Umbau einer CB-Vertikalantenne für 6 (oder
mehr) Kurzwellenbänder.
Weil mir der Platz für große Antennen fehlt habe ich meine CB-Antenne
etwas umgebaut.
Von der Antenne wird nur der 6m lange Strahler verwendet, die Anpassschaltung
wird ausgebaut. Diesen Strahler habe ich durch das Dach gesteckt, d.h. der
strahlende Teil fängt schon unter den Ziegeln an. Durch dem kapazitiven
Einfluss des Ziegel und Dachdämmung(Mineralwolle) wird die Antenne zwar
scheinbar verlängert, dafür muss man aber die Anpassschaltung nicht
wetterfest machen und man kann mehr Radiale anbringen. Die Anpassschaltung
arbeitet mit Relaisumschaltung die über ein 6-adriges Steuerkabel geschalten
werden.
Etwas Theorie zu Vertikalstrahlern:
Prinzipiell gibt es verschiedene Möglichkeiten einen vertikalen Strahler
auf verschiedenen Bändern anzupassen:
1) Anschluss über Koaxkabel und Tuner im Shack. Ganz schlecht Lösung,
geht nur gut wenn die Frequenz nicht alzu weit von der Eigenresonsanz entfernt
ist. Ein 6 m langer Strahler (ca 1/4 Lambda auf 20m) läßt sich
so noch gut für 30 oder 15 m verwenden. Allerdings wird das ganze Koaxkabel
zur Antenne => höhere Verluste im Koaxkabel + eventuell Störungen
durch vagabundierede HF.
2) automatischer Antennentuner am Fupßunkt: Gut für alle Bänder
die höher als die Resonanzfrequenz sind. Für die unteren Bänder
schlechter Wirkungsgrad, teuer.
3) Einbau einer Verlängerungsspule am Fußpunkt und Umschalten mit
Relais (von Hand).
Weil mir das Geld für einen automatischen Tuner zu schade war habe ich
schon seit längerem mit einer ferngesteuerten Anpassschaltung experimentiert.
Eine Groundplaneantenne besteht aus einem Lambda/4 langen Strahler mit der
Erde als Gegengewicht. Weil kein Boden ideal ist verwendet man Radiale. Der
Strahler hat gegenüber dem Untergrund eine kleine Kapazität, dadurch
fließt im Sendefall Strom von der Antenne in den Untergrund. Damit dieser
Strom möglichst verlustfrei wieder zur Antenne zurückfließen
kann braucht man einen Untergrund mit guter Leitfähigkeit. Wichtig ist
in diesem Fall aber nicht der Gleichstromwiderstand sondern der Wechselstromwiderstand
bei der Nutzfrequenz. Aus diesem Grunde ist es nicht besonders effektiv die
Antenne nur z.B. über den Blitzableiter oder Heizungsrohre zu erden,
diese haben zwar eine gute Leitfähigkeit für Gleichstrom (Blitze)
führen die Strom aber nicht effektiv zur Antenne zurück. Dadurch
entstehen Verluste weil die zugeführte Leistung nur den Boden heizt aber
nicht abgestrahlt wird.
Um diese Verlsute zu minimieren muss man möglichst viele Radiale sternförmig
um den Fußpunkt der Antenne auslegen. Die Stromdichte ist dabei am Fußpunkt
der Antenne besonders hoch. Wichtig ist das die Radiale eine möglichst
große Fläche abdecken und niederomig mit dem Speiskabel verbunden
sind.
Die Radiale sollten mindestens genau so lange sein wie der Strahler, je länger
desto besser. Viele kurze Radiale sind besser als wenige lange. Die Radiale
müssen bei einer Multiband-GP nicht resonant sein.
Bei einer Groundplane gibt es drei verschiedene Arten von Verlusten:
1) Ohmsche Verluste im Stecker/Strahler (diese sind meistens vernachlässigbar
klein)
2) Verluste in der Verlängerungsspule
3) Erdverluste
Bei einer resonantenLambda/4 langen GP ohne Spule ist der einzige Verlust
der Erdverlust. Wenn man bei einer Groundplane am Fußpunkt ein SWR von
1:2 misst läßt sich daraus der Erdverlust berechnen. Der Strahlungswiderstand
einer derartigen Antenne liegt bei etwa 35 Ohm. Ein SWR von 1:2 bedeutet bei
50 Ohm Speisekabel einen Eingangswiderstand der Antenne von 100 Ohm, d.h.
der Erdverlust der Antenne ist 65 Ohm. Dies ergibt einen Wirkungsgrad von
35 / 35+65 = 35 %. Der Wirkungsgrad läßt sich nur steigern wenn
man den Erdverlust durch viele Radiale verkleinert.
Bei einem theoretischen SWR dieser Antenne von 1:1 beträgt der Erdverlust
immer noch 15 Ohm, der Wirkungsgrad liegt bei 70%.
Aus diesem Grund läßt das SWR keine Aussage über den Wirkungsgrad
der Antenne zu. Wenn man die Erdverluste unter 15 Ohm senkt steigt das SWR
sogar wieder an obwohl der Wirkungsgrad steigt.
Daraus ergeben sich folgende Konsequenzen:
1) Man baut sich eine Antenne die ein guts SWR hat indem man gerade so viele
Radiale verwendet bis Strahlungswiderstand + Erdwiderstand gerade 50 Ohm ergeben
oder man verwendet ein oder mehrere resonsante Radiale.
2) oder man baut die Antenne für maximalen Gewinn (kleiner Erdverlust,
viele Radiale) und nimmt ein schlechteres SWR von 1:2 in kauf, welches sich
aber mit einem Anpassgerät am TX einstellen läßt.
3) Mit Hilfe eines SWR-Meters ist das auffinden der Resonanzstellen auf der
Verlängerungsspule sehr zeitaufwendig, (nicht unmöglich...) weil
nicht bekannt ist warum das SWR schlecht ist (Resonanzfrequenz falsch, Erdverlust
zu groß oder beides ??). Ein Dipmeter oder ein Antennenanalysator sind
sehr hilfreich.
Je stärker die Antenne verkürzt wird desto kleiner wird der Strahlungswiderstand,
und umso höher fällt der Erdverlust ins Gewicht.
Da sich die Bodenleitfähigkeit mit der Frequenz ändert ist der Erdverlust
bei einer gegebenen Antenne keine feste Größe sondern wird mit
zunehmender Frequenz größer.
Bei einer realen Multiband-GP mit Verlängerungsspule kommen zusätzlich
zum Erdverlust noch der Verlust der Spule + Omhscher Verlust dazu.
Praktischer Teil:
Prinzipiell lässt sich jede beliebige Strahlerlänge verwenden, ich habe jedoch 6 m gewählt und zwar aus folgenden Gründen:
1) auf 20 m (meinem Hauptband) ergibt das (fast)
eine unverkürzte GP m.
2) auf 10 m hat man einen endgespeisten Dipol mit entsprechender Flachstrahlung
3) auf 15 m hat meine eine zu lange GP mit flacher Abstrahlung
4) für 40 und 80m ist die Strahlerlänge egal.
Zentrales Element der Anpassschaltung ist eine Spule mit etwa 45 µH
hoher Güte (40 Windungen 4 mm Kupferdraht, Durchmesser ca. 8,5 cm).
Der Bau der Spule erfolgt analog wie bei meinem KW-Antennentuner
aus 4 mm starkem Kupferdraht. Bei DL4SZ
gibt es auch eine gute Bauanleitung für Spulen.
Ein Ende der Spule wird mit kurzem dickem Kabel mit dem Strahler verbunden,
das andere Ende direkt mit den Radialen und der Masse des Speisekabels.
Für die Umschaltung benutze ich kleine Relais von Anritsu, 120V/4A, zwei
mal Umschalter. Die Relais sollten vorher auf ihre HF-Tauglichkeit bei der
gewünschten Sendeleistung getestet werden, besonders bei den 80,40 und
20 m Relais fließt ein recht großer Strom. Die Relais werden vom
Shack aus über ein 6 poliges abgeschirmtes Kabel angesteuert.
Schaltbild:
Zuerst sucht man mit dem Dipmeter den Abgriff für 80m. Danach kommen
die höheren Bänder, 40m und 20m.
Die Anpassung für 10 und 15 m geht nicht mit dem Dipmeter. Mit dem Antennenanalysator
oder TRX + SWR Meter sucht man auf der Spule einen Punkt wo das SWR minimal
wird.(Der Dreko muss dabei auf kleinster Kapazität stehen) Davon gibt
es normalerweise mehrere, es wird derjenige verwendet welcher am nächsten
am Strahler ist.(ca 5-6 Windungen).
Mit dem Dreko wird nun auf SWR minimum abgeglichen. Es muss sich ein SWR von
1:1 einstellen lassen, wenn nicht das andere SWR-Minimum benutzen. Das SWR
ist besser als 1:1,5 im ganzen 10 m Band.
Für 15m geht man genauso vor, der Spulenabgriff liegt 1-2 Windungen weiter
wie für 10m.
Das heise Ende der Drekos sollte man bei TX nicht berühren, auch nicht
bei 5 Watt....
Falls das SWR auf 14 MHz zu schlecht ist: Mit dem Dipmeter die Resonanzfrequenz
des Strahler festellen. Falls die Antenne zu kurz wird sie mit der Spule verlängert,
wenn zu lang kann man einen Dreko (70-100pF) in Serie zum Strahler einbauen.
Als Drekos gehen fast alle Luftdrekos mit 0,5mm Plattenabstand (bei max.100
Watt).
Tips zum Aufbau:
- kein Metallgehäuse für die Spule
verwenden, die Leitungskapazitäten zwischen Gehäuse und Relais/Kabel
sind auf 28 Mhz sonst größer als der Wert den der Dreko haben sollte.
- Alle Massekontakte müssen möglichst kurz und dick sein, besonders
die HF-Buchse am Antenneingang und die Drekos sollten gemeinsamauf einem Blech/Cu-kaschierte
Platine montiert werden.
- möglichst viele Radiale, ich benutzte 12 Radiale je 4 Meter sowie 3
Alustäbe 8mm je 1,5 m lang. Jeden größeren metallischen Gegenstand
in der Nähe der Antenne an das Radialnetz anschließen.
Ich benutze diese Antenne schon seit 18 Monaten, hauptsächlich auf 20m
und 15m. Gegenüber einem 14 m langen Dipol unter Dach ist die Vertikalantenne
im DX-Betrieb besser. Im Europabetrieb und auf 40m sind die beiden Antenne
etwa gleich.
Auf 40 m kann man mit 100 Watt ganz Europa arbeiten, auf 80m ist die Antennen
natürlich nur ein Provisorium.
Der Nachteil des geringen Wirkungsgrades wird durch die flache Abstrahlung
und das gleichmäßige horizontale Strahlungsdiagramm wieder ausgeglichen.
Mit MMANA berechnete vertikale Strahlungsdiagramme mit 10* 4m langen Radialen,
Antenne direkt auf dem Boden.
last update 20.9.05 Dirk
Schray