FPV - Antennenbau



Um vorallem bei der FPV-Videoübertragung einen bestmöglichen Empfang zu bekommen (ohne die Sendeleistung direkt zu erhöhen) haben sich die sogenannten Cloverleaf bzw Skew Planar Wheel Antennen durchgesetzt.
Durch ihre Form strahlen sie die Wellen zirkular polarisiert aus, was sie im Gegensatz zu Stabantennen unempfindlicher gegen Drehungen macht.
Zudem unterdrücken sie störende Reflexionen von z.B. Hauswänden, da sich dabei die Polarisationsrichtung ändert und so bei der Empfängerantenne abgeschwächt wird.
Damit währen wir bei der Polarisationsrichtung: Beim Bau oder Kauf der ersten Antenne sollte klar sein, ob man sich auf links oder rechts polarisiernde Antennen festlegt. Eine linksrum zirkular polarisierende Antenne am Sender und eine rechtsrum z. p. Antenne am Empfänger sind ungeeignet und andersrum. Also am besten einmal festlegen, somit sind später alle Antennen die man so für eine Frequenz rumliegen hat zueinander kompatibel.
Da ich meine Antennen für ein 5.8 Ghz System baue werden diese mit etwa 30mm Durchmesser relativ klein. 2.4 Ghz Antennen sind da etwas Größer.
Anleitungen (vorallem zum Ausrechnen der exakten Maße) gibts u.A. bei Flitetest: Cloverleaf, Skew Planar Wheel

Cloverleaf & Skew Planar Wheel



Nachdem meine ersten Versuche mit etwa 1mm dickem Kupferdraht eher mäßige aber trotzdem bessere Ergebnisse als die standart Stabantennen lieferten wollte ich das Ganze nochmal angehn.
Dazu hab ich mir beim Bau selber eine kleine Anleitung geschrieben, die ich nun hier bebildert vorstellen möchte:

Werkzeug und Material

Was man an Material so alles dazu braucht:
Und nun das Werkzeug:

Die Blätter



Fangen wir an mit den Blättern. Diese sind bei Cloverleaf und Skew Planar Wheel gleich, die SPW hat lediglich eins mehr.
Dazu zuerst pro Blatt etwa 60mm Draht abschneiden. Am besten die Enden kurz flach Schleifen/Feilen.
Dann jeweils eine der Seiten an der Spitze leicht verzinnen. Die verzinnten Spitzen gehen später zum Mittelpunkt und lassen sich so besser zusammenlöten.


Nun werden die Drahtstücke auf die errechneten 52.93mm (bei exakt 5800 Mhz) um 90° gebogen.
Am besten geht das, wie im Bild zu sehen, wenn man den Messschieber exakt einstellt, den Draht mit dem Daumen festdrückt und bis zum Anschlag nach oben schiebt und dann an der unteren Kante biegt.


Dabei sollte das verzinnte Ende am längeren Teil liegen. Notfalls kann man auch beide Enden verzinnen.


Als nächstes werden auf die selbe Weise zwei weitere 90° Biegungen gemacht. Die Eine 13.23mm vom verzinnten Ende aus, die Andere ebenfalls 13.23mm von der ersten Biegung aus gemessen.
Das Resultat sollte wie im Bild rechts sein. Zu beachten ist, dass das kleine 8mm lange Ende (unten) um 45° vom Tisch nach oben zeigt. Damit würde es eine linksrum zirkular polarisierende Antenne werden. Wer es lieber rechtsrum mag biegt das Teil so, dass das 8mm lange untere Stück 45° "in den Tisch" gebogen ist (also spiegelverkehrt).


Jetzt gehts ans biegen. Dabei fängt man am besten an einer Ecke an und biegt langsam Stück für Stück bis zur Hälfte, danach von der anderen Seite.
Am Ende sollte die Biegung möglichst gleichmäßig aussehen und der Draht etwa 2mm über der unteren Ecke enden.


Das wiederholt man dann für die restlichen Blätter.

Verlöten



Jetzt kommt der schwierige Teil: Alle Blätter müssen zusammen an das Coaxialkabel.
Doch zuerst wird ein Ende des Kabels etwa 10mm abisoliert, der Schirm um 2-3mm gekürzt und die Seele 1mm abisoliert.
Den Schirm verzinnt man danach leicht. Dabei bloß nicht zu heiß werden lassen, das Silikon, was die Seele von der Schirmung trennt wird schnell weich. Nach dem Verzinnen am Besten kurz auf Kurzschluss prüfen.


Jetzt erst kommen die Blätter zusammen. Hierzu werden nun die 8mm langen Endstücke der Blätter verzinnt, sodass sie sich nachher schnell an den Schirm löten lassen.
Nachdem alle Blöter im 90° Winkel bei Skew Planar Wheel, bzw 120° bei der Cloverleaf am Coaxkabel fest sind empfiehlt es sich, die noch nicht verlöteten Enden etwas von der Mitte wegzubiegen, um ein weiteres mal auf Kurzschluss zu Messen.
Ist kein Kurzschluss festzustellen schiebt man vom anderen Ende des Kabels einen passenden Schrumpfschlauch über die gerade gelöteten Stellen.


Bevor die Blätter in der Mitte zusammen gelötet werden ist es besser, zuerst die RP-SMA Buchse anzucrimpen.
Eine gute Anleitung dazu gibt es in der Reicheltpedia.
Und hierbei: nicht den Schrumpfschlauch vergessen!


Jetzt misst man ein letztes mal, ob man beim Crimpen einen Kurzschluss fabriziert hat. Ansonsten kann man getrost die Bläter in der Mitte mit der Seele zusammenlöten.


Und schon hat man seine CL bzw. SPW Antennen vor einem liegen.
Bei diesen Antennen hat es sich mehr oder weniger aufgrund der leicht unterschiedlichen Abstrahlcharakteristik durchgesetzt, die Cloverleaf auf dem Sender (also dem Flugmodell) und die SPW am Empfänger anzubringen.



Helix


Nachdem das DIY Diversity so langsam anfing zu funktionieren, machte es wenig Sinn dauernd nur mit Rundstrahlantennen (Cloverleaf, Skew Planar Wheel, etc) zu testen.
Meist wird das Umschalten von verschiedenen Antennen dann benötigt, wenn sich darunter eine Richtantenne (z.B. eine Helix, Yagi, Biquad, ...) befindet. Fliegt man außerhalb des Empfangkegels der Richtantenne, so kann im Nahbereich automatisch auf eine Rundstahlantenne geschaltet werden.
Um ebend dieses gewünschte Verhalten an meinem DIY Diversity testen zu können versuchte ich mich mal an einer 5-Turn Helix.
Helix Antennen (oder auch "Wendelantennen") sind zirkular polarisierend. Übliche ausführungen sind 3, 5, 8 oder 12-Turn Helix. Mit zunehmender Windungszahl steigt der Gewinn und der Öffnungswinkel verkleinert sich.
Die Maße für den Selbstbau können einfach mithilfe des "Simple helix Calculator" ermittelt werden. Im folgenden ein paar Beispielwerte für 5800Mhz:
3-Turn 5-Turn 8-Turn 12-Turn
Drahtlänge 168.3mm 282mm 454.8mm 689.6mm
Innendurchmesser 17.4mm 17.5mm 17.6mm 17.8mm
Gewinn 8.3dBi 10.27dBi 12.21dBi 14.07dBi

Die Drahtdicke sollte 1mm betragen, die Steigung (also der Abstand des Drahtes pro Windung) liegt bei allen oben genannten Antennen bei 11,8mm.

Als Designvorlage nahm ich die Helix aus dem "5.8Ghz Helix Antennenframe fräsen"-FPV-Community-Thread
Statt durch löcher wollte ich den Draht aussen entlang führen. Die Teile hab ich aus 2mm GFK gefräst. CFK ist aufgrund seiner Leitfähigkeit für den Antennenbau nicht geeignet.
Die DXF-Files: helix201406.zip


Wie bereits erwähnt ist die Helix eine zirkular polarisierende Antenne. Die Polarisationsrichtung entspricht der Windungsrichtung. Da meine bisher gebauten Antennen alle linkspolarisierend sind, wird es auch die Helix (siehe Bild).
Als kleine Eselsbrücke: Hällt man die Antenne am Kabel fest und möchte sie wie eine Schraube in etwas hereinschrauben, müsste man sie linksrum drehen = die Antenne ist also linkspolarisierend. Das gleiche gilt auch für Cloverleaf und SPW.
Das Antennenframe kann für links oder rechtspol. Helix verwendet werden, beim zusammenstecken drauf Achten!
Bei dieser Antenne habe ich 1mm Messingdraht verwendet, da er sich angenehm löten lässt. Silberdraht kann ich aber auch empfehlen, da es einfach ist ihn zu biegen. Weiterhin ist der Draht mit Epoxy am Antennenframe festgeklebt. Damit sich die Antenne einigermaßen ausrichten lässt, ist um das RG58 Coaxkabel dicker Silberdraht gewickelt.

Die Antenne ist bei weitem nicht optimal aufgebaut, meine Genauigkeit beim Bau war ebenfalls nicht die beste. Dennoch zeigte sich, dass das Prinzip funktioniert und ich mit dieser Antenne weiter komme, als mit meinen DIY Cloverleafs.