Richtantenne Yagi für UKW FM

      Kommentar meiner Tochter zur Dachverzierung, Variante 3: "Was ist das? Das ist übel hässlich. Musste das sein?" :)

      Da der T-7500 die Feldstärke halbwegs linear zur Anzeige bringt, lohnte sich eine genauere Kalibrierung. Wenn man sich nicht auf die Anzeige-LEDs verlässt, sondern ein Voltmeter mit der Spannung speist, die auch der Controller der LED-Kette erhält, kann man gut und gerne auf 1 dB Unterschied ablesen. Ich habe diese Spannung am Kollektor von T15 abgenommen und gegen Masse gemessen. Als Signalgenerator kam ein Leader 3216 zum Einsatz. Die dB-Werte im Diagramm berücksichtigen schon die Reduktion der Signalspannung durch den Anschluss des Antenneneingangs um 6 dB.



      Im Anhang befindet sich auch noch ein Diagramm, das wie in einem früheren Post die Anzahl der leuchtenden LEDs mit der Feldstärke verknüpft. Die blaue Kurve stellt den notwendigen Signalpegel mit einem 20 m langen Antennenkabel dar, die magentafarbene ist die neue Messung, die ich mit einem nur 1 m langen Kabel durchgeführt habe. Es ergeben sich 2 - 4 dB Unterschied. Die Schwankung ist eher der Ablesung geschuldet, speziell die Einschätzung, ab wann eine LED nun voll leuchtet, ist prinzipbedingt fehlerbehaftet.

      Das Ganze diente als Vorarbeit, um den Einfluss der Antennenhöhe auf die Feldstärke zu ermitteln. Da ich nicht die 5-Element-Yagi vom Dach holen wollte, habe ich eine dieser Bandkabel-Wurfantennen an einer Querstange aus Holz befestigt, diese mit einem Brett als Maststummel versehen und den so entstandenen Behelf an eine ausfahrbare Leiter geklemmt. Die Wurfantenne stellt einen gestreckten Dipol dar, dessen Länge bei ca. 1,8 Metern liegt, also deutlich mehr als Lambda/2. Die Anschlussleitung besteht aus Flachbandkabel, dessen Geometrie auf einen Wellenwiderstand von ca. 240 Ohm schließen lässt. Am Übergang zum Koaxstecker sind keine Anzeichen für einen Balun erkennbar. Trotz dieser Fehlanpassung funktioniert das Gebilde recht gut als Empfangsantenne. Zum T-7500 führten 5 m Antennenkabel.

      Damit entstanden dann folgende Werte:

      Höhe über ErdbodenBayern 2,
      100 kW, 96 MHz,
      121 km entfernt
      keine Sichtverbindung
      Radio Erzgebirge
      0,5 kW, 103,5 MHz
      5 km entfernt
      keine Sichtverbindung,
      ca. 40°Fehlausrichtung

      2 m0,65 V --> 7 dBµV1,05 V --> 24 dBµV
      3 m0,7 - 1,0 V schwankend0,93 V --> 17 dBµV
      4 m0,78 V --> 11 dBµV1,14 V --> 28 dBµV
      5 m0,92 V --> 17 dBµV1,07 V --> 25 dBµV
      6 m0,98 V --> 20 dB µV1,05 V --> 24 dBµV
      7 m0,94 V --> 18 dB µV1,05 V --> 24 dBµV

      Man sieht, beim Fernempfang lohnt es sich, die Antenne etwas höher anzubringen, wobei ich den Maximalwert bei 6 m eher mit Reichweitenschwankungen begründen würde. Auch die Dachantenne zeigt, dass die Empfangspegel innerhalb von Minuten schon mal um ein paar dB schwanken.
      Beim schwachen Lokalsender brachte die Höhe nicht viel. Fairerweise sei erwähnt, dass zwischen ihm und der Empfangsstelle ein Hügelzug von 700 m Höhe liegt. Die Ergebnisse bei 3 m Höhe deute ich so, dass da Reflexionen den Empfang beeinflusst haben. In unmittelbarer Nähe befinden sich ein Blechdach, Dachrinnen und ein Gewächshäuschen mit einer Tragstruktur aus Aluprofilen. Trotzdem war ich erstaunt, dass diese simple Wurfantenne ab 4 m Höhe dem angepassten Dipol auf dem Dach nicht wirklich nachstand.

      Viele Grüße,
      Christian
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      **************************************************
      2 + 2 = 5 (für extrem große Werte von 2)
      Die Höhe bringt es!

      Man kann es sehr schön auch hier sehen, nicht nur bei den Antennendiagrammen.
      So etwa ab 2 Lambda, hier somit 6 m Höhe, ist das Plus an dB nicht mehr so erheblich.
      Wer kann, sollte einer UKW-Antenne mindestens 4 Meter Höhe über Boden gönnen.

      Kurz was zu den Reichweitenschwankungen, die Christian ansprach.
      Gute Bedingungen sind nicht selten bei Inversionswetterlagen gegeben.
      Da machte ich mal unfreiwillig ein Experiment Amateurfunk auf 144 MHz SSB.
      Es war ein Funkwettbewerb, ich arbeitete eine Station in Berlin, Luftlinie 450 km.
      Wir verabredeten uns, direkt nach dem Wettbewerb noch etwas zu plauschen.
      Spaßeshalber schaltete ich die Sendeendstufe aus, funkte nur mit Treiberleistung, ca. 4 Watt.
      Das ging bei den angehobenen Bedingungen recht gut, ich war allerdings auf einem Berg bei uns.
      Innerhalb weniger Minuten waren wieder Normalbedingungen, ich fast nicht mehr hörbar.
      Ich dann wieder die Endstufe eingeschaltet, so etwa 80 Watt, und es ging wieder.

      Andreas
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      Bitte den Folgebeitrag beachten, Schaltung weniger praxistauglich!


      Balun mit jeweils zwei Induktivitäten und Kapazitäten!



      Die hier gezeigte Methode ist eher weniger bekannt.
      Bei den Bauteilwerten benötigt man niedrige Toleranz, z.B. Keramikkondensatoren mit 5 %.
      Die Spulen werden wieder per Hand gewickelt, siehe Bild.
      In dem Beispiel sei es versilberter Kupferdraht mit 1 mm Durchmesser.
      Als Wickelkörper ist ein Bohrer mit 8,5 mm Durchmesser gut geeignet.
      So kommt man mit etwas Luft auf die gezeigten 9,2 mm beim Berechnungsprogramm.
      Man kann eine gewöhnliche Streifenrasterplatine nehmen.
      Die Bauteilanschlüsse sollen möglichst direkt Kontakt zueinander haben, Lötbrücken mit Zinn vermeiden.
      Um Koppeln unter den Spulen zu vermeiden, ordnet man sie möglichst senkrecht zueinander an.
      Dürfte selbsterklärend sein, mit 75 Ω ist das Koaxialkabel gemeint und 300 Ω der Dipolanschluss.
      Der Balun funktioniert in beide Richtungen, also auch für 75 auf 300 Ω Radioeingang geeignet.

      Eigentlich sind es zwei L-Transformationen, die hier werkeln.
      Interessierte Leser, Funkamateure, können hier was zur L-Transformation lesen:
      dl2jas.com/selbstbau/anpassung…gen.html#L-Transformation
      Das "Geheimnis", eine verschiebt um +90 ° und die andere um -90 °.
      So kommen wir auf 180 °, Funktion wie schon zuvor beim Kabelbalun erklärt.
      Im zweiten Schaltbild als Beispiel 75 Ω Koax auf 240 Ω symmetrisch, eigentlich alle Werte sind möglich.

      Im dritten Bild die Wickeldaten für die Spule 244 nH.
      Der angegebene Durchmesser bezieht sich auf die Drahtmitte, also nicht Wickeldorn.
      Bei der Spulenlänge nahm ich absichtlich 12,7 mm Länge, passt dann perfekt mit Punktrasterplatine.

      Wie gut der Balun in Abhängigkeit von der Frequenz funktioniert, sieht man im vierten Bild.
      Für 98 MHz erhalten wir perfekte Anpassung, so weit reicht das Diagramm nicht.
      Ich setzte den Marker auf 101,7 MHz, immer noch sehr schön mit -30 dB bei der Fehlanpassung.
      Ganz oben im Diagramm ist 0 dB und ein Kästchen bedeutet 5 dB.
      Somit ist selbst noch an den Bandenden die Fehlanpassung deutlich besser als -20 dB.

      Andreas
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      Ich rate vom Nachbau des Symmetrierglieds zuvor mit Spulen und Kondensatoren ab!

      Zuvor schrieb ich, man muss mit den Toleranzen aufpassen.
      Sind beide Ärmchen etwas unterschiedlich, kommt ein unschöner Nebeneffekt.
      Man schaue sich das Bild an, es kann ein unschöner Zacken in Bandmitte entstehen.
      Den sah ich nicht zuvor, da ich die Werte beidseitig immer identisch veränderte.
      Auch gibt es noch einen Effekt, die Antenne hat außerhalb Bandmitte zunehmend Blindanteile.
      Diese Symmetrierglieder sind so nur für rein ohmsche Lasten gedacht.

      Was für die Funkamateure
      Ein einzelnes L-Glied, also nur Transformation, ist problemlos, baute ich häufiger, auch qro.
      Symmetriert man damit, hat man unvermeidbar auch einen Hochpass.
      Oberwellen können abgestrahlt werden, nicht sofort ersichtlich.
      Die Aussendung erfolgt asymmetrisch, also Koax über Hochpass gegen GND.

      Andreas, DL2JAS
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      Betrachten wir den Grenzbereich!

      Wie ich anfangs schrieb, ist die Yagi für Bandmitte entwickelt, nicht für die Bandenden.
      Auf 92 MHz empfängt man noch brauchbar, das SWR liegt jedoch bei 4.
      Beim Empfang stört das wenig, ist ja nicht als Sendeantenne geplant.
      Schaut man ins Diagramm, sieht man, daß vor/rück unschön wird, nur ca. 3,7 dB.
      Demnächst betrachte ich vermutlich auch die Bandenden.

      Andreas
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      Heute gemessene Werte!

      Ich nahm einen Sender auf 92,4 MHz.
      Bei den Messwerten ermittelte ich 6 dB vorwärts zu rückwärts.
      Das ist etwas besser als die 3,7 dB laut Diagramm.
      Sender, die etwa 90 ° zur Hauptrichtung stehen, werden um 24 dB abgeschwächt.
      Beim Öffnungswinkel kam ich auf keinen vernünftigen Wert, vermutlich wegen Reflexionen.
      Demnächst betrachte ich die Bandenden, da ist die Yagi nicht mehr empfehlenswert.

      Andreas
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      Heute die Betrachtung der Bandenden!

      Da taugt die Antenne nicht mehr wirklich, empfängt aber noch.
      Man schaue sich die Richtdiagramme an, sieht nicht mehr wie eine Yagi aus.
      Zudem, die Antenne empfängt jetzt rückseitig besser als vorn, die eigentliche Hauptstrahlrichtung.
      Für die Bandenden ist man somit mit einem einfachen Dipol besser beraten.

      Natürlich machte ich auch Messungen, nahm dafür Sender auf 88,0 und 107,9 MHz.
      Wie zu erwarten, war eine wirkliche Hauptstrahlrichtung nicht mehr nennenswert feststellbar.
      Was noch halbwegs funktioniert, Abschwächung an den Seiten um 90 °.
      Da kam ich auf so etwa 12 dB, beim Sansui etwa ein Signalwert laut Anzeige.
      In Richtung 108 MHz scheint sich die Yagi zunehmend vertikal zu polarisieren.
      War ich in der nächsten Nähe der Antenne, bewegte mich, schwankte das Signal deutlich.
      Das ist ein Indikator, daß vertikale Polarisation vorliegt.

      Das Thema zur eigentlichen Yagi ist jetzt soweit abgeschlossen.
      Demnächst kommt noch was zu Baluns 75 Ω auf 300 Ω mit Ferritkern.

      Andreas
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      Gestern gab es günstig Antennenmast!

      Nicht ganz, ist eigentlich ein Fahnenmast, echtes Sonderangebot für 30 Euro.
      Zusammengesteckt ist er 6 m lang, Außendurchmesser ca. 50 mm.
      Es handelt sich um vier Alurohre, Endkappe, etwas Seil, Befestigungshaken und Deutschlandfahne.
      Das grüne Ding ist eine Kunststoffhülse, wenn der Mast steckbar in ein Fundament soll.

      Man muss nicht alle Elemente zusammenstecken, es lassen sich auch 3 und 4,5 m realisieren.
      Andererseits, soll er höher werden, kauft man einen zweiten Mast, nimmt davon die Elemente.
      Da muss man natürlich aufpassen, zu hoch könnte Probleme mit der Windlast geben.

      Im zweiten Bild sieht man von mir eine Amateurfunkantenne, ist ein ähnlicher steckbarer Mast.
      Unten nicht gut zu erkennen eine Halterung, schweißte mir vor Jahren ein Freund.
      Die Halterung ist für Portabelbetrieb, man fährt mit dem Autoreifen auf den Fuß.

      Andreas, DL2JAS
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      Wir bauen uns einen breitbandigen Balun 1:4 mit Ferritkern!

      Hier erst mal ein paar Vorbetrachtungen.
      Wie das prinzipiell funktioniert, sieht man hier:



      Die Arbeitsweise ist vom Prinzip her so wie mit den Kabelbalunen zuvor.
      Man macht eine Spannungsverdopplung, ergibt dann ein Impedanzverhältnis 1:4.
      Da GND in der Mitte sitzt, ist der Ausgang erdsymmetrisch.
      Die beiden Ls stehen für einen Trafo mit Mittelanzapfung, jeweils gleiche Windungszahl.

      Ganz exakt ein Übertrager (Trafo) wird es bei mir nicht, eher ein Leitungskoppler.
      Das Prinzip ist altbewährt, bei Funkamateuren recht populär, hier eine Bauanleitung:
      dl2jas.com/selbstbau/1kern4/1kern4.html
      Mit Absicht lässt man die Windungen auch kapazitiv aufeinander koppeln.
      Macht man es richtig, wird der Balun breitbandiger und ist für höhere Leistung geeignet.

      Nun betrachten wir Ferritmaterial, siehe angehängtes Bild.
      Hauptsächlich sieht man dort "Schweinenäschen", Doppellochkerne.
      Übliche Ringkerne gehen natürlich auch, Aufbau mit Doppellochkernen ist kompakter.
      Links der große Kern ist mit Kanonen auf Spatzen geschossen, eher was für Sendeendstufen.
      Unten die drei Kerne sind sehr klein, ich nahm zum Bewickeln eine Pinzette.
      Der mit dem weißen Punkt markierte Kern hat eine angenehme Größe, nicht nur mechanisch.
      Vermutlich reichen da zwei Windungen bifilar für 100 MHz, die Yagi, erkläre ich später.

      Ferrit ist nicht gleich Ferrit!
      Es gibt sehr viele verschiedene Materialien, kommt auf den Anwendungszweck an.
      Mischungen aus Mangan und Zink, µ recht hoch, machen sich gut bei Schaltnetzteilen.
      Nachteil, die sind eher für kHz geeignet, taugen seltenst für Frequenzen über 1 MHz.
      Nickel-Zink ist meist recht gut für Kurzwelle und auch wesentlich darüber.
      Nachteil, µ wird klein, stört aber bei hohen Frequenzen normalerweise nicht.
      Der Kern mit dem weißen Punkt ist NiZn, µ = 120 und Minimum AL = 145 nH.
      Es handelt sich um das Material 61, bei Breitbandanwendungen gut bis etwa 100 MHz.
      Man bekommt es unter der Bezeichnung von Fair-Rite und Amidon.

      Andreas, DL2JAS
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      Heute werden AL und Q betrachtet!

      Bei Fair-Rite heißt der betrachtete Kern 2861001502 und BN61-1502 bei Amidon.
      Material 61 hat typisch ein µ von 125 und der Kern 1502 ein AL Minimum 145 nH.

      Ich baute eine einfache Testschaltung, Serienschwingkreis aus 100 pF, und dem Kern mit zwei Windungen.
      Zusätzlich hat der Schwingkreis noch 100 Ω in Reihe, der Widerstand im Bild und Generatorwiderstand.
      Der Regler TO220 dient nur zum Größenvergleich.
      Meist sind Doppellochkerne nur für wenige Windungen geeignet.
      Braucht man deutlich mehr als drei Windungen, machen sich Ringkerne deutlich besser.
      Man sieht, Ringkern ähnlicher Größe, da haben mehr Windungen Platz, sogar ohne sich zu berühren.

      Mit der Schaltung im Bild, C = 100 pF, kam ich auf 15,4 MHz Resonanzfrequenz.
      Das sind recht genau 1000 nH, ergibt wegen Quadrat ein AL von 250 nH.
      Bei 145 nH handelt es sich um die Angabe Minimum, frequenzabhängig.
      Das Bestimmen der Güte ersparte ich mir, sehr saubere Resonanz bei hoher Güte.

      Betrachten wir das µ-Diagramm des Herstellers, aus Urheberrechtsgründen als Link:
      amidon.de/contents/media/bn61.jpg
      Dort sieht man µ's und µ''s, letztere Angabe steht für die frequenzabhängigen Kernverluste.
      Beim zweiten Versuch nahm ich für den Kondensator 39 pF und landete bei 22,5 MHz.
      Dort sank die Güte merklich, überschlagen kam ich auf Q = 5.
      Das deckt sich gut mit der µ-Kurve, µ''s bei 22,5 MHz gleich 20 und 5 bei 15,4 MHz.
      Auch die Überhöhung µ's in dem Bereich war gut zu erkennen.

      Im Bild zuvor zeigte ich mehrere sehr kleine Schweinenäschen.
      Obwohl aus Fernsehtunern und Antennenabzweigern entnommen, war die Güte schon unter 10 MHz schlecht.
      Bei Breitbandübertragern, soll ja keine Resonanz werden, kann man üblicherweise Q vernachlässigen.

      Andreas, DL2JAS
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      • 61kern-bau2.jpg

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