Sommerzeit ist Antennenbauzeit. Jetzt müssen die Außenarbeiten stattfinden, damit man im Winter möglichst nicht aus dem Haus muß. Programmierarbeiten und der warme Lötkolben müssen warten, bis die Tage wieder kürzer werden und die Temperaturen fallen.
Meine endgespeiste Drahtantenne war von Anfang an ein Provisorium, das eigentlich nur als Proof-of-Concept gedacht war. Solche Provisorien halten bekanntlich lange, aber wenn der Mast dann durch Witterungseinflüsse irgendwann windschief wird, ist es Zeit für Verbesserungen. Von einem 20 m langen Draht kann mancher Stadtbewohner im Mietshaus nur träumen, dennoch ist er für die unteren Kurzwellenbänder zu kurz. 40 m Gesamtlänge, wie sie für das 80-m-Band benötigt werden, wären bei mir gerade so machbar, würden allerdings den Zorn der Ehefrau wecken, denn der freie Blick auf den Donnersberg würde doch arg verschandelt.
Es muß daher im Prinzip bei den 20 m bleiben, ein paar Meter mehr wären wohl ein möglicher Kompromiß. Daher plane ich, einen Faltdipol zu bauen, also einen Draht vom Balkon zum Mast, dann eine gewisse Strecke am Mast abwärts und wieder zurück zum Balkon. Damit die bisherige endgespeiste Antenne einem mittig gespeisten Dipol mit niedrigerem Strahlungswiderstand etwas näher kommt, soll auf der entgegengesetzten Seite ein ähnlich gestalteter Strahler aufgebaut werden, allerdings reicht es dort mal gerade für fünf bis acht Meter. Das ist aber immer noch besser, als der jetzige Pigtail von etwa 2m Länge.
Ein kleiner Anfang
Um zu sehen, ob das Projekt überhaupt prinzipiell funktionieren kann, soll ein ähnlicher Faltdipol mit kleineren Abmessungen gebaut werden. Die folgende Zeichnung zeigt den prinzipiellen Aufbau.
Der Dipol soll also symmetrisch sein und mittig gespeist werden. Die Gesamtlänge jedes Arms teilt sich in die Strecken Lu/2, Lv und Lo auf. Bei der Aufteilung der Strecken gibt es in meinem Fall einige Randbedingungen einzuhalten:
- Die Längen Lu/2 + Lv + Lo definieren, wie zu erwarten, die Resonanzfrequenz.
- Da der Dipol komplett auf den Balkon passen soll, darf die Länge Lu nicht größer als etwa 4,60 m sein.
- Damit die ganze Konstruktion handlich und stabil bleibt, soll Lv etwa 25 cm lang sein.
- Durch Simulationen mit 4nec2 findet man empirisch, daß das Verhältnis Lo/Lu den Realteil des Fußpunktwiderstandes definiert. Qualitativ: je kleiner Lo/Lu wird, desto größer wird der reelle Fußpunktwiderstand. Bei praktikablen Längen variiert er zwischen etwa 35 und 60 Ω.
Der bei der bisherigen Drahtantenne verwendete Stahldraht (eigentlich ein Weidezaundraht) ist zwar preisgünstig, aber für Antennen natürlich suboptimal. Er ist relativ dünn und sein ohmscher Widerstand ist zu hoch, um eine effiziente Antenne zu bauen. Daher habe ich nun ein paar Euro mehr investiert und insgesamt 100 m hochwertige Antennenlitze besorgt. Sie besteht aus verzinnten Kupferadern und hat zur besseren Längenstabilität einen Kevlar Kern. Hier die technischen Daten:
1 x 0,4 mm Kevlar Kern 24 x 0,25 mm verzinntes Kupfer Kupferabschnitt: 1,2 mm2 Gewicht: 14 Gramm pro Meter UV-beständige schwarze PE-Isolierung Gesamtdurchmesser +/-2,5 mm Zugkraft ca. 50kg
Experimentell wurde ein Verkürzungsfaktor von 0,89 bestimmt. Der ist leider nicht in der Spezifikation zu finden. Mit diesen Daten kann man nun vernünftige 4nec2-Simulationen durchführen.
Wegen der oben genannten Randbedingungen bietet sich eine Konstruktion für das 17-m-Band oder das 15-m-Band an. Zunächst war der tatsächliche Verkürzungsfaktor unbekannt und so wurde der Dipol mit der baulich maximal möglichen Dimensionierung aufgebaut: Lu=4,60 m, Lv=0,25 m und Lo=2 m. Das sollte bei einem maximal möglichen Verkürzungsfaktor von 1,0 für das 15-m-Band reichen. Tatsächlich war der Dipol auf etwa 16,4 MHz resonant, woraus sich dann der genannte Verkürzungsfaktor von etwa 0,89 errechnete. Durch Kürzen der Lo-Schenkel auf 1,59 m wurde dann eine Resonanz knapp unterhalb des 17-m-Bandes bei etwa 17,9 MHz erreicht. Das wäre durch weiteres Kürzen leicht zu verbessern, aber letztlich ist das Ziel doch das 15-m-Band. Abgezwackt ist schnell, daher hier zunächst mal die Gegenüberstellung der Simulation mit der tatsächlichen Messung:
Der Dipol ist bei knapp 18 MHz resonant und das Stehwellenverhältnis liegt bei etwa 1,3.
Das Smith-Diagramm zeigt bei Resonanz eine reelle Impedanz von etwa 38 Ω. Der schwarze Kreis zeigt die Punkte mit einem Stehwellenverhältnis von 3. Alle Impedanzen innerhalb dieses Kreises können vom eingebauten Antennentuner des IC7300 angepasst werden.
Das Richtdiagramm zeigt die zu erwartende Charakteristik. Bei der Aufhängung im konkreten Fall in Richtung Südost-Nordwest dürfte also eine bevorzugte Strahlungsrichtung nach Südamerika und Russland/Japan zu erwarten sein. Australien und Nordamerika dürften eher schwierig werden.
Die tatsächliche Messung mit dem DG8SAQ Netzwerkanalysator liegt erstaunlich nahe an der Simulation. Das liegt einerseits natürlich an dem Verkürzungsfaktor, der aus der Messung im Vergleich zur Simulation so errechnet wurde, daß die simulierte Resonanzfrequenz mit der tatsächlichen übereinstimmt. Darüberhinaus liegt aber auch der gemessene reelle Fußpunktwiderstand bei genau den simulierten 38 Ω. Die blauen Kreise sind die SWR=2 und SWR=3 Grenzen. Zwischen 17,22 MHz und 18,35 MHz liegt das SWR also unter 3.
Hier ist die 4nec2-Datei, falls jemand selbst die Simulationen nachvollziehen will.
Der mechanische Aufbau
Damit die Konstruktion stabil, zuverlässig und wetterfest wird, habe ich zwei Doppelrollen aus Hart-PVC gefräst, die den Antennendraht halten und führen.
Die Rollen bestehen aus drei verklebten und verschraubten Teilen. Der innere Teil wurde aus 3 mm dicken PVC Platten gefräst, die beiden äußeren weißen Scheiben sind 2 mm dick. Der Radius der inneren Scheibe bestimmt den Biegeradius der Antennenlitze. Dafür ist zwar kein Minimum spezifiziert, aber die gewählten 50 mm (also 100 mm Durchmesser) scheinen hinreichend groß zu sein. Die äußeren Scheiben haben einen Durchmesser von 120 mm, so daß rundum 10 mm Platz sind, um den Antennendraht auf der Rolle zu halten. Wenn man, wie in diesem Fall auf dem Balkon, an alle Rollen gut herankommt, um einen Draht wieder einzufädeln, ist das völlig ausreichend. Wenn der Draht erst einmal gespannt ist, bleibt er auch auf der Rolle. Für die geplante Konstruktion der längeren Antenne muß eine Lasche von oben das Herausfallen des Antennendrahtes verhindern.
Die Deichsel ist aus zwei 3 mm dicken PVC-Platten gefräst, die oben an der Öse und zwischen den beiden Rollen durch eingeklebte 12 mm dicke Abstandshalter auf das benötigte Maß gebracht werden. Im Foto nicht zu sehen sind die beiden Unterlegscheiben aus 2 mm PVC auf beiden Seiten jeder Rolle. Rollen und Unterlegscheiben sind damit 11 mm dick (2x2mm Unterlegscheiben + 2x2mm Rolle außen + 1x3mm Rolle innen) und passen gut zwischen die 12-mm-Deichsel. Als Nabe dient eine 18 mm lange Hülse, die aus einem 6 mm dicken Messingrohr abgeschnitten wurde. Jeweils eine 22 mm lange M4-Schraube mit Stoppmutter fixiert die Rollen an der Deichsel. Die Naben haben einen Abstand von 150 mm, so daß die Drähte letztlich 250 mm Abstand voneinander haben.
Abschließend noch ein paar Fotos der fertig installierten Antenne:
Die Doppelrollen machen einen hinreichend stabilen Eindruck, um mehrere Jahre im Außenbereich dem Wetter und der UV-Strahlung zu trotzen. Der Spanner wurde soweit angezogen, daß die bisherige Abspannung des Antennenmastes abgebaut werden konnte und damit durch diesen Faltdipol ersetzt wird. Mal schauen, wie sich das beim nächsten Sturm entwickelt. Damit bei ruckartiger Belastung nichts reißt, werde ich noch eine Spannfeder neben den Seilspanner einbauen.