Richtantenne Yagi für UKW FM

Prima Vergleich!

Ich nehme an, beim T7500 war maßgeblich Hans am Werk.
Man findet den Tuner beim HIFI Wiki:
hifi-wiki.de/index.php/Grundig_T_7500
Dort die Angaben decken sich gut mit Deinen Messungen.
Auch der 9140 ist bei dem Wiki gelistet:
hifi-wiki.de/index.php/SABA_9140
Weißt Du, welcher Schaltkreis im Grundig ab ZF werkelt?

Andreas

TDA1576 und Anzeige

Anbei ein Bild, was der Schaltkreis als Signalanzeige ausspuckt.
Das ist sehr schön linear (log/lin), erinnert schon an Messtechnik.
So kann man Anzeigen mit echten S-Werten 6 dB realisieren!

Andreas

Kabelbalun 1:4

Häufig bevorzugt man übliches Koaxialkabel 75 Ω statt Flachbandkabel 240/300 Ω.
In den Bildern sieht man, wie so ein Balun aussieht, sehr einfach nachbaubar.
Diese Baluns sind im Amateurfunk verbreitet, halten auch ordentlich Sendeleistung aus.
Hier sieht man das Prinzip und wie er angeschlossen wird:



Das Prinzip ist recht einfach, Umwegleitung mit Lambda/2 Länge.
Wir erreichen damit damit eine Phasenverschiebung von 180 °.
So ist das Signal jetzt symmetrisch und wir haben doppelte Spannung.
Daraus folgt, daß wir den Widerstand um Faktor 4 transformieren, also 75 <--> 300 Ω.
Der Balun 1:4 funktioniert in beide Richtungen, kann auch wieder aus 75 Ω 300 Ω symmetrisch machen.

Ich nahm für den Zweck RG174 mit 50 Ω, habe ich üblicherweise vorrätig.
Vorteil, das Kabel ist dünner als 3 mm und UV-beständig, wichtig bei Außenmontage.
Die Länge muss elektrisch Lambda/2 betragen, nicht mechanisch!
Hier kommt der Verkürzungsfaktor ins Spiel, den geben seriöse Hersteller an.
Das Kabel wird somit kürzer, hier mit 0,66 angegeben, als die theoretische halbe Wellenlänge.
Bei mir, Mittenfrequenz 98 MHz, ist es 102 cm lang geworden.
Die Länge gilt ohne Anschlüsse, nur der geschirmte Teil, deswegen etwas mehr abschneiden.

Man wird wie ich den Balun direkt mit den Dipolanschlüssen verbinden.
Die Abschirmung antennenseitig kann man anschließen, ist jedoch nicht notwendig.
Wer will, verbindet sie mit dem Boomrohr, hat HF-Masse.
Dies hat Vorteile bezüglich Erdung/Blitzschutz, gerade bei Montage auf dem Dach.
Empfängerseitig wird natürlich der Schirm angeschlossen, ansonsten funktioniert der Balun nicht!

Probeaufbau, funktioniert nicht, praktisch kein Signal!
Da war ich sehr erstaunt, diese Baluns verwende ich seit vielen Jahren, oft genug gebaut.
Zuleitungskabel 75 Ω durchgemessen, auf Kurzschluss und Unterbrechung geprüft, ok.
Selbiges mit der Umwegleitung, auch alles bestens.
Nochmals genau geschaut, manchmal kann einem ein dünnes Drähtchen vom Schirm übel mitspielen.
Der Sansui hat Schraubanschlüsse direkt nebeneinander für symmetrisch und Koax.
Sinngemäß sind die Anschlüsse symm GND symm, ein symmetrischer ist dann auch für 75 Ω Koax.
Spaßeshalber nahm ich den anderen symmetrischen Anschluss, der nicht für Seele Koax gekennzeichnet ist.
Nicht schlecht gestaunt, da passte es mit dem Pegel!
Offensichtlich sind es Kontaktprobleme beim Sansui.
Vorher mit symmetrischer Leitung fiel mir schon mal ein schwankender Pegel auf.
Jetzt funktioniert es auch beim für Koax gekennzeichneten symmetrischen Anschluss.

Zum Kabelbalun gibt es demnächst noch einen zweiten Teil.
Dort zeige ich die Version mit Kabel 75 Ω, praktisch identisch.
Auch gibt es Diagramme, wie gut die Anpassung funktioniert.

Andreas

Kabelbalun 1:4, zweiter Teil.

Hier die Version mit RG179, dünnes hochwertiges Kabel 75 Ω, man bekommt es hier:
tinos-funkshop.de/p/rg-179-b-u
Der Aufbau erfolgt wie zuvor mit RG174, die Umwegleitung ist jedoch geringfügig länger.
Das liegt am Verkürzungsfaktor, bei dem Kabel mit 0,69 angegeben, Dielektrikum PTFE.
Die Umwegleitung wird jetzt, geschirmter Teil, 105,6 cm lang.
Es ist ratsam, für die Umwegleitung 75 Ω zu nehmen, der Kabelbalun wird dadurch breitbandiger.
So sieht prinzipiell das Schaltbild in der Simulation für die Diagramme aus:



Wie errechnet man die Länge der Umwegleitung?
Zuerst berechnen wir anhand der Frequenz die Wellenlänge, einfache recht gute Faustformel:
300 geteilt durch Frequenz in MHz gleich Wellenlänge in Metern.
Bei 98 MHz, Mittenfrequenz der Antenne, kommen wir so auf 306 cm.
Da die Länge der Umwegleitung halbe Wellenlänge beträgt, erhalten wir 153 cm.
Nun kommt der Verkürzungsfaktor ins Spiel, mit dem muss multipliziert werden.
Mit 0,69 als Verkürzungsfaktor kommen wir so auf eine Kabellänge von 105,6 cm.
Meist wird der Verkürzungsfaktor direkt als Faktor angegeben oder auch in Prozent.
Seltener findet man eine Geschwindigkeitsangabe oder gar in Nanosekunden pro Meter.
Dann muss man über die Lichtgeschwindigkeit umrechnen, um den Verkürzungsfaktor zu erhalten.
Im Schaltbild ist die Geschwindigkeit mit Megameter pro Sekunde angegeben, ergibt 0,666.

Der Verkürzungsfaktor ist vom Dielektrikum abhängig, nicht vom Wellenwiderstand des Kabels.
Kabel mit PE wie RG58, RG59, RG174... haben üblicherweise 0,66 als Verkürzungsfaktor.
Bei PTFE (Teflon) gilt 0,69 wie hier mit RG179, Außendurchmesser knapp 2,6 mm.
Am ehesten wird man SAT-Kabel mit geschäumten Dielektrikum nehmen, leicht erhältlich.
Da ist meist der Verkürzungsfaktor größer 0,8 oder 80 %, den findet man im Datenblatt.

Nun zu den Diagrammen!
Die Y-Achse ist mit 5 dB pro Teilstrich skaliert, also 0 bis -50 dB.
Markiert ist jeweils die Fehlanpassung für 50 und 75 Ω bei 88 MHz, unteres Bandende.
Man sieht, 75 Ω schneidet gegenüber 50 Ω besser ab, sind bei 88 MHz nicht zu verachtende 5 dB.
Die 5 dB sollte man nicht überbewerten!
Bei der Yagi macht sich die Fehlanpassung an den Bandenden deutlich stärker bemerkbar.
Nicht ohne Grund betrachte ich bei der Simulation "nur" den Frequenzbereich von 92 bis 106 MHz.

Was kommt demnächst?
Einen Balun kann man auch mit jeweils zwei Spulen und Kondensatoren realisieren.
Auch werde ich auf das real gemessene Antennendiagramm eingehen.

Andreas

Freut mich, erster hier gezeigter Nachbau!

Rechnet man von dBi auf dBd um, passt das mit 7 dB Gewinn.
Der Gewinn gilt für ca. 98 MHz, ändert sich merklich in Richtung Bandenden.
10 mm Toleranz ist nicht so schön, die Antenne ist da aber gutmütig.
Das Metall auf dem Dach ist mit seiner Schräge schwer zu kalkulieren.
Bei der Entfernung gibt es durchaus Wettereinflüsse wie Tropo.

Bald schreibe ich was zum gemessenen Antennendiagramm.
Vorher muss ich erst mal meine Schmierzettel ordnen...

Andreas

Antennendiagramm, Simulation und Wirklichkeit

Die Tage machte ich Messungen, schrieb mir die Signalwerte laut Sansui auf.
Erste Frage war natürlich, wieviel dB sind beim Sansui ein Signalwert?
Früher wartete ich teilweise größere Gemeinschaftsanlagen, Kabel und auch echt Antennen.
Aus der Zeit habe ich noch professionelles Material 75 Ω.
So war es nicht schwer, die dB-Werte für die Anzeige zu ermitteln.
Bis Signalstärke 2 entspricht ein "S-Wert" brauchbar 10 dB und von 2 nach 3 sind es 12 dB.
Das deckt sich brauchbar mit den Angaben im Datenblatt des HA1137W, ZF-IC beim Sansui.

Im ersten Bild sieht man Dämpfungsglieder mit IEC-Steckern, nicht ganz einfach erhältlich.
Es gibt aber einen Trick, wie es brauchbar auch anders geht!
Links sieht man einen Abzweiger, für den die Auskoppeldämpfung angegeben ist, hier 11 dB.
Den anderen Ausgang muss man in dem Fall natürlich mit 75 Ω abschließen.
Blöd, ich fand die Abschlusswiderstände 75 Ω mit F-Stecker nicht.
So wurde es ein kurzes Stück Antennenkabel mit zweimal parallel 150 Ω SMD am Ende.
Statt Abzweigern kann man auch Antennendosen nehmen, wenn man die Werte kennt.

Ich nahm einen Lokalsender mit gut 300 Watt auf 97,8 MHz, fast freie Sicht gegeben.
Beim Verhältnis vor/rück kam ich auf 10 dB, deckt sich sehr gut mit der Simulation.
Interessant ist der Pegel seitlich, um unerwünschte Sender ausblenden zu können.
Da kam ich auf 27 dB, jedoch nicht bei 90 ° zur Hauptstrahlrichtung, waren einige ° mehr.
Normalerweise gibt man den Öffnungswinkel einer Yagi bei -3 dB an.
Ich machte es etwas anders, drehte soweit, bis ich -6 dB erreichte.
Das waren bei mir +/- 30 °, laut Simulation sollten es eigentlich +/- 40 ° sein.
Heißt, die Hauptkeule ist etwas schärfer ausgebildet.
Leider gab das nichts mit Gewinn nur Dipol zu fertiger Antenne.
Ich machte zwar nur mit dem Dipol Messungen, jedoch Werte fraglich.
Zuvor berichtete ich von dem Wackler an den Antennenklemmen des Sansui.


Diagramm der Simulation auf 98 MHz

Meine Messwerte sind natürlich keine genaue Messung, eher als Indikator oder Verifikation zu verstehen.
Es sind kaum kalkulierbare Reflexionen vorhanden und schwache Sender auf gleicher Frequenz.
Auch ermittelte ich die Messwerte unter Dach, was nicht ganz metallfrei ist.
Normalerweise benutzt man für solche Zwecke eine praktisch reflexionsfreie Messkammer.
Auch kann man von Hügelspitze zu Hügelspitze messen, nimmt dafür einen Sender.
Als Funkamateur darf ich keinen Sender mit z.B. 10 Watt Radio UKW errichten.
Der hätte es natürlich gebracht, Pegel weit über Störnebel, gibt dann vernünftige Werte.

Andreas

Christian, sehr interessanter Link!

Kannte ich noch nicht, bin allerdings kein Radio-DXer.
Ich habe da mal ein wenig herumprobiert.
Die Angabe des Standorts ist was gewöhnungsbedürftig.
Ich nahm den QTH-Locator, ging damit sofort, nur den kennt kaum einer.
Da werde ich noch häufiger mal klicken, sieht vielversprechend aus!

Andreas

Ich habe weiter fmscan.org ausprobiert!

Grundeinstellung für die Antenne ist offensichtlich ein horizontaler Rundstrahler.
Man kann aber die Antennendaten individuell einstellen, also für die Yagi.
Aufpassen, die Yagi hat Horizontalpolarisation, nicht versehentlich vertikal anklicken!
Ich war am überlegen, was die mit azimuth meinen.
Bei denen ist die Yagi nicht drehbar, also eingestellte Hauptstrahlrichtung eingeben.
Nord ist 0 °, West somit 270 °.
Ist die Antenne richtig ausgerichtet, wird das in den Tabellenangaben mit Sternchen angezeigt.
Ganz sauber sind die errechneten Werte nicht, lieber den Rundstrahler nehmen und selbst addieren.
Was mir in der Tabelle mit Yagi angezeigt wird, deckt sich mit dem, was ich tatsächlich empfange.
Urteil bis jetzt, Christians Link fmscan.org ist empfehlenswert!

Andreas

Gerade wieder mit fmscan.org probiert!

Ich gab erneut die Daten der Yagi ein.
Gewinn 10 dB (soll vermutlich dBi sein)
Front/Back 12 dB
Öffnungswinkel 70 ° (Grundeinstellung)
Die Yagi richtete ich auf den Lokalsender 97,8 MHz aus.

Nun veränderte ich die Antennenhöhe, macht sich ernsthaft bemerkbar!
3 m: 48 dB
4 m: 49 dB
6 m: 51 dB
8 m: 53 dB
10 m : 56 dB
Die von denen errechneten Pegel sind plausibel.
Beiträge zuvor ermittelte ich höhenabhängig die Elevationsdiagramme.
Man sieht, alte Weisheit, die Antenne möglichst hoch montieren!

Andreas

Christian, vorsichtig!

Grundsätzlich nimmt die Steilstrahlung mit zunehmend geringerer Höhe zu.
Beim Dipol habe ich das in der Simulation nicht näher ausprobiert, gilt aber auch für den.
Die Elevationsdiagramme der Yagi zeigte ich einige Beiträge zuvor.
Das Diagramm zipfelt je nach Höhe auf, es entstehen schärfere Keulen, auch in gewollte Richtung.
Das ist mehr oder minder das "Geheimnis" mit der Höhe.

Vor Jahren wunderten wir uns mal, warum ein Funkamateur auf 50 MHz seltene Stationen arbeitete.
Er hatte nur einen Dipol, andere Yagis.
Sein Dipol war in beachtlicher Höhe, müssten so etwa 25 m gewesen sein.
Die anderen Funkamateure hatten meist ihre Yagis in Hausdachhöhe.
Mit seinem hohen Dipol hatte er die Flachstrahlung, die den anderen fehlte.

Damit will ich sagen, ein weiteres Experiment mit nur Dipol, aber andere Höhen, ist sinnvoll.
Haken beim Dipol, er empfängt natürlich auch ungewollte Stationen, blendet weniger aus.
Am stärksten merkt man die Höhenabhängigkeit bei den ersten wenigen Lambda.

Andreas

Kleine Fleißarbeit, nicht nur für Christian!

Anbei Elevationsdiagramme eines Dipols in Abhängigkeit von der Höhe.
Die letzte Ziffer im Dateinamen bedeutet die Höhe über Boden, also 2 bis 10 m.
Simuliert wurde mit Bodentyp "real", entspricht durchschnittlichem Mutterboden.
Es handelt sich um exakt den Schleifendipol mit Resonanz 98 MHz wie in der Yagi.



Was sagt uns die Tabelle?
Ab 4 m Aufbauhöhe ist bei Dipol und Yagi (gerundet) der Elevationswinkel jeweils identisch.
Gleiches gilt auch für den Gewinn für die untere Keule in Abhängigkeit vom Erhebungswinkel.
Wie ich zuvor schrieb, ist die Elevationswinkeländerung bei den ersten wenigen Lambda signifikant.
Lambda, also Wellenlänge, beträgt bei 98 MHz gerundet 3 Meter.

Christians Vermutung ist begründet.
Der Unterschied nur Dipol zu Yagi beträgt 7 dB.
Wenn die Vorhersage von fmscan.org stimmt, bringt eine Yagi in 4 m Höhe so viel wie ein Dipol in 10 m.
Die Erklärung ist einfach.
Zieht man beim Elevationsdiagramm Yagi 7 dB ab, hat man den Gewinn wie beim Dipol.
Sieht man auch schon hier in den Diagrammen, bei -7 dB wird der Elevationswinkel flacher.
Zur Verdeutlichung das letzte Bild, -7 dB mit rosa Punkt eingezeichnet, Dipol in 4 Meter Höhe.
Bei -7 dB kommen wir in dem Fall von 11 ° auf etwa 3 ° bei der Elevation.

Andreas

Christian, schöner Bericht!

Damit ist für mich bestätigt, daß die Antenne gut nachbaubar und praxistauglich ist.
Auch gut, daß Du die Sender seitlich und in Rückwärtsrichtung erwähntest.
Das ist genau die Sache, die ich anfangs schrieb, mit einer Yagi kann man bei Bedarf Sender ausblenden.
Bei fmscan.org kann man sich häufig die Richtcharakteristik eines Senders ansehen.
Christian zeigte es zuvor bei den Bildern, als er auf den Link aufmerksam machte.

Andreas

Wie verhält sich die Yagi außerhalb der Mittenfrequenz 98 MHz?

Anfangs erwähnte ich, die ist eher was für Bandmitte, nicht mehr für die Bandenden.
Anbei das Horizontaldiagramm für 102 MHz, da ist die Yagi noch gut brauchbar.

Zum Testen nahm ich einen starken Sender auf 102,4 MHz, musste zum Ablesen 20 dB dämpfen.
Beim Verhältnis vor/rück ermittelte ich knapp 14 dB, deckt sich sehr gut mit der Simulation.
Seitlich, in der Gegend um 90 ° zur Antenne, kam ich auf -27 dB, passt.
Beim Öffnungswinkel, wieder -6 dB, ermittelte ich +/- 23 °, sollte laut Simulation +/- 35 ° sein.
Meine Messung war natürlich erdnah, das gezeigte Diagramm gilt für den Freiraum.
Nebenbei kam heraus, daß beim Sansui der Unterschied Sinalstärke 3 zu 4 nur noch 6 dB beträgt.
Mehr als Signalstärke 4,5 zeigt der Sansui nicht an, dort ist die Begrenzung.

Andreas