Funk-Amateur-Club Basel

© von Matthias HB9TPN

 

Meine QSOs auf dem 160m Band kann ich an einer Hand abzählen. Bis anhin hatte ich mir auch keine Gedanken darüber gemacht, weil mir dazu einfach die Antenne fehlte.

Bei der Durchsicht der Contest-Agenda stach mir der CQ160 Contest ins Auge und mein Interesse und «Bastlergeist» war geweckt.
Ich durchsuchte die einschlägige Literatur nach verkürzten 160m endgespeisten Drahtantennen und wurde an mehreren Orten fündig (Bsp. «Kurze Antennen» von Gerd Janzen, Rothammels Antennenbuch, «Funkamateur» Magazin)

Hier soll der Weg zur Antenne, Verlängerungsspule und dessen Berechnungen wieder gegeben werden.

Meine Antenne soll eine verkürzte endgespeiste Antenne für das 160m Band sein. Jedoch darf sie die maximale Antennendrahtlänge von 25m aus Platzgründen nicht überschreiten.

Ich verwende meine Allerweltsantennendraht – Litze mit 0.5mm2. Dieser Draht ist zwar nicht die erste Wahl, da die PVC-Isolation nicht UV-beständig ist und der Drahtdurchmesser für höhere Leistungen nicht durchschlagfest ist.
Die Litze ist jedoch gut zu beschaffen und 100m kosten gerade mal CHF 25.-. Und ich werde maximal 100W PEP auf die Antenne geben. Meine theoretische Resonanzfrequenz im 160m Band habe ich bei 1.850 MHz gewählt.

Berechnungen der verkürzten 160m-Antenne mit Verlängerungsspule

Aufbau 160m Antenne 

Bild aus Funkamateur FA11/97

 

Formel 1: Wellenlänge

Wellenlaenge 1

Bei einer Frequenz von 1.850 MHz (im 160m Band) ergibt das eine Wellenlänge von 162.16m

 

Formel 2: Länge des Antennendrahtes in Winkelgraden mit Bezug zum Einheitskreis und der Wellenlänge 

Laenge Antennendraht Winkel

Bei einer Antennendrahtlänge von 25m ergibt sich ein Winkel Phi von 55.5°

 

Der Schlankheitsgrad S einer Antenne hat Einfluss auf den mittleren Wellenwiderstand Z.

Antennen Schlankheitsgrad Bild

Bild aus Rothammels Antennenbuch, 12. aktualisierte Auflage, Seite 429

 

 

Formel 3: Mit dem Schlankheitsgrad S = l/d wird die Wellenimpdeanz der Antenne berechnet

Wellenimpedanz

Mit einer Antennenlänge von l=25m und einem Drahtdurchmesser von d=0.8mm ergibt sich eine Wellenimpedanz Z=629.4 Ohm.

Aufgrund der starken mechanischen Verkürzung der 160m-Antenne auf 25m, hat die Wellenimpedanz Z einen kapazitiven Blindanteil, den man durch eine Verlängerungsinduktivität kompensieren muss, um einen reellen Wellenwiderstand zu bekommen.

Formel 4: Der kapazitive Blindwiderstand berechnet sich aus der Wellenimpedanz Z und der Antennenlänge in Winkelgraden Phi (siehe Formel 2).

Xc

 

Mit Z= 629.4Ohm und Phi=55.5° ergibt sich ein kapazitiver Blindwiderstand Xc=432.6Ohm.
Dieser Blindwiderstand Xc wird durch die Serieschaltung einer Induktivität XL kompensiert. 
Damit ist Xc = XL

Formel 5: Daraus ergibt sich die Induktivität L

L

Das ergibt eine Induktivität L zur Kompensation von 37.2uH.

 

Bauen der Induktivität als Luftspule zur elektrischen Verlängerung der Antenne

Ich habe die Induktivität mit einer Luftspule gebaut. Dazu verwendete ich vom Baumarkt ein Ablaufrohr DN75 (Durchmesser 75mm) aus Polypropylen PP. Als Draht habe ich ebenfalls die 0.5mm2 Litze verwendet. Theoretisch kann die Induktivität auch mit einem Ringkern aufgebaut werden, was die Windungszahl deutlich verringern würde.
Die Drähte auf der Spule habe ich mit Heissleim befestigt, so dass diese nicht mehr verrutschen können. Die beiden Drahtenden der Luftspule wurden mit M4 Schrauben und Kabelschuhen am Spulenkörperrohr befestigt. 
Den Antennendraht habe ich mit einem Karabinerhaken ans PP-Rohr befestigt und damit auch eine Zugentlastung des 25m Drahtes geschaffen. Der 25m-Antennendraht kann so auch bequem an der M4-Schraube der Induktivität befestigt werden (siehe Bild 1). 

Formel 6: Die Berechnung der Windungszahl erfolgt aufgrund der folgenden Formel für kurze Luftspulen. 

L Luftspule

Formel 6 ist eine sehr gute Annäherung. Bei Verwenden des PP-Rohrs als Spulenträger müsste dessen magn. Permeabilität ur korrekterweise noch miteingerechnet werden. Da aber ur von Plastik nahezu 1 ist, kann dieser Faktor vernachlässigt werden, da andere Einflussfaktoren viel mehr ins Gewicht fallen

Mit dieser Formel ergab sich mit dem o.g. Baumarktrohr und der geforderten Induktivität von 37.2uH eine Windungszahl von 22.5 Windungen. Die Anzapfung des Koaxkabels erfolgt aufgrund der Annahme des gewünschten Wellenwiderstandes von Z0=50 Ohm. Die Windungszahl zur Anzapfung wird vom «kalten Ende», d.h. von Erde oder Radials in Richtung Antennendraht gezählt.

Formel 7: Die Formel zur Windungszahl bis zur Anzapfung

Anzapfung

Für meine Induktivität bedeutet das, dass ich nach 7.6 Windungen das Koaxialkabel an die Spule anzapfen muss, um die gewünschten 50Ohm Wellenwiderstand zu bekommen. 

 

Induktivitaet Rohr

Bild 1: Luftspule mit PP-Rohr, links der Karabinerhaken mit dem Antennendraht, rechts die Anzapfung des Koaxkabels

 

Mantelwellen

Bild 2: Aufgrund der unsymetrischen Antennenbauform wird eine Mantelwellensperre auf dem Koaxkabel (hier mit FT240) empfohlen

 

 Gegengewicht

Bild 3: Ein Gegengewicht in Form von Radials oder die Anbindung an eine gute Erde (hier die Dachrinne) ist unerlässlich, ansonsten funktioniert die Antenne nicht

 

Das Ausmessen der Antenne ergab ein nahezu perfektes SWR auf der gewünschten Resonanzfrequenz. Die Antenne ist schmalbandig und bereits das Verschieben der Sende-/Empfangsfrequenz um ein paar 10kHz erfordert das Nachstimmen mittels Antennen-Tuner. Die verkraftbare Leistung ist ca. 100W PEP. Wird mehr Leistung verlangt, muss die Luftspule anders (mit anderem Kabel) aufgebaut werden. 

SWR

Bild 4: SWR-Analyzer mit der 25m-Drahtantenne für 160m (Resonanzfrequenz ist 1.880MHz, SWR 1:2.3)

 

Testaussendungen mit WSPR ergaben eine ordentliche Anzahl Stationen, die mich auf dem 160m-Band mit der neuen Antenne und 5W PEP gehört haben. Ich bin zuversichtlich, dass ich in Zukunft mehr QSOs vom 160m-Band in meinem Log haben werde. 

WSPR HB9TPN

Bild 5: WSPR-Karte mit HB9TPN Empfangsbestätigungen mit 5W PEP

 

Die Berechnungen der Verlängerungsspulen, Abgriffe, Induktivitäten, etc. können auch sehr bequem mit der Software von Bernhard Bornschein, DL7XF, durchgeführt werden, welche gratis auf seiner Homepage zur Verfügung steht. Die Luftspulen können auch mit dem mini-Ringkern-Rechner von DG0KW berechnet werden. 

DL7XF

 Bild 6: Software von DL7XF

 

Nachtrag vom 27.01.2025:
Mittlerweile ist der Contest CQ160 beendet und bei mir stehen mehr als 150 QSOs im Log. Die Antenne funktioniert ufb. Das Thema beim 160m-Band ist der "Man made Noise" in urbanen Gebieten. Der Störnebel auf dem 160m-Band ist aufgrund der umliegenden Häuser durch Schaltnetzteile, PV-Anlagen, LED-Leuchtketten, Haushaltsgeräte, Wärmepumpen, Fernseher, etc., enorm.