Bi-Quad als DVB-T Antenne

Die Bi-Quad Antenne ist sehr beliebt beim sogenannten 'Wardriving' zum Aufspüren von WLAN-Netzen. Sie zeichnet sich durch hohen Antennengewinn, einfache Bauweise und einen Fußpunktwiderstand von 60Ohm aus, was perfekt zu einem koaxialen Kabel passt. Aber lässt sich diese Antenne auch sinnvoll für DVB-T benutzen?

Wie man aus der Abbildung sehen kann, besteht sie Antenne aus zwei Leiterschleifen mit jeweils genau lambda Umfang bzw. lambda/4 Kantenlänge. Die quadratische Form ist hier keine Pflicht, wichtig ist der Umfang von einer Wellenlänge, man kann also ebenso kreisförmige oder elliptische Antennen realisieren.

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Berechnung

Jede Antenne ist ein Resonator, der strenggenommen für genau eine Frequenz berechnet wird, im Falle von DVB-T wird also auf die Mitte des benötigten Frequenzbereiches optimiert. Zusätzlich wird die verringerte Geschwindigkeit der elektromagnetischen Welle auf dem Kupferleiter mit 97,5% der Freiraumlichtgeschwindigkeit angenommen, was bei der Berechnung von lambda berücksichtigt wird.

Für eine minimale Frequenz von 177,5MHz und eine maximale Frequenz von 758MHz ergeben sich also 15,6cm Kantenlänge. Zur Anfertigung der Antenne empfiehlt es sich also, in der Mitte beginnend eine Art liegende Acht zu formen. Benutzt wird dazu ein Stück massiver Kupferdraht (keine Litze, Stärke etwa 2,5..4mm²) von 2*lambda Länge, hier also 125cm.
Der Kupferdraht wird, beginnend an einem der beiden Anschlüsse, in lambda/4 Stücken entsprechend der Form gefaltet; beide Enden des Drahtes werden anschließend miteinander verlötet.

Um Kurzschlüsse an TV-Karten mit 5V-Antennenspeisung zu verhindern, sollte unbedingt noch ein Kondensator (bevorzugt keramisch) zwischen Innenleiter des Koax-Kabels und den Antennenanschluss geschaltet werden, der zweite Antennenanschluss wird dann direkt mit dem Schirm des Kabels verbunden. Der Kondensator sollte die normale Funktion der Antenne nicht behindern, deswegen sollte die Reaktanz Xc des Kondensators bei der niedrigsten Frequenz nicht mehr als ein Ohm betragen:

Rechnerisch ergibt sich ein Wert von ca. 900pF, der absolute Wert ist dabei unkritisch. Gewählt wird 820pF.

Erste Tests

Für einen ersten Test wird die Antenne aus 1.5mm² Kupferdraht aufgebaut. Die Empfangsleistung der Antenne ist bereits ohne Reflektor gut, alle DVB-T Bouquets sind empfangbar. Trotzdem wäre es überlegenswert, jeder Frequenz eine eigene Antenne zuzordnen.

Hinweis: die Polarisation (vertikal/horizontal) kann durch Rotation um 90° geändert werden.

Ein Reflektor

Die Empfangsleistung - und gleichzeitig die Richtwirkung - einer Antenne kann durch Direktoren und Reflektoren weiter verbessert werden. Für den Reflektor bieten sich bei dieser Antenne drei verschiedene Varianten an:

  • eine durchgehende Metallfläche
  • eine weitere geschlossene Bi-Quad mit etwa 3% größerem Umfang
  • mehrere Reflektorstäbe in lambda/4 Abstand

    • Als Reflektor wird die durchgehende Metallfläche gewählt, da bei dieser Variante die Metallfläche die Antenne selbst stützen kann. Als Stützpunkte eignen sich ein Anschluss (derjenige der direkt am Schirm des Kabels angeschlossen ist) sowie in der obersten Abbildung die äußersten Eckpunkte der liegenden Acht. Diese Punkte dürfen problemlos geerdet werden bzw. mit dem Reflektor verbunden sein. Der Reflektor wird etwa eine Achtel Wellenlänge (diesmal ohne Verkürzungsfaktor 0.975 berechnet !) vom Bi-Quad entfernt montiert (Mitte zu Mitte). Die Dimension des Reflektors sollte >= 1*lambda sein.

    Die Antenne mit Reflektor am Spektrumanalysator. Optimal wäre die Erweiterung mit einem Verstärker am Fusspunkt der Antenne, sinnvoll erscheinen etwa 20dB Gain.

    to be continued....

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