Antennen selber bauen

Antennen selber bauen
METALAB
/ MetaFunk 1.10.2014
Willi OE1WKL
About OE1WKL
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Funkamateur seit 1967
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Interessiert an QRP, Portablebetrieb, zunehmend auch Selbstbau
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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
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Euch anzuregen, selber im Bereich Antennenbau
zu experimentieren
Motto: Antennen bauen statt Antennen kaufen
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Oft / fast immer billiger
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Lehrreich
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Es macht Spaß und bringt Erfolgserlebnisse!
WARNUNG: Ich bin KEIN Experte!
50 ways to leave your lover
4 (?) Arten eine Antenne zu bauen
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Exakter Nachbau
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Keine Theorie notwendig
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Erfolgsgarantie (daher guter Einstieg für Zauderer :-)
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No risk and just a little bit of fun
Nachbau mit kleinen Modifikationen
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Etwas Theorie schadet nicht
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Hohe Erfolgswahrscheinlichkeit
Nachbau mit signifikanten Modifikationen
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Ohne Theorie sehr riskant (but: no risk, no fun!)
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Simulation kann sehr hilfreich sein
Eigenkonstruktion
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Ohne Theorie ziemlich chancenlos
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Simulation hilft ungemein, aber auch Experimentieren macht Spaß
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Maximales Erfolgserlebnis, wenn's dann in der Praxis auch geht
Projekt 1: sehr portable HF
Antenne
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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)
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Wie funktioniert die Miracle Whip? Wie ist sie aufgebaut?
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Eine Induktivität mit Abgriff verlängert induktiv den Strahler, und
wirkt gleichzeitig als „Spar-Trafo“ zur Impedanzanpassung
Projekt 1: No Wonder Whip (3)
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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)
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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
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Dabei wird der Transceiver bei Fehlabstimmung nicht „beleidigt“
Projekt 1: No Wonder Whip (6)
Projekt 1: No Wonder Whip (7)
Ergebnis
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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?
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Abgesehen von den leicht beschaffbaren
Teilen:
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Löten und Gehäusebearbeitung
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Glück, dass die Induktivität passt :-)
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Antenna Analyzer ist hilfreich (das gilt für alle
Antennenprojekte)
Projekt 2: 2m/70cm Vertikalantenne
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Ausgangspunkt: „Flower Pot Antenne“ von
VK2ZOI
Ziel:
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Betrieb auf 2m und 70 cm
Die Antenne sollte portabel sein, und
tunlichst in einen Rucksack passen
Projekt 2: 2m/70cm Vertikalantenne (2)
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Die VK2ZOI Antennen
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links 2m, rechts dual band
Projekt 2: 2m/70cm Vertikalantenne (3)
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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
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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?
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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“
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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)
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Wie wird diese Antenne „portabler“?
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Oberster Teil des Strahlers kann durch eine
Teleskopantenne ersetzt werden
Anntenne kann geteilt (und mit
(Koaxial-)Steckern verbunden) werden
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Oberhalb des Sleeves, oder
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Unterhalb
Projekt 2: 2m/70cm Vertikalantenne (5)
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Ich habe bisher 3 portable
Varianten gebaut
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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
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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:
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2 ineinander geschachtelte Yagi Antennen
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Dual Band Logperiodic von Mike OE3MZC
Grundsätzlich gut, aber:
Nicht leicht zerlegbar
Schlechte Richtcharakteristik auf 70 cm
Projekt 3: 2m/70cm Richtantenne (2)
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Wir kennen das Problem bereits: starke Nebenkeulen bei
Erregung mit 3*f0
Was könnte man dagegen tun?
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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)
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Versuch, die Idee einer log periodic mit der Gull Antenne zu
verheiraten....
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Sehr viele Parameter, Optimierung schwierig
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Derzeitiger Stand: 6 Elemente
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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)
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70 cm: sehr gut :-)
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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)
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Überlegungen zur mechanischen Konstruktion
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Berechnung ist mit sehr dünnen Elementen
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Elemente aus flexibler Kupferlitze (Entlötlitze!)
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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
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Damit wäre die Antenne sehr leicht und klein zusammen zu falten
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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
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Download dieser Präsentation: http://oe1wkl.kraml.cc/metafunk_01102014.pdf
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Weitere Links:
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AA5TB Antennenkoppler und Messbrücke: http://www.aa5tb.com/coupler.html
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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
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VK2ZOI Antennen: http://vk2zoi.com/flower-pots/
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Dual Band Log-Periodic von OE3MZC: http://www.adl303.oevsv.at/technikecke/dlogpant/
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cocoaNEC: http://www.w7ay.net/site/Applications/cocoaNEC/
Nochmals Werbung :-)
Flipboard Magazine zum Thema Amateurfunk
( siehe https://flipboard.com/profile/willikraml )