Antennen selber bauen METALAB / MetaFunk 1.10.2014 Willi OE1WKL
About OE1WKL Funkamateur seit 1967 Interessiert an QRP, Portablebetrieb, zunehmend auch Selbstbau Editor zweier Flipboard Magazine zum Thema Amateurfunk ( siehe https://flipboard.com/profile/willikraml ) Möchte: CW aufmöbeln und in CW QRV werden War beruflich Information Security Consultant / Information Security Officer, jetzt im Ruhestand AFU-Homepage: http://oe1wkl.kraml.cc
Ziel dieser Vorstellung Euch anzuregen, selber im Bereich Antennenbau zu experimentieren Motto: Antennen bauen statt Antennen kaufen Oft / fast immer billiger Lehrreich Es macht Spaß und bringt Erfolgserlebnisse WARNUNG: Ich bin KEIN Experte
50 ways to leave your lover 4 (?) Arten eine Antenne zu bauen Exakter Nachbau Keine Theorie notwendig Erfolgsgarantie (daher guter Einstieg für Zauderer :-) No risk and just a little bit of fun Nachbau mit kleinen Modifikationen Etwas Theorie schadet nicht Hohe Erfolgswahrscheinlichkeit Nachbau mit signifikanten Modifikationen Ohne Theorie sehr riskant (but: no risk, no fun) Simulation kann sehr hilfreich sein Eigenkonstruktion Ohne Theorie ziemlich chancenlos Simulation hilft ungemein, aber auch Experimentieren macht Spaß Maximales Erfolgserlebnis, wenn's dann in der Praxis auch geht
Projekt 1: sehr portable HF Antenne Eins vorweg: nur große Antennen gehen wirklich gut... sind aber oft nicht wirklich portabel Und kleine Antennen sind besser als keine Antennen... sind aber trotzdem oft teuer
Projekt1: No Wonder Whip (2) Wie funktioniert die Miracle Whip? Wie ist sie aufgebaut? Eine Induktivität mit Abgriff verlängert induktiv den Strahler, und wirkt gleichzeitig als Spar-Trafo zur Impedanzanpassung
Projekt 1: No Wonder Whip (3) Das einzige relevante Bauelement ist eine Induktivität (unbekannter Größenordnung) mit Abgriff (Rollspule) Wie könnte man so etwas realisieren? Idee: Ein Draht-Hochleistungspotentiometer (Rheostat) ist eine Spule aus Widerstandsdraht mit Abgriff... Ist der ohmsche Widerstand ausreichend klein, wirkt im HF Bereich praktisch nur die Spule... Ein 4.7 Ω 10 W Drehwiderstand (gibt s beim Conrad) zeigte gemessene 300 μh Induktivität...
Projekt 1: No Wonder Whip (4)
Projekt 1: No Wonder Whip (5) Zur noch besseren Abstimmbarkeit (nicht unbedingt notwendig) habe ich noch einen Drehko hinzugefügt Weiters Steckbuchsen, um einen Draht anstelle der Teleskopantenne, und ein Gegengewicht anschließen zu können (hilft bei den niedrigeren Frequenzen) Und eine induktive Messbrücke (nach AA5TB), um die Antenne auf 50 Ω abstimmen zu können Dabei wird der Transceiver bei Fehlabstimmung nicht beleidigt
Projekt 1: No Wonder Whip (6)
Projekt 1: No Wonder Whip (7) Ergebnis Messung der Antenne mit 2 verschiedenen Antenna Analyzers (MFJ 259 und Sark 110) ergab: Die No Wonder Whip ist abstimmbar zwischen 10 und 60 Mhz ODX bisher ca 1300 km (auf dem 15m Band)
Was braucht man / muss man können? Abgesehen von den leicht beschaffbaren Teilen: Löten und Gehäusebearbeitung Glück, dass die Induktivität passt :-) Antenna Analyzer ist hilfreich (das gilt für alle Antennenprojekte)
Projekt 2: 2m/70cm Vertikalantenne Ausgangspunkt: Flower Pot Antenne von VK2ZOI Ziel: Betrieb auf 2m und 70 cm Die Antenne sollte portabel sein, und tunlichst in einen Rucksack passen
Projekt 2: 2m/70cm Vertikalantenne (2) Die VK2ZOI Antennen links 2m, rechts dual band
Projekt 2: 2m/70cm Vertikalantenne (3) Wirkungsprinzip: Koaxialantenne nach A. B. Bailey (1937) Koaxialkabel übernimmt gleichzeitig die Rolle der äußeren Hülse (d.h. Innenseite und Außenseite der Abschirmung haben unterschiedliche Aufgaben) Wo die Hülse aufhört (= Ende des Dipols) hört das Kabel allerdings nicht auf aber ein Sperrkreis, gebildet durch das aufgewickelte Kabel, hat denselben Effekt
Vom 2m Dipol zur 2m/70cm 2-Band Antenne Ein Strahler ist nicht nur auf der Grundfrequenz (l = λ/2) resonant, sondern auch auf vielfachen Frequenzen 70cm ist die dreifache Frequenz des 2m-Bands (144-146 MHz): 432-438 Mhz Was passiert, wenn ich die 2m-Antenne auf 70cm betreibe? Antennensimulation kann uns das zeigen (mehr zur Antennensimulation später)
Dipol, erregt mit f0 und 3*f0 Frequency 144.000 MHz Feedpoint(1) Z: (71.886 + i 0.116) I: (0.0139 - i 0.0000) VSWR(Zo=50 Ω): 1.4:1 Antenna is in free space. Directivity: 2.13 db Max gain: 2.13 dbi (azimuth 0 deg.) Front-to-back ratio: 0.00 db Frequency 432.000 MHz Feedpoint(1) Z: (95.209 - i 65.104) I: (0.0072 + i 0.0049) VSWR(Zo=50 Ω): 3.0:1 Antenna is in free space. Directivity: 3.12 db Max gain: 3.09 dbi (azimuth 53 deg.) Front-to-back ratio: 0.00 db
Dipol mit Sleeve Im Modell: parallel zum Strahler, 1 cm Abstand, wird ein weiteres Element angeordnet, mit einem Drittel der Länge des Strahlers (leichte Unsymmetrie) Praktisch: Ein Rohr aus leitendem Material wird (isoliert) über den Strahler geschoben Frequency 144.000 MHz Feedpoint(1) Z: (63.734 - i 1.508) I: (0.0157 + i 0.0004) VSWR(Zo=50 Ω): 1.3:1 Antenna is in free space. Directivity: 2.14 db Max gain: 2.65 dbi (azimuth 0 deg.) Front-to-back ratio: 0.00 db Frequency 432.000 MHz Feedpoint(1) Z: (46.691 + i 0.041) I: (0.0214 - i 0.0000) VSWR(Zo=50 Ω): 1.1:1 Antenna is in free space. Directivity: 5.71 db Max gain: 6.70 dbi (azimuth 0 deg.) Front-to-back ratio: 0.41 db
Projekt 2: 2m/70cm Vertikalantenne (4) Wie wird diese Antenne portabler? Oberster Teil des Strahlers kann durch eine Teleskopantenne ersetzt werden Anntenne kann geteilt (und mit (Koaxial-)Steckern verbunden) werden Oberhalb des Sleeves, oder Unterhalb
Projekt 2: 2m/70cm Vertikalantenne (5) Ich habe bisher 3 portable Varianten gebaut Oberster Teil als Teleskop Antenne ist immer noch mehr als 70 cm lang Geteilt unterhalb des Sleeves, mit N-Stecker als Steckverbinder (max. Länge 62 cm) Geteilt unterhalb des Sleeves (mit BNC Stecker), oberster Teil als Teleskop (max Länge < 50 cm) Challenge: mechanische Stabilität trotz Steckverbinder
Projekt 3: 2m/70cm Richtantenne Auf der Suche nach einer leistungsfähigen 2-Band Antenne work in progress Ziele: klein, leicht, transportierbar, gemeinsame Speisung für beide Bänder, hoher Gewinn, gute Richtcharakteristik Vorhandene Konzepte konnten mich nicht überzeugen: 2 ineinander geschachtelte Yagi Antennen Dual Band Logperiodic von Mike OE3MZC Grundsätzlich gut, aber: Nicht leicht zerlegbar Schlechte Richtcharakteristik auf 70 cm
Projekt 3: 2m/70cm Richtantenne (2) Wir kennen das Problem bereits: starke Nebenkeulen bei Erregung mit 3*f0 Was könnte man dagegen tun? Sleeves für jedes Element?? Ha, ich finde noch eine Möglichkeit, die Richtcharakteristik zu verbessern: Landstorfer und Sacher Optimierung Man sieht schon am Cover, welche Strahlerformen da herauskommen; Ist aber schwierig zu realisieren, daher eine Vereinfachung nach W7AY...
Die W7AY Gull Antenne Geometrie Richtcharakteristik bei f0 (rot) und 3*f0 (grün)
Projekt 3: 2m/70cm Richtantenne (3) Versuch, die Idee einer log periodic mit der Gull Antenne zu verheiraten... Sehr viele Parameter, Optimierung schwierig Derzeitiger Stand: 6 Elemente Fläche: 89 cm breit, 83 cm lang (Vergleich OE3MZC: 106 x 93 = 50% mehr Fläche) Gewinn: 2m: 6 dbd, 70cm: 10 dbd (OE3MZC: 8.5 bzw. 10.9) 70 cm: sehr gut :-) 2m: etwas schmalbandig :-(
Projekt 3: 2m/70cm Richtantenne (4) Frequency 433.000 MHz Z: (55.415 - i 3.290) I: (0.0180 + i 0.0011) VSWR(Zo=50 Ω): 1.1:1 Antenna is in free space. Max gain: 12.08 dbi (azimuth 0 deg.) Front-to-back ratio: 27.41 db Frequency 144.000 MHz Z: (35.172 - i 17.444) I: (0.0228 + i 0.0113) VSWR(Zo=50 Ω): 1.7:1 Frequency 145.000 MHz Z: (48.336 + i 5.401) I: (0.0204 - i 0.0023) VSWR(Zo=50 Ω): 1.1:1 Frequency 146.000 MHz Z: (70.403 - i 23.664) I: (0.0128 + i 0.0043) VSWR(Zo=50 Ω): 1.7:1 Antenna is in free space. Max gain: 7.97 dbi (azimuth 0 deg.) Front-to-back ratio: 17.26 db
Projekt 3: 2m/70cm Richtantenne (5) Überlegungen zur mechanischen Konstruktion Berechnung ist mit sehr dünnen Elementen Elemente aus flexibler Kupferlitze (Entlötlitze) Als Boom könnte ein Fliegengitter aus Kunststoff dienen, aufgespreizt mit Fiberglasspreizern (Drachenbau) Elemente aus Kupferlitze aufgeklebt Isolierte flexible Zweidrahtleitung als ausgekreuzte Speiseleitung zwischen den Elementen Damit wäre die Antenne sehr leicht und klein zusammen zu falten 4 Spreizer, jeweils ca 65 cm lang, wären die längsten Teile
Antennensimulation Ursprünglich ein Fortranprogramm mit Eingabe in Form von Lochkarten In cocoanec 3 verschiedenartige Eingabemöglichkeiten: - altes Lochkarten -Format - als Spreadsheet - als Programmiersprache, ähnliche Syntax wie C ( NC ) - ermöglicht Variablen, Berechnungen, Subroutinen etc. Elemente werden von NEC in kleine Stücke aufgeteilt, und die Ströme berechnet daraus wird dann das elektromagnetische Feld etc. berechnet. Die neueste Version von NEC ist V. 4 lizenzpflichtig und sehr teuer Dafür etwas präziser, vor allem bei Grenzfällen.
CocoaNEC Beispiel: Dipol CM dipole 2014-10-01 10:28 CE ---------GW 1 21 0.000000-0.49896 1.000000 0.000000 0.498958 1.000000 8.14E-04 GE 0 FR 0 1 0 0 144.0000 0.000000 EX 0 1 11 1 1.000000 0.000000 XQ RP 0 1 360 1000 70.000 0.000 0.000 1.000 5.000E+03 RP 0 360 1 1000-90.000 0.000 1.000 0.000 5.000E+03 RP 0 91 120 1001 0.000 0.000 2.000 3.000 5.000E+03 XQ EN -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------model ( "dipole" ) { real height, length, f, v, lambda; element driven ; f = 144; v =.958; lambda = 300 / f * v; } height = 1.0 ; length = lambda / 4 ; driven = wire( 0, -length, height, 0, length, height, #14, 21 ) ; voltagefeed( driven, 1.0, 0.0 ) ; setfrequency (f); freespace();
CocoaNEC Summary Output / Smith Chart
Discussion & The End Download dieser Präsentation: http://oe1wkl.kraml.cc/metafunk_01102014.pdf Weitere Links: AA5TB Antennenkoppler und Messbrücke: http://www.aa5tb.com/coupler.html Eine etwas aufwendigere Selbstbau-Konstruktion a la Miracle Whip: http://der-bastelbunker.blogspot.co.at/2011/10/miracle-whip-antenne-fur-weniger-als-20.html VK2ZOI Antennen: http://vk2zoi.com/flower-pots/ Dual Band Log-Periodic von OE3MZC: http://www.adl303.oevsv.at/technikecke/dlogpant/ cocoanec: http://www.w7ay.net/site/applications/cocoanec/ Nochmals Werbung :-) Flipboard Magazine zum Thema Amateurfunk ( siehe https://flipboard.com/profile/willikraml )