ϕ = 3dB Öffnungswinkel im H-Feld

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Holger Schuler
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1 Selbstbauantennen fü VHF-, UHF-, SHF Votag on DL9NAM bei B11 am Mit diesem Beitag soll gezeigt weden, daß mit egleichsweise einfachen Mitteln, die jedem Amateu zu Vefügung stehen, bauchbae Antennen fü die VHF-, UHF-, SHF Bände, speziell fü den potablen Einsatz, gebaut weden können. [1] Antennengewinn De Gewinn eine Antenne egibt sich aus deen Wikfläche, die om Öffnungswinkel abhängt und kann gegenübe dem isotopen Stahle (d.h. eine idealisieten Antenne mit einem kugelfömigen Stahlungsdiagam) beechnet weden: mit A = Wikfläche und ϕ = 3dB Öffnungswinkel im H-Feld ϑ = 3dB Öffnungswinkel im E-Feld. g 1 4π A = = 2 ϑ ϕ Oft wid als Refeenz de (idealisiete) gesteckte Dipol zu Gewinnangabe ewendet. Dessen Wikfläche ist jedoch göße als die des isotopen Stahles, so daß gilt: Ad = 1.64 Ai 2. 15dB Das bedeutet, daß Gewinnangaben, die sich auf den isotopen Stahle beziehen um 2.15 db göße sind als gegenübe dem gesteckten Dipol. Man sollte das beim Vegleich on Gewinnangaben beücksichtigen. Symmetiewandlung und Impedanztansfomation Die Anschlussimpedanz eines Schleifendipols ist in de Regel symmetisch und liegt bei 240 bis 300 Ohm. Das efodet eine Umsymmetieung bzw. auch eine Impedanztansfomation. Ein gesteckte (offene) Dipol ist zumeist niedeohmige (50 bis 70 Ohm) und efodet oft nu einen Symmetiewandle: Bild 1: 1:1 Symmetiewandle Bild 2: 4:1 Symmetiewandle

2 De Symmetiewandle nach Bild 1 (gelegentlich auch als EMI-Schleife bezeichnet) ist einfach zu ealisieen. De Innenleite des Speisekabels wid mit einem Anschluß de Antenne ebunden und de Außenleite am andeen. Ein L langes Stück des gleichen Kabeltyps, wid mit seinem Außenleite (de Innenleite wid nicht benötigt) wie im Bild gezeigt mit dem Antennenanschluß ebunden, an dem de Innenleite des Speisekabels liegt. Dessen andees Ende ebindet man im Abstand L om Antennenfußpunkt mit dem Außenleite des Speisekabels. De Abstand beide Kabel sollte ca. 2-4 cm betagen. Die Umwegleitung nach Bild 2 emöglicht neben de Symmetieung noch eine 4:1 Tansfomation. Sie eignet sich dahe besondes fü Antennen mit Schleifendipolen, die in de Regel Impedanzen on 240 bis 300 Ohm besitzen. Sie besteht aus einem Koaxialkabel de Länge L = V mit de 2 Impedanz de Speiseleitung und wid wie im Bild gezeigt mit den Anschlüssen des Dipols eschaltet. Antennenstockung u Steigeung des Gewinns weden oft mehee, gleiche Antennen zu Guppen zusammengeschaltet. Dabei ist es entscheidend, daß de fü maximalen Gewinn optimale Stockungsabstand, de sich nach dem Gewinn de Einzelantenne ichtet, eingehalten wid. Dieses wid eeicht, wenn sich die Wikflächen de einzelnen Antennen geade beühen (sie wuden im Bild als elliptisch angenommen). Bild 3: Stockung on Antennen Sind die 3dB Öffnungswinkel bekannt, so wid das eeicht, wenn B H A ϕ = π ϑ 2π ϑ de Stockungsabstand in Richtung des H-Feldes, und B E A ϑ = π ϕ 2π ϕ de Stockungsabstand in Richtung des E-Feldes ist. Die Tansfomationsleitung Neben dem Poblem, den optimalen Stockungsabstand zu emitteln, stellt sich noch die Fage, wie die einzelnen Antennen miteinande und mit de Speiseleitung ebunden weden. Dabei ist zu beachten, ϑ ϕ

3 daß alle Antennen phasengleich gespeist weden müssen. Dieses eeicht man, wenn man om gemeinsamen Speisepunkt jede Antenne mit exakt gleiche Kabellänge anschließt. unächst symmetiet man jede Antenne, falls efodelich und tansfomiet ggf. deen Impedanz wie oben beschieben. Im Beispiel 1 sollen zwei Antennen mit je 50 Ohm Fußpunktwidestand zusammengeschaltet weden. Wüden sie mittels (gleich lange) Kabel on 50 Ohm ebunden weden, egäben sich 25 Ohm, wofü es kein Speisekabel gibt und was auch nicht zu gefodeten Impedanz des Sendes paßt. Hie kommt jetzt die Tansfomationsleitung zum Einsatz. Fü ein Kabel de Länge gilt Bild 4: Tansfomationsleitung 1 L = k V 4 mit k =1, 3, 5,... L = 0 A Die Impedanz jede Antenne soll jetzt auf 100 Ohm tansfomiet weden, so daß sich nach dem usammenschalten wiede 50 Ohm egeben. Bild 5 zeigt die dazu efodeliche Anodnung: Bild 5: Tansfomationssystem fü 2 Antennen Fü die beiden Tansfomationsleitungen eechnet man dann mit obige Gleichung: L = = Ω

4 Das Beispiel 2 in Bild 6 zeigt die usammenschaltung fü 4 Antennen. Jede habe einen Fußpunktwidestand on 50 Ohm und die Kombination soll mit einem 50 Ohm Koaxialkabel gespeist weden. Auch hie soll sich am Anschluß des Speisekabels duch usammenschalten zweie Teilsysteme mit je 100 Ohm die gewünschte Impedanz egeben. Bild 6: Tansfomationssystem fü 4 Antennen Die Koaxialkabel a, b, c, d haben exakt gleiche Länge und den Wellenwidestand entspechend de Antennenimpedanz. An den jeweiligen Vebindungspunkten egibt sich dann eine Impedanz on 50/2 = 25 Ohm. Sie soll jetzt auf 100 Ohm tansfomiet weden. De Wellenwidestand de Tansfomationsleitungen egibt sich dann zu L 0 A 50 = = 2 50 = 50Ω 2 2 Diese Anpassung kann dahe mit handelsüblichen 50 Ohm Koaxialkabeln ausgefüht weden. De Veküzungsfakto V handelsübliche Koaxialkabel betägt ca Reflexionsmessung Nach dem Bau eine Antenne sollte deen Fußpunktwidestand gemessen weden. Da e in de Regel komplex ist, ist eine genaue Messung ohne gößeen Aufwand nicht möglich. Dennoch kann man sich Bild 7: Reflexionsmeßbücke

5 mit egleichsweise geingen Mitteln ein echt bauchbaes Messgeät zu Messung des Betages des Reflexionsfaktos aufbauen. Das Pinzipschaltbild zeigt Bild 7. Es weden zwei identische Tansfomationen auf einem geeigneten Doppellochken aufgebaut und wie im Bild gezeigt eschaltet. Bei sogfältigem Aufbau eignet sich das Geät fü höhee Fequenzen bis 450 MHz und mittlee Leistungen bis >10 W. De Sende wid an A und de Vebauche (Antenne) an B angeschlossen. Die Anschlüsse C und D weden mit Nennimpedanz (eell) abgeschlossen und an C die um die Auskoppeldämpfung eduziete Volaufleistung sowie an D die entspechend eduziete Rücklaufleistung gemessen. Die Auskoppeldämpfung (in db) egibt sich aus dem Windungsehältnis zu n a = 20 log n wobei n 1 die Windungszahl on A - B bzw. C - D und n 2 die zwischen B - Ede und D - Ede ist. Nachfolgende Tabelle zeigt die Windungsehältnisse fü ausgewählte Auskoppeldämpfungen: 2 1 a [db] n2/n Nachdem de Richtkopple aufgebaut wude, sollte e zunächst auf seine Eigenschaften untesucht weden. Dazu ebindet man ihn mit einem Sende geeignete Fequenz (an Anschluß A) und schließt ihn an B mit einem guten Lastwidestand (Dummy Load) ab. Am Anschluß C (mit Nennimpedanz abgeschlossen) sollte die um die Auskoppeldämpfung a eduziete Volaufleistung messba sein. Am Anschluß D (auch mit Nennimpedanz abgeschlossen) sollte nichts zu messen sein (ode wenn ja, dann mindestens 30 db wenige als an C - setzt alledings ein seh gutes Dummy Load oaus). Danach wid de Abschlusswidestand entfent (Leelauf - Vosicht, Vehalten des Sendes bei Leelauf beachten. Ggf. nu mit geinge Leistung messen). Jetzt muß an C und D die gleiche Leistung zu messen sein. Man sollte diese Messungen fü alle Fequenzbeeiche, in denen man den Richtkopple einsetzen will, wiedeholen. Die Auskoppeldämpfung ist im Gegensatz zu Richtkopplen auf Leitungsbasis (Koaxial ode Steifenleitung) fequenzunabhängig. Im paktischen Betieb weden folgende Messungen duchgefüht: p = Volaufleistung an C p = Rücklaufleistung an D De Reflexionsfakto beechnet sich dann aus ode in db a p p = = p = 10 log p u u u = 20 log u

6 De Reflexionsfakto kann auch aus de Nennimpedanz L und de Lastimpedanz A beechnet weden: = A A + L L Beim Amateufunk wid häufig anstelle des Reflexionsfaktos die Welligkeit s angegeben (Stehwellenehältnis): 1 + s = 1 [1] Antennengundlagen und Bilde 1 und 2 aus "Antennenbuch" on Kal Rothammel, DM2ABK, 1978 Fankh'sche Velagsanstalt, W. Kelle & Co., Stuttgat

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