Antennen-Impedanz-Anpassung

Was Gunnar da vorstellt, ist altbekannt und bewährt.

Dabei handelt es sich um einen sogenannten Kabelbalun 4:1. Balun ist ein Kunstwort und meint ein Gebilde, was gleichzeitig transformiert und symmetriert. Es stecken die Worte balanced und unbalanced dahinter, symmetrisch auf unsymmetrisch.
So einen Balun kann man in beide Richtungen betreiben, ist ähnlich wie ein Trafo. Wir haben üblicherweise Antennensteckdosen 75 Ω unsymmetrisch (Koax) im Haus für Fernseher und UKW-Radio, egal ob Kabelanschluß oder alte Dachantenne.
Der vorgestellte Kabelbalun macht aus den 75 Ω unsymmetrisch unsere gewollten 300 Ω symmetrisch, Verhältnis 1:4 bei der Impedanz. Steht hinten an der Antennenbuchse des Radios 240 Ω, macht das nichts, praktisch gleicher Wert.
Wie so ein Kabelbalun 1:4 funktioniert, steht hier:
http://www.dl2jas.com/selbstbau/kabelbalun/kabelbalun.html
Ich gehe noch darauf ein, wie man diesen speziell für den Radioempfang UKW optimiert. Er ist leicht baubar, ein altes konfektioniertes Stück Antennenkabel mit Steckern, eine Lüsterklemme und etwas Kupferdraht Elektro reicht, man hat so sogar einen einfachen Stecker für das Radio.

Andreas, DL2JAS

Hier der Aufbau, schön im Bild zu sehen:



Das senkrechte Kabel geht mit der unteren Seite an unsere Antennendose 75 Ω. Das obere Ende verbindet man mit einem Kontakt der Antennenbuchse 300 Ω des Radios und mit dem Innenleiter der Umwegleitung. Diese ist auf die Frequenz bezogen Lambda/2 lang. Deren Ende verbindet man mit dem zweiten Kontakt der Antennenbuchse 300 Ω. Wie im Bild ersichtlich, werden die Außenleiter, das Geflecht der Antennenkabel, an einem Punkt miteinander verbunden. Die Außenleiter dürfen keinen Kontakt zur symmetrischen Antennenbuchse 300 Ω haben.

Das Funktionsprinzip des Baluns ist relativ einfach, gehen wir von der unsymmetrischen Seite 75 Ω aus. Dort liegt am Ende eine Antennenspannung an, gemessen gegen Masse. Die Umwegleitung entspricht genau einer halben Wellenlänge. Sie dreht das Antennensignal um 180°. Links und rechts an der symmetrischen Radiobuchse haben wir jetzt betragsmäßig gleiche Spannungen, jedoch mit umgedrehtem Vorzeichen. So haben wir eine Spannungsverdoppelung erreicht. Der Strom halbiert sich. Ein Teil geht direkt in die Radiobuchse und der andere Teil über die Umwegleitung in den anderen Anschluß der Buchse.

Im Bild ist die Umwegleitung Lambda/2 rund eingezeichnet. Man kann sie jedoch verlegen, wie man möchte, auch aufwickeln, wie man es in Gunnars Beispiel sieht. Entscheidend ist nur ihre Länge, die elektrisch Lambda/2 betragen muß. Hier ist der Verkürzungsfaktor ein wichtiges Stichwort. Dieser gibt an, um welchen Faktor das Antennenkabel kürzer sein muß als die berechnete Wellenlänge. Der Verkürzungsfaktor ist abhängig vom Dielektrikum des Antennenkabels, eine Materialkonstante.
Der Verkürzungsfaktor bei RG59 und ähnlichen Kabeln beträgt 0,66. Sie verwenden als Dielektrikum Polyethylen. Es ist ein durchsichtiger Kunststoff, der sich mit dem Messer brauchbar schneiden lässt. Meist wird bei konfektionierten Antennenkabeln, die mit den fertig montierten Steckern aus dem Zubehörhandel, dieses Dielektrikum verwendet.
Kauft man Antennenkabel als Meterware, bekommt man meist verlustarmes Sat-Kabel. Man erkennt es daran, daß es meist einen eher weichen Schaum als Dielektrikum hat. Für unsere Zwecke darf man einen Verkürzungsfaktor von 0,82 ansetzen. Bei den meisten Kabeltypen dieser Art variiert er zwischen 0,8 und 0,84.
Für die Wellenlängenberechnung gibt es eine einfache Faustformel:
300 geteilt durch Frequenz gleich Wellenlänge
Die Frequenz setzt man in MHz ein und erhält die Wellenlänge in Metern. Wegen Lambda/2, den Wert nochmals durch 2 teilen.


Genug der Theorie, jetzt ein praktisches Beispiel zum Nachbau!

Unser Radio empfängt von 88 bis 104 MHz. Die Mitte ist dann 96 MHz. Den Wert setzen wir in die Formel für die Wellenlänge ein:
300 : 97 = 3,093
Mit Lambda/2 kommen wir auf 155 cm.
Wir haben ein altes Anschlußkabel vom TV mit Steckern gefunden, Polyethylen.
155 cm x 0,66 = 102 cm
Unsere Umwegleitung wird somit 102 cm lang.
Bei Sat-Kabel kommen wir auf 127 cm.
Den Balun kann man übrigens ganz ohne Löterei mit einer dreifachen Lüsterklemme bauen. Zweckmäßigerweise ist die Massezusammenführung in der Mitte. In die älteren Antennenbuchsen beim Radio passen häufig Bananenstecker. Zwei ganz kurze Stückchen Elektrodraht und die Bananenstecker sind mit der Lüsterklemme verbunden. Auf die Gehäuse der Bananenstecker sollte man verzichten.

Andreas, DL2JAS

Zu den Antennenleitungsimpedanzen fällt mir ein, dass es früher auch noch den Standard mit 120 Ohm gab. Es wurden symmetrische abgeschirmte Leitungen und spezielle Antennenanschlussdosen verwendet. Ein (oder der) Hersteller war TELO.

Hier in der Innenstadt habe ich mich später in etlichen Häusern mit Gemeinschaftsantennenanlagen mit diesem ausgefallenen Standard abgeplagt.

Kennt das sonst noch jemand?

Hallo Achim.

Ich kenne dié Fakten,den Hersteller, aber nicht die Praxis.
hans

Hallo Hans,

es gab doch neben der 240 Ohm Flachbandleitung auch die sog. Schaumstoffleitung mit ovalem Querschnitt. (Die verdrehte sich nicht und reagierte weniger auf Nässe.)
Wenn man nun über diese Schaumstoffleitung ein Abschrmgeflecht zieht, hat man in etwa die 120 Ohm Leitung.

Die Anschlussdosen für die Wohnung waren später dann nicht mehr lieferbar. Also habe ich sie repariert, wenn sie mechanisch beschädigt waren und notfalls durch welche ersetzt, die ich aus Abbruchhäusern ausgebaut hatte.

Oben in der Antennenanlage war, soweit ich mich erinnere nicht etwa die gesamte Verkabelung zu den Antennen in dieser Technik,sondern nur die Verstärker / Verteiler hatten einen 120 Ohm Ausgang oder ein Anpassungsglied hinter dem Ausgang.

Es hieß damals, dass diese Technik spezielle Vorteile hätte. Natürlich vermied sie die Nachteile der ungeschirmten symmetrischen 240 Ohm Technik. Ob sie auch Vorteile gegenüber der wohl parallel schon existierenden asymmetrischen 60 Ohm Koaxtechnik hatte?

Achim, 120 Ω dürfte relativ unüblich sein.

Was aber wieder ganz einfach geht, aus zwei Koaxkabeln 60 Ω eine symmetrische Leitung 120 Ω bauen. Die ist dann geschirmt und symmetrisch. Einen wirklichen Vorteil sehe ich nicht, eher einige Nachteile. So kannst Du, zumindest auf kurze Distanzen, Ersatzkabel legen. Inzwischen dürfte es relativ schwierig sein, Koaxkabel mit 60 Ohm zu bekommen. Ersatzweise geht auch zweimal Koaxkabel 75 Ω mit geringer Fehlanpassung, gibt dann symmetrisch 150 Ω.

Andreas, DL2JAS

Hier ein bebilderter Bauvorschlag von Gunnar, aus technischen Gründen unter meinem Alias.

Herstellen eines Lambda/2 Kabelbaluns zur Anpassung eines 240Ohm
Antenneneingangs am Radio an den 75 Ohm Antennenanschluß (Hochantelle /
Kabelanschluß).


Man nehme: Eine Lüsterklemme, 2 kurze Stückchen Kupferdraht (ca. je 2cm
aus einer normalen Installationsleitung), 127cm SAT-Koax-Kabel, eine
Zange, ein Messer, das war's.





Die Enden des Kabelstücks sowie das Ende des ankommenden Antennenkabels
werden großzügig abisoliert, das ankommende Kabel in die Mitte der
beiden Enden der Schlaufe gelegt. Die Kabel fixiert man einfach mit
Tesafilm oder Isolierband.





Die zentralen Leitungen (Innenleiter) werden wie im Bild in die Lüsterklemme
geschraubt, ebenso die kurzen Drahtstückchen.





Zuletzt werden die Drähte der Abschirmung alle kräftig miteinander
verdrillt (man kann diese auch verlöten, oder eine Klemme draufsetzen,
verdrillen reicht aber aus) und um das Ganze kann man noch Isolierband
wickeln.





Man kann dann die Lüsterklemme direkt in eine 240 Ohm Antennenbuchse
stecken, der Abstand der Pole ist fast optimal! Für ältere Anschlüsse
mit Bananensteckern nimmt man halt etwas längere Drähte.

So kommt man auch ohne Löten mit wenigen Teilen schnell zu einer
Anpassung seines "alten Schätzchens" an einen aktuellen Antennenanschluß.

Gunnar

Momentan habe ich Urlaub und somit etwas Zeit.

Die Umwegleitung Lambda/2 ist nicht die einzige Möglichkeit zu symmetrieren. Recht häufig findet man Baluns auf Ringkernen, mit denen breitbandiges Symmetrieren möglich ist. Anbei eine eher seltene Methode, mit der es auch geht:



Diese Methode ist ähnlich schmalbandig wie die Umwegleitung. Häufig ist Schmalbandigkeit erwünscht, um Sender außerhalb des gewünschten Radiobandes zu unterdrücken. Die Schaltung ist relativ einfach erklärt. Man sieht oben ein Pi-Glied und unten ein T-Glied. Mit beiden kann man auf praktisch beliebige Impedanzen transformieren. Auch ergibt sich jeweils eine Phasenverschiebung von 90° zum Ursprungssignal, jedoch mit entgegengesetztem Vorzeichen. So entsteht ein erdsymmetrisches Signal am Ausgang, was unser Faltdipol oder symmetrischer Eingang 240 Ω des Radios wünscht.

Andreas, DL2JAS

Ich deutete schon an, die Schaltung symmetriert und transformiert auf beliebige Impedanz.

Anbei ein Beispiel, wie man von 75 Ω Koax auf 75 Ω symmetrisch kommt. Die Schaltung ist ganz interessant, wenn man einen gestreckten Dipol 75 Ω an ein Radio mit Koaxbuchse anschließen möchte. In der Praxis ist die Symmetrierung nicht wirklich notwendig, mit geringem Fehler kann man auch die beiden Dipolarme mit jeweils 76 cm Länge direkt an Koax anschließen.



Wie auch die vorherige Schaltung ist diese für eine Mittenfrequenz von 96 MHz entworfen. Bei den Kondensatoren (Keramik NP0) habe ich Normwerte angestrebt. Die Spulen muß man sich selbst wickeln, geht aber recht einfach. Beide Schaltungen kann man sich gut auf einer kleinen Platine Punktraster aufbauen. Die beiden Spulen sollen senkrecht zueinander eingebaut werden, damit sich deren Felder nicht gegenseitig beeinflussen. Zweckmäßigerweise legt man die Masse in die Mitte und platziert die Bauteile symmetrisch.

Spule 124 nH:
5 Windungen Silberdraht Durchmesser 0,8 mm wickelt man auf einen Bohrer 8 mm.
Die Spulenlänge beträgt 10,16 mm, entspricht 4/10 Zoll, 4 Lötpunkte Punktraster.
Die aufgewickelte Länge Silberdraht beträgt 131 mm ohne Anschlüsse.

Spule 222 nH
7 Windungen Silberdraht Durchmesser 0,8 mm auf Bohrer 8,5 mm als Wickelkörper.
Die Spulenlänge beträgt ebenfalls 10,16 mm, der aufgewickelte Draht ist 195 mm lang.
Da die Induktivität geringfügig zu hoch ist, zieht man beide Spulenenden um 0,5 mm auseinander.

Anbei ein Bildchen der Spule 124 nH:



Man sieht deutlich den Bohrer, der als Wickelkern benutzt wurde und die 4 Löcher Abstand auf der Punktrasterplatine. Wenn möglich, sollte man beim Einlöten der Spule den Bohrer in ihr lassen und erst danach herausziehen. Zieht man beim Einlöten etwas an den Drahtenden, sitzt die Spule eng auf dem Bohrer, keine ungewollte Vergrößerung des Spulendurchmessers.

Nachtrag,
hier gibt es einige Tips, wie man Spulen berechnet und baut:
http://saba.magnetofon.de/showtopic.php?threadid=4901

Andreas, DL2JAS

Fachwissen statt Lachwissen aus gegebenem Anlass.

Ich erkläre kurz, wie die Anpassung funktioniert, zweimal Phasenverschiebung um 90 °, ergibt 180 °, Spannungsverdoppelung. Zudem wird noch etwas transformiert, nicht geradzahlig.
Wie wird Transformation und Phasenverschiebung erreicht?
Die Schaltung, trennt man sie in der Mitte, besteht aus einem Pi-Glied und aus einem T-Glied, anbei die beiden Einzelschaltungen:





Eingangsseitig befindet sich eine Parallelschaltung unsymmetrisch, zweimal 150 Ω, ergibt 75 Ω.
Ausgangsseitig ist es eine Serienschaltung, zweimal 120 Ω gegen Masse, Symmetrie.

Andreas, DL2JAS

Zuvor erwähnte ich das nette Progrämmchen, wie man z.B. Luftspulen dimensioniert.

222 nH geht (auch) so:



Spule 25 oder 25,4 mm lang, 10 Windungen versilberter Kupferdraht 1 mm, als Wickelkörper einen Bohrer 7 mm verwenden. So ergibt sich ein mittlerer Spulendurchmesser von 8 mm.

Andreas, DL2JAS

Hallo an alle,

eine kurze Frage zum oben beschriebenen Balun "Umwegleitung": kann man den wirklich in beiden Richtungen betreiben? Ich habe eine symmetrische 240-Ohm-Antenne, ein langes Koaxkabel und dann ein Radio mit 240-Ohm-Eingang. Dann bräuchte ich ja nur 2 der Baluns, oder?

Danke euch vielmals!

alibaba

Der Balun ist passiv, funktioniert in beiden Richtungen.

Andreas