Bau einer kolinear-Antenne für ADS-B-Empfang

Zivile Flugzeuge senden ein Signal: Automatic Dependent Surveillance ADS-B. Dies ist ein System der Flugsicherung zur Anzeige der Flugbewegungen im Luftraum.

Die Luftfahrzeuge bestimmen selbständig ihre Position, z.B. via GPS. Die Position und andere Flugdaten, wie Flugnummer, Flugzeugtyp, Zeitsignal, Geschwindigkeit, Flughöhe und geplante Flugrichtung werden kontinuierlich – typischerweise einmal pro Sekunde – ungerichtet auf 1090 MHz abgestrahlt.

Diese Anleitung beschreibt den Bau eines Rundstrahlers (Der hier als Empfangsantenne eingesetzt wird) mit Antennengewinn - also besseren Empfangseigenschaften als bei einem einfachen Dipol.

Mit einem DVB-T-Stick gibt es dann die Möglichkeit diese Sendesignale zu empfangen und via SDR (Software-Defined-Radio) anzuzeigen. Software: 1, 2, 3, 4.

Materialien

  • Koaxialkabel (SAT-Empfang überbleibsel) bspw. Typ: "Koaxkabel KTH 94" Länge: ~2 m
  • Installationrohr (80ct aus dem Baumarkt) Länge: 2 m
  • Heißklebepistole plus Schmelzkleber
  • Geeignete Anschlussbuchse, hier Koaxial-Stecker plus evtl. Adapter
  • DVB-T-Dongle mit RTL2838U-Chip entsprechendem Tuner wie E4000, FC0012, FC0013 oder R820T
  • PC/Laptop

Aufbau

Eine gerade Anzahl von Koaxialkabel-Stücken, also 4,6 oder 8, wird senkrecht übereinander gestapelt, und bildet die Antenne. Ich habe acht verwendet. Mehr Elemente erhöhen den Gewinn, verringern aber auch den vertikalen Öffnungswinkel der Antenne. Die Länge der Stücke beträgt lambda/2 - die Hälfte der Wellenlänge bei der benutzten Empfangsfrequenz.

An den Verbindungsstellen werden die Koax-Stücke überaschenderweise verpolt verbunden: Also Mantel an Seele,und Seele an Mantel.

Am unteren Ende wird die Speiseleitung ebenso verpolt mit dem ersten Koax-Stück verbunden. Am oberen Ende wird das Koax-Kabel stumpf abgeschnitten und bleibt offen.

Arbeitsschritte

  1. Skizzen schaden nie: Worum es gehen soll

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  1. Ein wenig Mathematik zum Einstieg. Die Wellenlänge [lambda] ist gleich Lichtgeschwindigkeit c durch Frequenz f (hier 1090 MHz). Die reale Länge L unserer Koax-Stücke ist noch um einen Verkürzungsfaktor kleiner (Der Faktor steht in der Kabelspezifikation des Koax-Kabels, bei mir 0.8). So erhielt ich eine Länge von etwa L=110 mm pro Koax-Stück.

  2. Herstellen der Koax-Stücke: Vom Koaxkabel Stücke von der Länge L aus Schritt zwei abschneiden, mit einer Zugabe von etwa 4 cm, denn die Seele soll unter dem Mantel auf jeder seite etwa 2 cm herausschauen, wobei der unbeschädigte Mantel eine Länge von L haben sollte. Also acht Stücke zu 15 cm abschneiden.

  3. Abisolieren der Seele: Auf jeder Seite der zugeschnittenen Stücke etwa 2 cm lang alles bis auf den Leiter der Seele entfernen, also äußere Schutzhülle, dann Mantel und Dielektrikum abschneiden, so dass ~2 cm der Seele auf beiden Seiten steht.

Entscheidend ist die Länge des Mantel-Drahtgeflechtes, also bei uns die 11 cm.

  1. Herstellung der Verbindung zwischen Seelen und Mantel der benachbarten Glieder: Zuerst ein Stück Isolierband auf die erste Seele aufspießen, dann auch mit der Seele des benachbarten Gliedes aufspießen:

Dies sorgt für eine Isolierung zwischen den Manteln der benachbarten Glieder. Dann derart die beiden Glieder ineinander schieben, dass die Seele des linken Gliedes Kontakt mit dem Mantel des rechten Gliedes hat und umgekehrt:

(Es ist hilfreich nach jedem Wiederholen dieses Schrittes mit einem Multimeter den Widerstand zwischen Seele und Mantel zu messen - hier darf keine niederohmige Verbindung bestehen)

  1. Großzügiges fixieren der benachbarten Glieder durch Verwendung von einer guten Menge Klebeband

  2. Wiederholung bis alle acht Abschnitte (oder so viele man eben möchte) verbunden sind, das unterste und das oberste Glied haben dabei allerdings nur ein benachbartes Glied, während alle anderen genau zwei benachbarte Glieder besitzen.

  3. Vom restlichen Kabel die Zuleitung zum Empfänger abschneiden. Anmerkung: Ohne Verwendung eines Verstärkers die Speiseleitung so kurz wie möglich halten, denn eine längere Speiseleitung führt zu erhöhter Dämpfung des empfangen Signals => die Empfangsqualität leidet.

  4. Nach dem gleichen Prinzip wie oben nun die Speiseleitung mit dem untersten Glied verbinden und fixieren. (Auch hier ist die Überprüfung mit einem Multimeter zielführend)

  5. Am oberen Glied kann nun die überstehende Seele entfernt werden, da sie nicht benötigt wird. Das obere Ende sollte mit Isolierband vor einer unerwünschten elektrischen Verbindung zwischen Mantel und Seele geschützt werden.

  6. Am freien Ende der Speiseleitung kann nun die Buchse angebracht werden.

  7. Theoretisch und praktisch ist nun ein erster Test der Antenne möglich.

  8. Kürzen des Installationsrohres auf die Länge der Antenne, so dass alle Glieder und ein Stück der Speiseleitung im Rohr enthalten bleiben können.

  9. Die Antenne kann durch Verwendung von Heißkleber nun im Rohr fixiert werden.

  10. Nach belieben kann die obere und die untere Öffnung der Antenne nun mit Klebeband noch mal geschützt werden. Am besten macht man oben auf das Installationsrohr eine passende Abdeckkappe, gibt es ebenfalls im Baumarkt. Wenn die Antenne draußen montiert wird, muß diese Abdeckung oben absolut dicht sein - dringt Wasser in die Antenne ein, wird der Empfang sofort extrem schlecht.

Mögliche Verfeinerungen

  • Erweitern um eine Erdung zum Schutz vor Blitzschlag
  • Zur besseren Kontaktherstellung der Glieder untereinander können die entsprechenden Mäntel mit den zugehörigen Seelen verlötet werden

  • Mit einem Verstärker, der entsprechend für 1090 MHz ausgelegt ist, kann noch mehr aus dem Signal geholt werden.
  • variation der Anzahl der verbauten Glieder (Anmerkung: es muss jedoch eine gerade Anzahl an Gliedern sein)

Zu beachten:

  • Technisch und geologisch bedingt können aufgrund der Erdkrümmung Transpondersignale nur knapp in einem Radius von bis zu 450km um den Antennenstandort empfangen werden.