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WLAN-Reflektor im Eigenbau

05.02.2015 | 05:16 Uhr |

Ein Manko im WLAN bleibt dessen geringe Reichweite. Auf der Client-Seite verbessert ein externer WLAN -Adapter mit Eigenbau-Reflektor aus einem Küchensieb oder einer Schreibtischlampe den Empfang enorm.

Ein gleich bleibend guter und lückenloser WLAN-Empfang durch die ganze Wohnung oder das Büro ist kaum zu erreichen. Zwar liegen die üblichen Herstellerangaben zur Reichweite größzügig bei 100 Metern im freien Feld und bei 30 Metern in Räumen. Dabei handelt es sich aber um maximale Reichweiten unter idealen Bedingungen, und die Praxis ist weit von diesen Werten entfernt. Auch bei der Verwendung von aktuellen Geräten nimmt die Signalqualität erfahrungsgemäß schon ab zehn Metern Entfernung zum Router so stark ab, dass sich die hohen Datenraten neuerer Funkstandards wie 802.11n und 802.11ac nicht mehr erreichen lassen. Für weiter entfernte Teilnehmer in entlegenen Gebäudeteilen oder auf Terrasse und Balkon genügt die Signalqualität oft nicht mal mehr für eine unterbrechungsfreie Verbindung. Es gibt mehrere Methoden zur Verbesserung der Reichweite: Repeater verstärken das Signal des Routers/Access Points, zum Preis einer halbierten Bandbreite, wenn sich beide Geräte einen Funkkanal teilen. In größeren Gebäuden hilft die Verteilung mehrerer Access Points, die aber eine Verbindung mit Ethernet-Labeln zum Netzwerk voraussetzen.

Dieser Artikel stammt aus dem Sonderheft PC-WELT Hacks - Raspberry Pi & Arduino

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Ein oft unterschätzter Ansatz zur Verbesserung der Signalqualität ist, nicht den zentralen WLAN-Router/Access Point zu modifizieren, sondern auf der Client-Seite für einen besseren Empfang zu sorgen. Hier stellen wir dazu eine solide und transportable, wenn auch nicht gerade kompakte Selbstbaulösung mit einem USB-WLAN-Adapter, einer Schreibtischlampe als justierbare Halterung und einen Reflektor für die vorhandene Antenne des Adapters vor.

WLAN-Repeater - Mehr Reichweite für Ihren Router

Standardantennen oder Richtantennen?

WLAN-Router und Access Points verfügen generell über Stummelantennen. Diese Antennen haben eine vergleichsweise geringe Reichweite, aber einen großen Radius. Es handelt sich nicht um den perfekten Isotropstrahler (Kugelstrahler), die in alle Richtungen die gleiche Feldstärke aufweisen, denn diesen gibt es in der Realität nicht. Die beste Leistung erreichen diese Antennen in einer Ebene zum Dipol. Steht der Router senkrecht, so liegt der optimale Empfang auf horizontaler Ebene – im Haus leuchten Sie auf diese Weise eine Etage ideal aus. Die Antennenform ist aber nicht für jeden Zweck ideal, wenn etwa der WLAN-Zugangspunkt auf einer Seite oder in einem Eck der Wohnung steht. Alternative Antennenformen können die Funkabdeckung in eine bestimmte Richtung lenken und das Signal dort verbessern, während es sich in den anderen Richtungen verschlechtert. Diese Charakteristik wird in dBi gemessen, ein logarithmischer Dezibelwert, der auf den perfekten Isotropstrahler Bezug nimmt. Der Wert 0 dBi beschreibt einen theoretischen Isostrahler mit einer absolut gleichmäßigen Abstrahlung in Form einer Kugel. Eine Richtantenne mit 3 dBi hat die doppelte Leistung, man spricht dabei von Antennengewinn, erreicht aber auch nur die Hälfte der Kugeloberfläche. Das heißt: Je stärker der Antennengewinn ist, desto enger ist der Korridor, in der die Strahlung wirkt.

Nachsehen, wo die Antenne sitzt: Ein geöffneter WLAN-Adapter zeigt, wo auf der Platine die Antennenschaltung sitzt. Bei den üblichen USB-Dongles ist diese am äußeren Ende angebracht.
Vergrößern Nachsehen, wo die Antenne sitzt: Ein geöffneter WLAN-Adapter zeigt, wo auf der Platine die Antennenschaltung sitzt. Bei den üblichen USB-Dongles ist diese am äußeren Ende angebracht.

Eigene Antennen: Nicht immer besser

Beim der Verwendung von fertigen oder selbst gebauten Richtantennen im WLAN gibt es zudem eine Reihe praktischer Probleme: Bei Geräten, die nach den Standards 802.11n und Standards 802.11ac funken, bringen sie kaum eine Verbesserung. Denn diese Standards nutzen MIimo (Multiple Input Multiple Output) und damit mehrere Antennen gleichzeitig. Die Firmware ist auf die vorhandenen Standardantennen des WLAN-Geräts abgestimmt, anhand derer das beste Signal kombiniert wird. Und auch Antennen für die älteren Standards 802.11b/g haben ihre Tücken: Der Anschluss einer Antenne kann nicht einfach mit einem Koaxialkabel von beliebiger Länge erfolgen, da das Antennenkabel das Signal dämpft. Anspruchsvoll ist die Abstimmung der Impedanz (frequenzabhängiger Scheinwiederstand) zwischen Sendeeinheit, Kabel und Empfänger. Nur wenn diese übereinstimmen, findet eine Signalübertragung ohne Verluste statt. Starke Antennen mit viel Strahlungsgewinn schränken nicht nur den Strahlungswinkel ein, sie verstärken zudem die störenden Reflexionen innerhalb einer Wohnung und liegen eventuell sogar in einer Richtung über den zugelassenen Grenzwerten von 100 mW bei 2,4-GHz-WLAN beziehungsweise 500 mW (5 GHz).

Position für den besten Empfang berechnen: Die Antenne des WLAN-Adapters sollte für den optimalen Empfang im Brennpunkt (xf) des parabolförmigen Reflektors liegen.
Vergrößern Position für den besten Empfang berechnen: Die Antenne des WLAN-Adapters sollte für den optimalen Empfang im Brennpunkt (xf) des parabolförmigen Reflektors liegen.

Statt Antenne: USB-Adapter mit Reflektor

Wer sich nicht die Mühe machen will, sich mit den Feinheiten des Hochfrequenzfunks zu befassen, wird mit eigenen Antennen nur selten eine signifikante Verbesserung erreichen, die den Aufwand rechtfertigt. Ein Erfolg versprechender Weg ist, für eine höhere Empfangsempfindlichkeit bei den WLAN-Teilnehmern, also auf der Client-Seite, zu sorgen. Denn viele Probleme mit Reichweite und Empfangsqualität im WLAN sind von den Geräteherstellern hausgemacht: Die interne WLAN-Antenne eines Notebooks kann nun mal keinen optimale Leistung bringen, denn sie lässt sich nicht nach Bedarf justieren, und ein metallisches Geschäuse schirmt zusätzlich ab. Schon ein externer WLAN-Adapter, der per USB angeschlossen wird, bringt eine deutliche Leistung. Noch besser: Verbinden Sie den Adapter über ein USB-Anschlusskabel, denn so können Sie das WLAN-Modul mit seinen Antennen je nach Bedarf und Standort auch noch unabhängig vom Notebook ausrichten und damit oft einige ausschlaggebende dBm herausholen. Da es sich dabei einfach um eine Verlängerung des USB-Anschlusses mit einem standardkonformen USB-Kabel handelt, spielen hier anders als beim Antennenkabel die Impedanz und die Dämpfung keine Rolle. Einen Schritt weiter geht ein simples Selbstbauprojekt, das den Adapter mit einem parabolförmigen Reflektor kombiniert. Der Reflektor führt bei einer Ausrichtung zum WLAN-Zugangspunkt zu einer Verbesserung der Sende-Empfangs-Leistung des Clients, ohne dass dazu eine Modifikation der Antenne selbst nötig ist. Achten Sie dabei darauf, dass der Adapter in der Brennweite (xf) der Parabolschüssel liegt. Diese errechnen Sie aus dem Innendurchmesser (d) der Schüssel und deren Tiefe (x) mit dieser Formel:

xf = d²/16x

Die resultierende Brennweite xf ist der Abstand auf der Achse x, den die WLAN-Antenne zur Mitte des Bodens der Schüssel (Scheitelpunkt) haben muss. Das Ergebnis soll natürlich nur zur Schätzung dienen, denn millimetergenau kann man hier aufgrund der Ausführung der internen Antenne des WLAN-Adapters sowieso nicht arbeiten. Wichtig ist aber, die interne Antenne richtig auszurichten, damit diese ungefähr im Brennpunkt liegt. Bei den üblichen rechteckigen WLAN-Adaptern ist die Antenne entweder am äußeren Ende gegenüber des USB-Anschlusses auf der Platine angebracht oder verläuft längs auf der Innenseite des Gehäuses. Aufschluss verschafft ein Blick ins Innere. Viele Adaptergehäuse sind nur aus zwei Schalen zusammengesteckt, die mit etwas Fingerspitzengefühl schnell geöffnet und ohne Beschädigung wieder aneinandergefügt sind.

WLAN-Repeater optimal einstellen

Küchensieb als Reflektor: Da der Brennpunkt nahe am Scheitelpunkt liegt, ist der WLAN-Adapter über eine improvisierte Halterung aus Stahlblech auf der Rückseite montiert.
Vergrößern Küchensieb als Reflektor: Da der Brennpunkt nahe am Scheitelpunkt liegt, ist der WLAN-Adapter über eine improvisierte Halterung aus Stahlblech auf der Rückseite montiert.

Sieb als Reflektor: Die Lösung aus der Küche

Im Haushalt braucht man nach geeigneten Teilen für einen WLAN-Reflektor nicht lange zu suchen. In jeder rudimentär ausgestatteten Küche gibt ein Nudel- oder feinmaschiges Gemüsesieb, dessen Fehlen nicht groß auffallen wird. Die Reflektorschüssel oder das Sieb muss aus Metall oder aus einem Metallgewebe sein, wobei die Zwischenräume im Gewebe nicht größer als ein Zehntel der Wellenlänge sein dürfen, also 12 Millimeter bei 2,4 GHz-WLAN und fünf Millimeter bei 5 GHz. Auch eine metallene Salatschüssel tut es, allerdings haben Siebe den Vorteil, dass deren stabiler Handgriff als Halterung des gesamten Reflektors und WLAN-Adapters dienen kann, was den Aufbau deutlich vereinfacht. Die Antenne des WLAN-Adapters muss im ungefähren Fokuspunkt des improvisierten Parabolreflektors liegen.

Teilelisten

Ein Sieb als Reflektor:

Neben Werkzeug, das sich in jedem gut gefüllten Werkzeugkasten finden sollte, brauchen Sie neben Kleinteilen wie Kabelbinder und Holzreste zur Halterung diese Komponenten für den Aufbau der Antennenhalterung mit Sieb-Reflektor.

USB-Wifi-Adapter - 15 Euro
Feinmaschiges Nudel- oder Gemüsesieb - 5 Euro
USB-Kabel, A-Stecker auf A-Buchse (1,8 Meter) - 5 Euro

Schreibtischlampe mit WLAN-Modul :

Etwas aufwendiger, aber besser für das Büro oder Wohnzimmer geeignet, ist eine Halterung aus einer alten Schreibtischlampe. In vielen Fällen reicht ein Lampenschirm aus Metall als Reflektor aus, so dass diese Bastellösung wie aus einem Stück wirkt und kaum störend auffällt.

USB-Wifi-Adapter - 15 Euro
Ausgemusterte Schreibtischlampe mit Gelenkfuß - 10–20 Euro
USB-Kabel, A-Stecker auf A-Buchse (1,8 Meter) - 5 Euro

Als Halterung des USB-Steckers und des daran aufgesteckten Adapters eignet sich einfach zu bearbeitendes Material, etwa ein Stahlband von zwei bis drei Millimetern Dicke. Denn es lässt sich zwar mit Zange und Schraubstock gut in Form bringen, hat aber genügend Steife, um den WLAN-Adapter solide daran zu befestigen und in Position zu halten. Die Befestigung erfolgt am besten mit Kabelbindern. Achten Sie bei üblichen Gemüse- und Allzwecksieben mit 180 Millimetern Durchmesser und 80 Millimetern Tiefe darauf, dass der Fokuspunkt nur 27 Millimeter über dem Scheitelpunkt liegt. Die Befestigung des Adapters sollte also nicht von innen erfolgen, sondern von der rückwärtigen Unterseite des Siebes aus. Eine Blechschere oder ein Seitenschneider eignet sich bei einem Sieb schon dazu, eine passende Öffnung für den WLAN-Adapter zu schneiden – bei einer Salatschüssel oder einem Nudelsieb kommt man ohne Elektrowerkzeug wie etwa einer Flex nur schwer durch das Material. Als Halterung zum senkrechten Aufstellen sind Holzabschnitte genug, und für stabile Verbindungen sorgen wieder Kabelbinder. Die Abbildung unseres WLAN-Reflektor-Siebs gibt weitere Anregungen zum Aufbau aus verfügbaren Teilen.

Umbau einer Schreibtischlampe: Neben dem Gelenkfuß ist ein USB-Kabel (Mitte), ein Reflektor und ein WLAN-Adapter statt Lampenfassung nötig.
Vergrößern Umbau einer Schreibtischlampe: Neben dem Gelenkfuß ist ein USB-Kabel (Mitte), ein Reflektor und ein WLAN-Adapter statt Lampenfassung nötig.

Ästhetisch: Umgebaute Schreibtischlampe

Eine ausgemusterte, zweckentfremdete Schreibtischlampe mit Gelenkfuß ist eine ideale Halterung für den USB-WLAN-Adapter mit Reflektor. Der gesamte Aufbau ist damit stabil, justierbar und auch noch ansehnlich. Und wenn die Lampe über einen parabolförmigen Lampenschirm verfügt, so kann dieser auch als Reflektor dienen, was die Summe der Teile reduziert. Die nötigen Anpassungen setzen aber Werkzeug und etwas handwerkliches Geschick voraus.

Entfernen Sie das Stromkabel und die Lampenfassung. Die Fassung ist bei vielen Schreibtischlampen in eine rohrförmige Halterung am Ende des Lampenschirms geschraubt. Das leere Rohr eignet sich gut dazu, eine Halterung für den Stecker des USB-Kabels aufzunehmen. Sofern es noch kein ausreichend großes Loch auf der Rückseite gibt, sorgen Sie mit einem Winkelschleifer oder einem Metallbohrer für eine Öffnung, durch die der Stecker des USB-Kabels passt.

Die Halterung mit USB-Stecker für den WLAN-Adapter: Wenig Arbeit macht diese Konstruktion, bei der in die röhrenförmige Fassung des Lampenschirms ein Holzkeil mit befestigtem Kabel eingeklemmt wird.
Vergrößern Die Halterung mit USB-Stecker für den WLAN-Adapter: Wenig Arbeit macht diese Konstruktion, bei der in die röhrenförmige Fassung des Lampenschirms ein Holzkeil mit befestigtem Kabel eingeklemmt wird.

Als Halterung dafür kann ein ein passend zurechtgeschnittenes Stück Holz dienen, auf dem ein Kabelbinder den USB-Stecker befestigt. Das Stück Holz können Sie in das Rohr klemmen oder verschrauben.

Zur Messung der Signalstärke auf einem Windows-PC und zur Ausrichtung der umgebauten Schreibtischlampe mit dem WLAN-Modul eignet sich das Shareware-Programm Wireless-Mon .

Den größten Gewinn bei der Signalqualität bringt der Einsatz eines USB-WLAN-Adapters an einem Verlängerungskabel. Zusammen mit einer optimalen Ausrichtung bring der Aufbau eine Verbesserung von 15 bis 20 dBm und der Reflektor nochmal rund 5 dBm, was sich bei größeren Entfernungen bemerkbar macht.

Fertig montierte Halterung an der Schreibtischlampe: Der WLAN-Adapter ist per USB-Kabel mit dem Rechner verbunden und bleibt frei justierbar. Eine Modifikation der eigentlichen Antenne im WLAN-Modul entfällt auch hier.
Vergrößern Fertig montierte Halterung an der Schreibtischlampe: Der WLAN-Adapter ist per USB-Kabel mit dem Rechner verbunden und bleibt frei justierbar. Eine Modifikation der eigentlichen Antenne im WLAN-Modul entfällt auch hier.
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