dazu…

In Cura geslicetes Bauteil (Dipol-Montage)

Bodenstück in Cura

Frisch gedruckte Kreuzdipol-Montageplatte.

Gedruckter Deckel für die Kreuzdipol-Montageplatte. Mit diesem Bauteil werden die Anschlüsse der beiden Dipole gegen Witterungseinflüsse geschützt. Gleichzeitig kann ein Direktorenboom ggf. aufgeschraubt werden.

Antennen-Bodenstück – fertig nach ca. 10,5h Druckzeit…

Antennenbodenstück – gut zu erkennen ist der Materialverzug (rechts).

Die gedruckten Antennen-Teile werden entgrate und die mitgedruckten Stützstrukturen entfernt.

Aus einem einfachen Foto-Stativ wird das Antennen-Dreibein.

Das konstruierte Antennenbefestigungsbauteil ist auf dem Foto-Stativ probemontiert.

 

HT-Rohr, die Blech-Wings und die Radiale sind in ganz herkömmlicher Handarbeit an der Werkbank und Standbohrmaschine entstanden:

 

Handarbeit – die Radiale haben M6-Gewinde bekommen.

 

Die Montage der Dipole und der Buchsen ging flott von der Hand, auch die Konfektionierung der Anpassungsleitung.

Verdrahteter Kreuzdipol.

Kreuzdipolmontageplatte von unten betrachtet. Die F-Buchsen musste ich einkleben, da die Bodenplatte zu dick für die relativ kurzen Buchsen ist. Ich werde die CAD-Daten in diesem Punkt noch einmal anpassen.

Acht Kabelhalter werden zusammen in Cura für den Druck vorbereitet.

Kabelbefestigung am Radial-Element.

Für den 90°-Phasenversatz der beiden Dipole sorgt die λ/4-Umwegleitung.

Heute werde ich noch das HT-Rohr mit dem Antennen-Bodenstück verkleben.

Nun fehlt nur noch das T-Stück für die F-Stecker. Dann werde ich die Endmontage vornehmen.

Nun fehlt noch das F-T-Stück – leider ist dies noch nicht eingetroffen. Wenn dieses Teil da ist, werde ich die Antenne montieren, grundieren und lackieren. Anschließend kommen dann die praktischen Funktionstests.

Ich werde hier dann berichten, wie es weitergeht.

Horrido und stay tuned

UHF-Satcom: DIY X-WING-Antenne – Re-Design(Teil 2)

Heute ist WM-Pause, daher komme ich dazu, wieder vom Projekt zu berichten.

In diesem Artikel stelle ich das von mir weiterentwickelte Design der MT X-Wing Omni Satcom-Antenne vor. Wer sich noch einmal in das Thema einlesen möchte, der findet in Teil 1 eine kleine Einführung.

Interessante Mitschnitte aus der Welt der Satcom-Kommunikation kann man sich hier einmal anhören.

Bevor ich mit dem Re-Design angefangen habe, mussten zunächst einmal geklärt werden, welche Materialien in Deutschland zur Verfügung stehen, die dem original Entwurf nahe kommen. Die nötigen Kabelbuchsen und Stecker (F) und Koaxialkabel RG-6 sind auch hier erhältlich, z.B. bei Reichelt. Beim ursprünglich verwendeten PVC-Rohr wird es mit der Beschaffung aus dem nächstgelegenen Baumarkt schon schwieriger. Daher habe ich mich für graues HT PP-Rohr DN 75 entschieden – das ist in der Regel in jedem Baumarkt erhältlich. Die λ/2-Dipol-Elemente sind aus Aluminium-Blech der Stärke 0,8mm geplant, auch dieses Material ist im Baumarkt gut zu bekommen – die ursprüngliche Materialstärke von 1,5mm ist aus meiner Sicht überdimensioniert.

Die Materialliste für X-Wing-Antenne (ohne Stativ):

1 Stück HT PP-Rohr DN 75 (Länge 503mm)

4 Stück Aluminiumblech 0,8mm (254x28mm)

8 Stück Aluminium-Rundmaterial (Länge 500mm)

12 Stück M3-Schrauben und Muttern

8 Stück M6-Muttern

2 Stück F-Gehäuse-Buchsen (Female)

5 Stück F-Stecker, Gr. 7

1 Stück BNC-Gehäuse-Buchse

4 Stück Quetsch-Ring-Verbinder

Ca. 1,5m RG-6-Koaxial-Kabel

Ca. 0,6m RG-58 Koaxial-Kabel

3 gedruckte Bauteile aus PLA (dazu später mehr)

1 Dose Acryl-Lack

 

Um die Antenne im Bereich der Dipol-Kabel-Anschlusspunkte gegen Witterungseinflüsse besser abzuschirmen, habe ich mich entschlossen vom ursprünglichen Design, welches eine PVC-Endkappe als offene Montagebasis verwendete abzuweichen und eine Montagemöglichkeit mit Deckel zu schaffen.

Erste Skizzen führten mich gedanklich an das in CAD entwickelte Design heran.

Die X-Wing Omin UHF-Sat-Antenne als 3D-Modell.

Die X-Wing Omni-Antenne, ohne Schwenkvorrichtung und Stativ. Um das Modell nicht zu überfrachten, ist lediglich ein Reflektor-Radial (von 8 Stück) in die Baugruppe eigefügt.

Blick auf den Kreuzdipol.

Die breite, flügelartige Form der gekreuzten Dipole gibt der Antenne ihren Namen. Zudem ist die Breite der Dipole für die erreichbare Bandbreite mitverantwortlich. Auf der Abdeckkappe (blau) ist die Aufnahmehalterung für die geplanten Direktoren zu erkennen.

Der Dipol-Träger, auf dem die Blechdipole (Wings) mit M3-Schrauben befestigt werden und mit den F-Buchsen verdrahtet sind, wird auf das HT-Rohr geklebt. Die entwickelte Abdeckkappe wird mit M3-Schrauben auf den Dipolträger verschraubt (im Träger sind M3-Muttern in entsprechende Aussparungen montiert). Die Kappe kann und sollte mit Gehäusedichtmasse an den entsprechenden Kanten abgedichtet werden. Um ggf. zu einem späteren Zeitpunkt die Möglichkeit zu haben, den Antennengewinn durch die Nutzung von Direktor-Elementen zu verstärken, habe ich auf die Abdeckkappe noch eine Befestigungsmöglichkeit in Form einer M-8-Mutter angebracht. So kann ich nachträglich einen entsprechenden Boom mit Direktor-Radialen anschrauben – abgeschaut habe ich mir das von den kommerziellen UHF-Satcom-Antennen.

Bauteil: Dipolmontageplatte.

Bauteil: Dipol-Abdeckkappe

Das untere Ende des HT-Rohrs bekommt einen ordentlichen Stand-Fuß, der die BNC-Buchse aufnimmt und zudem die Möglichkeit bietet, eine Kipp- und Stativ-Vorrichtung nachzurüsten. Zudem habe ich an dem Stand-Fuß Befestigungsmöglichkeiten für acht Radiale (6mm Durchmesser) geschaffen, um so auf das in der MT vorgeschlagene Reflektor-Drahtgebilde, welches in einem Abstand von λ/2 zu den X-Wings positioniert ist, verzichten zu können. Die 500mm langen Radiale sind verschraubt montiert (mit M6 Muttern) und können daher für den Transport abgenommen werden. Mit diesem einen Meter im Durchmesser messenden Reflektor komme ich nah an die 1,2 Meter des MT-Designs heran. Zudem kann ich durch diese Radial-Konstruktion die Antenne ausrichtbar gestalten, d.h. in vertikaler und horizontaler Ausrichtung und so flexibel auf die jeweilige Standort-Situation reagieren.

Das entwickelte Bodenstück – noch mit geschlossenem Boden.

Für die Ausrichtbarkeit der Antenne habe ich ferner ein Stativ mit Schwenkvorrichtung entwickelt, welches sich an kommerziellen UHF-Satcom-Antennen orientiert. Es besteht aus zwei konstruierten Druckteilen, die mit einer M8-Schraube verbunden sind. Die Stativ-Beine bilden drei Aluminium-Rohre 10x500mm, die verschraubt befestigt sind. Die Antenne wird auf das Stativ mittels vier M8-Schrauben befestigt.

Hier mal ein Bild dazu:

Gut zu erkennen ist hier das Stativ mit der Schwenkvorrichtung.

 

Material für X-Wing-Antennen-Stativ:

2 gedruckte PLA-Bauteile

3 Stück M3-Schrauben mit Flügelmuttern

3 Stück Aluminium-Rohr 10x500mm

5 Stück M8-Schraube mit Mutter

 

Als eine weiter Aufbaumöglichkeit habe ich mir überlegt, ein Fotostativ zu nutzen.

Aus einem einfachen Foto-Stativ wird das Antennen-Dreibein.

Daher habe ich noch eine weitere Befestigungsmöglichkeit für die Antenne konstruiert. In dem Zuge unterzog ich das Bodenbauteil einer Überarbeitung, um beim späteren Druck Zeit und Material sparen zu können. Hier mal Bilder zu den Alternativbauteilen:

Neues Bodenstück mit neuer Befestigungsvorrichtung.

Zu sehen: Das umkonstruierte Bodenstück (grün) und das neue Befestigungsteil(rot) mit Schwalbenschwanzsockel für das Fotostativ.

Soweit die Planungen. Im dritten Teil dokumentiere ich den Druck und Bau der X-Wing-Antenne.

Bis dahin,

Horrido und stay tuned.