DJ9CS - Messungen an Antennen

Messungen an Antennen

Zur Überwachung der Antennenanpassung sind natürlich auch bei mir standardmäßig Stehwellenmessgeräte am Ausgang der Transceiver bzw. Endstufen in die Koaxkabel eingeschleift. Die beiden Fotos hier zeigen Eigenbaugeräte für den Kurzwellenbereich, wobei rechts nur die vom eigentlichen Messkopf abgesetzte Anzeigeeinheit zu sehen ist.

Während die Vertikalantenne HyGain AV-620 für die oberen KW-Bänder ohne weiteres Anpassgerät betrieben werden kann, benötigt der 2 mal 15m Dipol ein Anpassgerät. Zum Thema Antennenanpassung, speziell für symmetrische Antennen mit Speisung über Paralleldraht ("Hühnerleiter"), verweise ich auf meinen Vortrag Antennen Anpassung DJ9CS.pdf (ca. 4.5 MB).

Nach einem Blitzvolltreffer musste ich im Jahr 2003 meine bewährte Vertikal Antenne für die höheren Kurzwellenbänder CUSHCRAFT R5 ersetzen. Da ich mit der R5 zufrieden war, habe ich mich für das Nachfolgemodell CUSHCRAFT R6000 als Ersatz entschieden. Der Aufbau mit Abgleich war problemlos. Leider kam nach einiger Zeit die große Enttäuschung. Beim ersten Regen musste ich feststellen, dass der Abgleich völlig daneben lag. Ich habe darauf den Abgleich, also die Abhängigkeit des Stehwellenverhältnissen von der Frequenz über einen längeren Zeitraum beobachtet. Die Veränderung mit der Witterung war reproduzierbar. Der Abgleichpunkt für das niedrigste SWR verschob sich um fast 300 kHz bei Regen. Die folgenden Bilder zeigen die Verhältnisse jeweils für die beiden Bänder 20m und 15m, wobei auf den anderen Bändern es zu ähnlichen Ergebnissen kam. Die Aufnahmen sind mit dem NWT7 und angeschlossener 50 Ohm Messbrücke gemacht worden. Ein 'Klick' auf die Bilder zeigt diese vergrößert.

Ich habe die Beobachtungen mit den Entwicklern per eMail diskutiert. Letztlich konnte man mir die Messergebnisse nicht wirklich erklären. Ich fand dies etwas unbefriedigend, da ich davon ausgehe, dass dieses 'Regen-Problem' nicht zum ersten Mal an die Firma herangetragen wurde. So lassen sich im Internet bei http://www.eham.net/reviews/detail/134 unter den Product Reviews für die R6000 mehrfach Hinweise wie 'But when it rains it is about as good as a football bat!' finden. Man gab mir von CUSHCRAFT den Rat, zu probieren, ob die Antenne auf dem Dach noch etwa 2m höher gesetzt bessere Ergebnisse liefern würde. Da dies auf dem Dach nicht so einfach umzusetzen war und die R5 an gleicher Stelle nur sehr geringe Veränderungen im Abgleich bei Regen zeigte, überzeugte mich diese Vorgehensweise nicht. Ich habe mich daraufhin entschlossen, die R6000 durch die AV-620 von HyGain zu ersetzen.

Wie an den dargestellten Messungen zu erkennen ist, war die Entscheidung für die AV620 richtig. Natürlich verschiebt sich auch hier die Resonanzfrequenz, aber weit weniger.

Vom Material und der Verarbeitung, also von der mechanischen Stabilität her hat mir die CUSHCRAFT Antenne besser gefallen, aber leider waren die entscheidenden Daten nicht akzeptabel. Hier in Norddeutschland sind die Zeiten mit Regen doch nicht zu vernachlässigen.

Seit einiger Zeit besitze ich einen 'Antenna Analyzer'. Angeregt zu diesem kleinen Messgerät wurde ich durch den Beitrag in der Zeitschrift FUNKAMATEUR Heft 12/2004 Seite 1244 bis 1246 mit dem Titel 'Kompakter Antennenanalysator und DDS-Generator von 1 bis 60 MHz' von Davide Tosatti - IW3HEV und Alessandro Zanotti - IW3IJZ. Schon lange vorher hatte ich die Berichte über den 'Vector Network Analyzer' (VNA) von Paul, N2PK im Internet http://users.adelphia.net/~n2pk/VNA/VNAarch.html verfolgt. Leider habe ich den Termin verpasst, um bei Greg, W8WWV einen entsprechenden Bausatz abzubekommen. Zu mindest sind auf den Seiten von W8WWV zum VNA (Vector Network Analyzer), designed by Paul, N2PK detaillierte Unterlagen zu finden. Die Daten sind einfach überzeugend.

Der Antennen Analysator von IW3HEV stellt auch einen VNA dar, ist aber mit deutlich weniger Aufwand realisiert. Auch wenn damit natürlich die ganz hohen Genauigkeiten nicht erreicht werden können, stellt diese kleine handliche Gerät für den Funkamateur ein wertvolles Messsystem bereit.

Das Blockschaltbild zeigt den prinzipiellen Aufbau. Der Signalgenerator mit dem DDS-IC von Analog Devices AD9851 speist den Richtkoppler, der mit der Antenne oder einer anderen unbekannten Impedanz Z_x abgeschlossen ist. Die Ausgangsspannungen des Richtkopplers U_vorw und U_refl liegen an den beiden Eingängen des interessanten Bausteins AD8302. Dieser Schaltkreis misst das Amplitudenverhältnis, sowie die Phasendifferenz der beiden anliegenden Signale. Die entsprechenden Gleichspannungspegel werden über die folgenden AD-Wandler über die Parallelschnittstelle in den PC zur Darstellung eingelesen. Die Stromversorgung geschieht über die USB-Schnittstelle des PC (+5 V).ä

Aus dem Spannungsverhältnis und der Phasendifferenz lassen sich die folgenden interessierenden Werte für Frequenzbereich 1-60 MHz berechnen:

Stehwellenverhältnis SWR
Phase des Reflektionskoeffizienten 0°-180°
Blindanteil von Z_x: X_s im Messbereich 0-300 Ohm
Realanteil von Z_x: R_s im Messbereich 0-300 Ohm
Betrag von Z_x: IZI im Messbereich 0-300 Ohm
Rückflussdämpfung (return loss R.L.) in dB

Alle Unterlagen zu diesem Antennenanalysator sind über Homepage von Davide IW3HEV aus dem Internet herunterzuladen. Über diese Seite findet man auch den Zugang zu der YAHOO! Groups Seite mit allen aktuellen Nachrichten zum Analysator.

Ergänzend zum Blockschaltbild wird hier nebenstehend das komplette Schaltbild gezeigt. Wie auch bei den anderen Abbildungen und Fotos erhält man nach 'Anklicken' ein Bildschirm füllendes Bild mit allen Details.

Die folgenden 3 Fotos zeigen meinen Aufbau des Antennenanalysators in einem Weissblechgehäuse mit den Abmessungen (L x B x H) 110 x 55 x 28 mm:

2 Messbeispiele sollen den Einsatz des Antenna Analyzers zeigen.

Im linken 1. Beispiel ist mein 2 x 15m Dipol, der mit einem Koppler auf 3.700 MHz abgestimmt wurde, an den Analysator angeschlossen. Dargestellt ist der Frequenzbereich des 80m Bandes von 3.5 bis 3.8 MHz. In roter Farbe ist der Verlauf des SWR gezeigt, in violetter der Betrag der Impedanz. Während bei 3.700 MHz ein SWR von 1.22 gemessen wird (Minimum Eintrag und 'Marker 2'), steigt das SWR 100 kHz tiefer auf 3.89. Die Antenne ist also recht schmalbandig und muss mit dem Koppler bei 100 kHz QSY schon erheblich nachgestimmt werden. Der dargestellte Messbereich für das SWR ist auf der linken vertikalen Achse linear von 1.0 bis 10.0.

Das 2. Beispiel zeigt den Verlauf des SWR und des Betrages der Impedanz meiner Vertikalantenne HyGain AV620 in Frequenzbereich 10 bis 30 MHz. Die Minima des SWR liegen in den Bändern bei 14 MHz, 18 MHz, 21 MHz, 24 MHz und 28 MHz.