Homebrew, verwindungsfeier Faltdipol aus Bandkabel, Uli-DL2LTO

Ein verwindungsfreier, effektiver Faltdipol für das 20m Band, gefertigt aus UKW Bandkabel

Projekt: Ein verwindungsfreier, effektiver Faltdipol für das 20m Band, gefertigt aus UKW Bandkabel

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Einleitende Worte

Ein Artikel von Dave Benson, K1SWL, in der Herbst Ausgabe 2001 des QRPp Magazins ‚Northern California QRP Club‘ mit der Überschrift ‚Dipol mit Zweidrahtleitung für den portablen Betrieb‘ weckte bei den Lesern reges Interesse, meines auch.
Antenne verpackt für den Transport

Er wünschte sich eine einfache portable Drahtantenne, die in jeden kleinen Rucksack passt und schnell, ohne einen Drahtverhau entwirren zu müssen, aufgespannt werden kann und weiterhin die Kabelverluste vom RG-174 vermeidet. Über diese Anforderungen wurde mehrfach diskutiert, mit Erfolg.
Dave’s Faltdipol für 20m machte es fast unmöglich, einen Drahtverhau zu produzieren, egal wie man es versuchte. Als Antennenkabel verwendet er 240 Ω Bandkabel, sowohl für die Antenne als auch für die Speiseleitung. Das war der erste Teil.
Es dauert nur wenige Sekunden diesen Bandkabeldipol aus dem Rucksack zu nehmen, zu ‚entfitzen‘ und die Antenne zu errichten. Eine sehr servicefreundliche Antenne.
Aber was ist das Besondere daran? Ganz einfach, das Auffälligste an diesem Faltdipol ist die Anpassschaltung. Mit nur zwei Ringkernen und zwei NP0 Kondensatoren wird die symmetrische 240 Ω Bandkabel-Speiseleitung an den unsymmetrischen 50 Ω TRX Eingang angepasst. Vom Prinzip her eine Boucherot Brückenschaltung.
Jedes L-C-Glied in dieser Brücke wird als L-Netzwerk berechnet.
Fasziniert von dem nicht auftretenden Drahtverhau und die sehr geringen Verlusteigenschaften, war es ein Muss diese Antenne auszuprobieren.
Vorweg, es handelt sich hier um eine symmetrische Monoband Antenne, einen Faltdipol aus UKW 240 Ω Bandleitung, natürlich ohne Radials!

Antennen Skizze

Antennen aus Bandleitung sind infolge ihres geringen Gewichtes und ihrer Flexibilität bsonders gut für portable Aktivitäten geeignet. Die Speiseleitung läst sich sehr leicht mit den Strahlerelementen verbinden. Ein sehr leichter Faltdipol lässt sich sehr gut aus UKW Bandleitung anfertigen. Die λ/2 müssen noch mit dem Verkürzungsfaktor ca. 0.88 [je nach verwendetem Bandkabel!] multipliziert werden. Die Einspeisung erfolgt hier über eine beliebig lange Bandleitung vom gleichen Material. Am stationsseitigen Ende muss ein Anpassung an die 50 Ω des TRX erfolgen.
Die gegenüber dem einfach Drahtdipol erhöhte Bandbreite macht sich bei portabel Betrieb sehr gut.
Die Leistungsfähigkeit dieser Antenne hängt aber auch von den lokalen Erdverhältnissen ab.
Auch das Dielektrikum, also das Isolationsmaterial zwischen beiden Leiter des Bandkabels hat großen Einfluss und wirkt sich auf den Verkürzungsfaktor aus. Den Verkürzungsfaktor, habe ich mit ca. 0,85 angenommen. Beim praktischen Einmessen der Antenne muss dieser Fakt berücksichtigt werden.

Ein symmetrierender Impedanzwandler

Die Antenne soll möglichst viel der von der TRX Buchse abgestrahlten Leistung abstrahlen. Dazu ist eine Leistungsanpassung zwischen Sender und Antenne notwendig. In der Praxis schafft man das nicht zu 100%. Viele Faktoren wirken auf das 'Antennengesamtgebilde' ein und beeinflussen die exakte praktische Anpassung. Wenn kapazitive und induktive Blindwiderstände Null sind bzw. zu Null kompensiert wurden, spricht man voe Resonanz.
Eine 'Anpassungsvorrichtung' soll diese erzwungene Kompensation der Blindwiderstände realisieren und für die 50 Ω Systemresonanz sorgen.
Die Schaltung passt den Fußpunktwiderstand des Faltdipols an die genormten 50 Ω Antennenbuchse des TRX an. Das aber nicht in alltäglicher Form.
Zur Anpassung einer erdsymmetrischen Antenne an den unsysmmetrischen TRX Ausgang kann man wie hier gezeigt einen L-C Balun-Transformator verwenden.
Was passiert, wenn beide L-Glieder kombiniert werden? Sie haben dann einen gemeinsamen 50 Ω Eingang und gemeinsamen 240 Ω Ausgang. Und nun das Beste. Am Ausgang ist die Phase um 180° verschoben. Ein Zweig ist um 90° nacheilend, der Andere um 90° voreilend, zusammen also 180°. Somit sind die Signale am Ausgang symmetrisch zueinander und dazu noch mit annähernd gleicher Amplitude. Das trifft aber nur für die berechnete Frequenz zu.
Die niederohmige Seite, 50 Ω Koaxkabel, lässt sich erdbezogen betreiben, das LC-Neztwerk transformiert nicht nur sondern symmetriert auch.
Wenn Re = Ra, erreichts du Anpassung und das Glied wirkt als breitbandigbes verlustloses Symmetrierglied und braucht im Band nicht nachgestimmt zu werden!
Die Tiefpasskonfiguration hat noch den Vorteil, dass Oberschwingungen gedämpft werden.
Anzumerken ist, dass dieses einfache LC Anpassnetzwerk durch geeignete Wahl der Blindwiderstände jedes Transformationsverhältnis realisieren kann.

Parallele Induktivität und Kompensation mit Kapazität in Reihe bzw. Parallele Kapazität und Kompensation mit Induktivität in Reihe.
Und so kann die Berechnng aussehen:

Es kann jede beliebig auftretende Impedanz verlustarm auf 50 Ω transformiert werden. Die Abstimmung ist eindeutig und die Verluste gering. Die gewünschte Anpassung und gleichzeitige Symmetrierung ist mit dieser Schaltung sehr gut möglich.
Wenn dir die Berechnung von L und C zu komplex ist, nimm dazu diesen

LC Balun Designer.
Berechnung Blindwiderstand:

Induktivität.
Berechnung Blindwiderstand:

Kapazität.
Berechnung:

LC-Glieder.

Durch die Kombination von Reihen- und parallelschaltung der beiden Blindwiderstände lässt sich jede komplexe Impedanz auf die Systemimpedanz von 50 Ω bringen, immer unter Beachtung der genauen Frequenz.

Details zur Konstruktion

Solche Rolle mit 150m 240 Ω Flachbandkabel ist gut für Antennenexperimente. Immer wieder mal auf Flohmärkten oder Ebay schauen, es lohnt sich, zumal der Preis/m gering und oft verhandelbar ist.

Das T Stück [ca. 50 x 40 mm] und die beiden End Abspanner [ca. 25 x 15 mm] wurde aus unbeschichtetem Pertinax gefertigt und sind federleicht. Durch die Schlitze wird das 240 Ω Bandkabel gefädelt und die Loch Bohrungen können zur Aufnahme von dünnen Abspannseilen dienen.

Die beiden Drähte des Bandkabels werden zusammengelötet, ein 'Kurzschluss'. An die, aus unbeschichtetem Leiterplattenmaterial hergestellten Isolatoren, werden beliebig lange Abspannseile befestigt. Hier ist es 2mm Maurerschnur.

Das T-Stück. Auch aus unbeschichtetem Leiterplattenmaterial hergestellt. Am Nylonfaden hängt der 'Aufhängepippel' für die GFK Spitze oder für die Abspannschnur. Dazu ist das Loch gebohrt worden.

Meßaufbau zu Abgleich des LC-Gliedes.

Antenne im Betrieb.

Das einfache Layout für die L-C-Anpassschaltung habe ich auf einem Stück einseitig beschichteter Platine geritzt. Das Maß ist 70 x 20 mm.
L1 und L2 sind Ringkerne vom Typ T37-2 mit jeweils 21 Windungen aus 0,4 mm CuL. Die Kapazitäten von C1 und C2 habe ich aus einem Keramiktimmer 10-50 pF und einem Keramik Festkondensator NP0 von 67 pF in Parallelschaltung ausgeführt. Ich wollte experimentieren und die Kapazität und Indultivität geringfügig verändern. Die Induktivität wurde durch Zusammendrücken bzw. Auseinaderziehen der Windungen geringfügig verändert.
Um eine möglichst kurze Verbindung zum TRX zu realisieren, habe ich die BNC Buchse gleich mit auf die Platine verlötet. Mit einer BNC Kupplung geht es dann direkt an den TRX Buchse. Es ist sicher auch möglich das Anpassglied durch ein kurzes Stück 50 Ω Koaxkabel mit der TRX Buchse zu verbinden.

Einige wichtige theoretische Hinweise lieferte Hans, DJ4AZ in seinem Artikel 'Variationen zum L-Glied' im QRP-Report, 2/2004.

Bestückte Platine, obere Seite.

Bestückte Platine, untere Seite.

Bestückte Platine, Seitenansicht

Hinweis zu den beiden Induktivitäten

Die beiden Induktivitäten werden mit einem Rinkern T37-2, Farbe rot, AL Wert 40 µH/100 Windungen, Permeability = 10, Frequenzraster 2 MHz bis 30 MHz realisiert.
Laut Berechnung werden 18 Windungen benötigt, um die ca. 1,25 µH zu erreichen. Dazu ist der

miniRingkern Rechner sehr zu empfehlen. ABER, das Ergebnis bitte nur als einen ersten Richtwert verstehen!
Die Eisenpulver-Ringkerne unterliegen doch recht großen Fertigungstoleranzen, die sich im Al Wert niederschlagen. Sie können schon mal bis zu 20% betragen.
Bitte immer eine konkrete Messung für jeden Kern durchführen. Das gibt dir die Gewissheit, mit der richtigen Induktivität zu arbeiten! Ein LC-Meter ist da sehr vorteilhaft, einfach ein Muss für einen Bastler. Die berechneten 18 Windungen reichten bei mir auch nicht und ich wickelte noch +3 hinzu, um auf den gewünschten Wert von ca. 1,3 µH zu kommen.

Messaufbau

Die folgenden Diagramme zeigen den Verlauf meiner Optimierungen auf.
Auf Diagramm klicken, dann wird im separaten Fenster das Diagramm gross angezeigt.

Stehwellenverhältnis, Wirkwiderstand/Blindwiderstand, Scheinwiderstand/Phasenwinkel und Smith-Diagramm.
Dargestellt werden die Messwerte, mit L-C Balunransformator auf der Frequenz 14,090 MHz. Im folgenden wurde auf diese Resonanzfrequenz getriggert.
Auf Diagramm klicken, dann wird im separaten Fenster das Diagramm gross angezeigt.