Über kurz oder lang muß ich, wie schon beschrieben, meine Kurzwellenantenne verbessern. Aus baulichen Gründen scheint mir immer noch eine endgespeiste Antenne am besten geeignet. Weil ich die existierende Antenne für weitere Versuche nicht außer Betrieb nehmen will, habe ich einen zweiten 20 m langen Antennendraht gespannt. Er ist am selben Antennenmast befestigt, führt aber zum anderen Ende des Balkons, so daß beide Antennendrähte einen Winkel von gut 10° zueinander bilden. Eine gegenseitige Beeinflussung ist also anzunehmen.
Impedanzmessung
Das folgende Bild zeigt das Ergebnis der Impedanzmessung zwischen 1 MHz und 35 MHz.
Falls jemand selbst mit den Meßwerten experimentieren möchte: hier sind die zugehörigen s1p-Files (für 1–35 MHz und für Spaß auch noch die für 45–55 MHz und 65–75 MHz).
Man sieht deutlich die Resonanzen bei ungeradzahligen Vielfachen von λ/4, insbesondere bei 3,5 MHz (1*λ/4) und 18,4 MHz (5*λ/4). 3*λ/4 bei 11,5 MHz und 7*λ/4 bei 25,3 MHz sind auch erkennbar. Die Vielfachen von λ/2 liegen jeweils im hochohmigen Bereich und sie sind bei 6,6 MHz, 13,5 MHz, 20,8 MHz und 28,1 MHz zu erkennen. Die Frequenzen liegen jeweils noch etwas unterhalb der Amateurbänder, das lasse ich aber erstmal so. Abgeschnitten ist schnell…
Als Gegengewicht wird im gezeigten Fall eine 10,50 m lange isolierte Kupferlitze mit 2,5 mm² Querschnitt verwendet, die vom 6 m hohen Balkon schräg nach unten führt. Ich habe verschieden lange Drähte ausprobiert, auch einen direkten Anschluß über wenige Zentimeter an den geerdeten Antennenmast. Wie erwartet verschiebt sich die Impedanz bei jedem Versuch etwas, aber es ändert sich nichts grundlegend. Wie ich letztlich das Gegengewicht verdrahte, ist im Moment noch nicht entschieden.
Als Crux hat sich bei der bisherigen Antenne die Antennenankopplung erwiesen, die im Grunde nur aus einem Ringkerntrafo besteht, der die 50 Ω Senderimpedanz an die Antennenimpedanz von einigen kΩ anpasst. Es gelingt mir leider nicht, einen Übertrager zu bauen, der für mehrere harmonische Bänder mit vertretbarem Stehwellenverhältnis (SWR < 3) funktioniert. Außerdem wird bei den höherfrequenten 15- und 10-m-Bändern schon bei 100 Watt Ausgangsleistung der Ringkern so heiß, daß das Stehwellenverhältnis nach kurzer Zeit schlagartig aus dem Ruder läuft. Wer hauptsächlich SSB oder CW macht und vielleicht noch größere und teurere Ringkerne einsetzt, mag andere Erfahrungen machen. Digitale Betriebsarten wie z.B. FT8, insbesondere aber auch SSTV oder RTTY mit ihren längeren Durchgängen, setzen Dauerbelastbarkeit voraus. Auf Ferrite soll daher bei der neuen Antennenkopplung komplett verzichtet und der zukünftige Tuner soll stattdessen mit selbstgewickelten Luftkernspulen aufgebaut werden.
Antennenanpassung
Da alle Impedanzen über 50Ω liegen, kann dieselbe LC-Topologie für alle Bänder benutzt werden. Universell verwendbare Antennentuner müssen das LC-Glied in ein CL-Glied umschalten können, damit auch andere Aufwärtstransformationen möglich sind. Hier ein Beispiel für die Anpassung auf dem 15-m-Band:
Ein kleines Board mit Testklemmen aus der Elektroinstallation dient zum Ausprobieren verschiedener Anpassungen. Das Foto zeigt eine Luftkernspule und einen Keramikkondensator, die eine hinreichende Anpassung (SWR < 3) auf 15‑m und 17‑m erreichen.
Die Spule ist aus blankem Kupferdraht (1,5 mm Querschnitt, abisolierte Mantelleitung) gewickelt und zeigt nach einigen Regentagen erste Korrosion. Gefräste Spreizer aus PVC sorgen für hinreichende Formstabilität und gut reproduzierbare Induktivität. Dauerbetrieb mit 100 Watt ist überhaupt kein Problem, nichts wird auch nur handwarm. Dieses Testboard ist ein Proof-of-concept, es zeigt, daß ein Tuner dieser Bauart zumindest bis 100 Watt funktionieren wird.
Das Durchspielen der Anpassungen für verschiedene Amateurfunkbänder ergibt folgende notwendigen Werte für die Kondensatoren und Spulen:
Dimensionierung des LC-Anpassnetzwerks| Band | mittlere Frequenz | Anpassung C [pF] | Anpassung L [nH] |
|---|---|---|---|
| 160 m | 1,905 | 121 | 30.000 |
| 80 m | 3,650 | 535 | 2.900 |
| 60 m | 5,359 | 153 | 7.315 |
| 40 m | 7,100 | 43 | 8.749 |
| 30 m | 10,125 | 89 | 2.322 |
| 20 m | 14,175 | 28 | 3.588 |
| 17 m | 18,118 | 53 | 640 |
| 15 m | 21,225 | 23 | 2.020 |
| 12 m | 24,940 | 46 | 608 |
| 10 m | 28,850 | 16 | 1.461 |
| 6 m | 50,515 | 11 | 720 |
| 4 m | 70,250 | 14 | 214 |
Aus der Tabelle sieht man, daß mit realistischer Dimensionierung alle Bänder von 80 m bis 10 m angepasst werden können. Beim 6- und 4‑m-Band wird es eng, weil die Mindestkapazität der Kondensatoren 15 pF kaum unterschreiten wird, beim 160-m-Band dürfte die notwendige Induktivität zu hoch sein. Letztlich kann bei hohen Frequenzbändern auch die Selbstresonanzfrequenz einer Spule oder des gesamten Aufbaus erreicht oder überschritten werden. Nun gut, man wird sehen. Es reicht ja, wenn die Anpassung in die Nähe von 50 Ω kommt, so daß der eingebaute Antennentuner den Rest übernehmen kann. Ob die Effizienz der Antenne insbesondere auf den nicht-resonanten Bändern für einen passablen Betrieb ausreicht, steht auf einem anderen Blatt, hier geht es nur um die Anpassung.
Als nächstes Projekt steht nun der Bau eines schaltbaren Antennentuners für diese Antenne an. Die notwendigen Induktivitäten und Kapazitäten ergeben sich aus der oben gezeigten Tabelle. In Kürze geht’s hier weiter…