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Stand der Technik:
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Geometrisch verkürzte, herkömmliche Antennenformen, werden
in aller Regel mit Induktivitäten
elektrisch verlängert.
Diese verlustbehafteten Verlängerungsspulen
wirken sich auf die Bandbreite und elektrischen Eigenschaften einer
Antenne nachteilig aus. In der Literatur ist die C-T-Quad (C-T =
Capacitor-Tuned) als eine geeignete Möglichkeit der Verkleinerung
(Verkürzung
des Umfanges) einer Quad-Antenne beschrieben. Die dafür notwendigen Kapazitäten werden
hierbei durch verschiedene Drahtkonstruktionen im Diagonalzweig
(am rechten und linken Seitenschenkel = Spannungsmaxima) gebildet,
die wiederum zusätzliche
Aufhänge-
oder Abspannpunkte benötigen.
Weiterhin besteht die Möglichkeit,
in die geometrische Mitte des Diagonaldrahtes der auf der Spitze
stehenden Quad, einen hochspannungsfesten Drehkondensator zur Einstellung des
Resonanzpunktes einzufügen.
(Literatur: Rothammels Antennenbuch, 12. Auflage, Seiten 415-417).
Die Vorteile einer verkürzten
Quad sind, sollte diese drehbar konzipiert werden, eine Verkleinerung
des Drehradius und eine geringere Baugröße.
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In 1 und 2 ist je eine Quad-Antenne
für 20
m (ca. 14,200 MHz) dargestellt. Die in Klammern enthaltenen Längenangaben
des Quadrates entsprechen der unverkürzten, herkömmlichen Dimensionierung. In
dieser Variante entfallen die Zusatzdrähte (1) und deren
Isolatoren bzw. Aufhängepunkte
(15). Der Antenneneinspeisepunkt befindet sich jeweils
an (2). Die nicht in Klammern gesetzten Maßangaben
in 1 und 2 entsprechen einer geometrischen Verkürzung von
ca. 40 %, wobei hier die Zusatzdrähte (1) mit den entsprechenden
Aufhängepunkten
bzw. Isolatoren (15) einzufügen sind. Längen- oder sonstige Maßangaben
zu (1) wurden bisher in keinerlei Literatur gefunden.
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Problem:
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Der im Schutzanspruch 1 angegebenen
Erfindung liegt das Problem zugrunde, ohne mechanisch aufwändiger Verschachtelung
der Drahtkonstruktion und ohne teueren, hochspannungsfesten Drehkondensator
die Ganzwellenschleifenantenne im Umfang um ca. 40 % zu verkürzen. Weiterhin
besteht das Problem bei verkürzten
und verschachtelten Quad-Varianten
mit zusätzlichen
Drahtkapazitäten,
die über
diese Drähte
vorzunehmende Resonanzpunkteinstellung der Antenne auf die Soll-Frequenz
(mehrmalige Veränderungen
der Längen
und / oder der Änderungen
der Aufhänge-
und Abspannpunkte). Versuche meinerseits mit einer verkürzten 20
m-Quad, eingefügtem
Diagonaldraht (5) und mit einem hochspannungsfesten Drehkondensator
ergaben, dass hierbei kein Resonanzpunkt einstellbar war. Ursache
ist die zu große
Anfangskapazität
eines Drehkondensators.
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Lösung:
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Die genannten Probleme werden mit
den im Schutzanspruch 1 aufgeführten
Merkmalen gelöst.
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Erreichte Vorteile:
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Mit dieser Erfindung wird eine einfache
und kostengünstige,
ca. 40 % – ige
Verkürzung
einer Ganzwellenschleife erreicht, die in ihren Eigenschaften gegenüber einer
in voller Länge
dimensionierten Quad herkömmlicher
Bauweise vernachlässigbar
geringe Nachteile aufweist. Weiterhin ist der Resonanzpunkt (Arbeitsfrequenz)
der Antenne über
einen weiten Bereich einfach einstellbar ohne die Antennengeometrie
nachträglich
zu ändern.
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Außerdem spart man an der verringerten Länge des
Antennenleiters Material in der Größenordnung bis zu 24,5 %.
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Beschreibung eines Ausführungsbeispiels:
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Ein Ausführungsbeispiel für 70 cm
(430-440 MHz) erläutern
die 3 bis 6. Es zeigen:
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3 die
mit 111 mm Kantenlänge
um ca. 40 % verkürzt
dimensionierte 70 cm-Quad. Die Schleifenunterbrechung zum Einspeisepunkt
(2) beträgt
ca. 2-3 mm. Der Antennenleiter (3) wurde aus einem Stück verkupfertem
Schweißdraht
von 2 mm Durchmesser gefertigt. In der geometrischen Mitte der beiden
senkrechten Schenkel rechts und links ist der Querdraht (5)
aus gleichem Material eingefügt
und elektrisch leitend (Lötstelle)
mit den beiden senkrechten Schenkeln verbunden. Der Diagonaldraht
(5) wird in der Mitte auf ca. 3 – 5 mm Länge unterbrochen und der Rohrtrimmer
(4) nach 6 eingelötet. Eine Transformationsleitung
aus 2 parallelen und ¼ Lamda
langen 75 Ohm-Kabeln wird am Speisepunkt (2) angelötet, wobei
es unwichtig ist, an welche Seite Schirm oder Seele gelötet wird.
Bei der Dimensionierung der Transformationsleitung ist der Verkürzungsfaktor
des verwendeten Kabels zu beachten.
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4 eine
nach 3 dimensionierte
und auf der Spitze stehende 70 cm-Quad. Bedingt durch die längere Diagonale
ist hier der Quer- oder Diagonaldraht (5) 160 mm lang.
Die Enden werden hier an den Spitzen rechts und links mit dem Antennenleiter (3)
elektrisch leitend verbunden. Der Diagonaldraht (5) ist
in der Mitte auf 3 – 5
mm Länge
unterbrochen zum Einbau des Rohrtrimmers (4) nach 6.
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5 zeigt
eine 70 cm-Oblong-Antenne (Rechteck) mit entsprechender Bemaßung. Bis
auf die abweichenden Maße
ist diese Antenne wie in der Beschreibung nach 3 und 4 aufgebaut.
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6 den
koaxialen Rohrtrimmer (4) für die 70 cm-Kurzquad. Der Diagonal-
oder Querdraht (5) ist in der Mitte auf ca. 3 mm Länge unterbrochen. Bündig mit
den Schnittkanten wird an den linken Draht eine 5 mm lange und im
Durchmesser ca. 6 – 8
mm starke Messingrohrhülse
(11) gelötet
(10). An das rechte Ende des Querdrahtes (5) wird
eine lötbare
M3-Gewindehülse
(12) angelötet.
Beide Querdrahthälften
werden mit geeignetem Klebstoff (Heißkleber oder Zwei-Komponentenkleber)
so auf der Plexiglasträgerplatte
(14) fixiert, dass die M3-Schraube (13) im eingedrehten
Zustand zentrisch in die Messingrohrhülse (11) eintauchen
kann ohne einen Kurzschluss zu verursachen. Eine Änderung
der Kapazität
(4) wird durch Annäherung
oder Eintauchen der Schraube (13) an oder in die Messinghülse (11) erreicht.
Jetzt erst wird dieser so vorbereitete Quer- oder Diagonaldraht
(5) in die entsprechende Antenne nach 3, 4 und 5 eingesetzt.
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7 den
Koaxialkondensator (4) für die Kurzwellenvariante einer
verkürzten
CT-Quad. Eine Kapazitätshälfte besteht
hier aus einem Stück
isoliertem Innenleiter (6 und 7) von RG 213 (Koaxkabeltyp) mit
einer Länge
von ca. 40 mm (für
ca. 14 bis 50 MHz). Die Innenleiterisolation wird einseitig auf
ca. 5 mm Länge
entfernt (6 und 7). Das gegenüberliegende Ende wird zur Erhöhung der
Hochspannungsfestigkeit mit Heißkleber
versiegelt (8). Eine ca. 30 mm lange Messingrohrhülse (9)
mit einem Außendurchmesser
von 9 mm bildet die andere Kapazitätshälfte. Die linke Diagonal- oder
Querdrahthälfte
(5) wird mit dem Innenleiter (6) verlötet (10).
Die rechte Querdrahthälfte
wird mit der Messingrohrhülse
(9) verlötet (10).
Der isolierte Innenleiter (6 und 7) wird bündig in die
Messingrohrhülse
(9) geschoben. Eine Feuchtraumabzweigdose (16)
geeigneter Größe erhält zwei Bohrungen
von ca. 2 mm Durchmesser um die Querdrähte (5) hindurchzuführen. Der
Koaxialkondensator (4) nach 7 wird
anschließend
lose in die Feuchtraumabzweigdose eingefügt, so dass der zugehörige Deckel
aufsetzbar ist. Der so mit dem Koaxkondensator (4) vorbereitete
Quer- oder Diagonaldraht wird nun in die nach 3 bis 5 entsprechende Antennenvariante
eingefügt.
Eine Änderung
der Kapazität
(4) wird hier durch Verschieben des isolierten Mittelleiters
(6 und 7) in der Messingrohrhülse (9) erreicht.
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Aufbaumerkmale
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Bedingt durch die Verkürzung der
Quad nach o. g. Schutzanspruch wird konstruktionsabhängig trotz
eingefügtem
Quer- oder Diagonaldraht (5) in der Variante nach 3 eine Materialeinsparung
an Antennenleiterlänge
(3) von ca. 24,5 % erreicht. In einer unverkürzten 20
m-Ausführung
(ca. 14,200 MHz) nach 1 werden
ca. 21,2 m Material benötigt
(4 x 5,3 m). In der um 40 % verkürzten
Bauform beträgt die
gesamte Leiterlänge
(3) 3,2 m x 4 = 12,8 m plus Querdraht 3,2 m = 16,00 m.
Weiterhin verringert sich der Drehradius von 2,65 m auf 1,60 m.
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Die unverkürzte Variante nach 2 benötigt ebenfalls 21,20 m Leiterlänge (3)
bei einem Drehradius von ca. 3,75 m. Die verkürzte Form benötigt, bedingt
durch den längeren
Diagonaldraht von 4,52 m, etwas mehr Leitermaterial als nach 1. Die Gesamtleiterlänge beträgt hier
3,2 m x 4 = 12,8 m plus 4,52 m Diagonaldraht = 17,32 m. Hierbei
beträgt
die Leiterlängeneinsparung 18,3
% bei einem verringerten Drehradius von 2,26 m.
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Eine Verkürzung einer Ganzwellen-Schleifenantenne
(Quad) mit eingefügten
Drahtkapazitäten nach 1 und 2(1)
ist in der Praxis sehr schwierig realisierbar, da hierzu keine Größen- oder
Dimensionierungsangaben, vor allem frequenzabhängig, bekannt sind. Es kommt
noch hinzu, selbst wenn derartige Unterlagen verfügbar wären, über Veränderungen
(Lage, Position und Längen)
dieser Drahtkapazitäten
den Resonanzpunkt der verkürzten
Quad einzustellen (Aufbau- und umgebungsabhängig).
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Mit den variabel einstellbaren Kapazitäten (4)
nach 6 und 7 ist nun eine verkürzte Ganzwellenschleife
nach Schutzanspruch 2 problemlos und ohne nachträgliche mechanische
Veränderungen
auf die gewünschte
Arbeitsfrequenz einstellbar. Ebenfalls unkritisch ist der Verkürzungsfaktor
von ca. 40 %, denn ob die Antenne nun um 50, 45 oder 40 % verkürzt ist,
ist die Antenne immer mit dem variablen Kondensator (4)
auf die gewünschte
Frequenz einstellbar. Der 40 %-Verkürzungsfaktor sollte hierbei als
größtmögliche Verkürzung angesehen
werden, da ansonsten die Antenne zu schmalbandig wird.
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Die Speisepunktimpedanz der CT-Quad
liegt bei ca. 28 Ohm. Um nun diesen niederohmigen Antenneneingang
an die 50 Ohm eines handelsüblichen Senders
und/oder Empfängers
anzupassen, wird hierzu ein Kabeltransformator von ¼ Lamda
Länge, bestehend
aus zwei parallelen 75 Ohm-Kabeln, direkt am Einspeisepunkt der
Atenne eingefügt.
Bei der Dimensionierung des Kabeltransformators ist der jeweilige
Verkürzungfaktor
des entsprechenden Kabels zu berücksichtigen.
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Einstellung bzw. Abgleich der Antenne.
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Dazu sollte die mechanisch fertige
Antenne ca. ½ Lamda über Grund
isoliert und frei aufgebaut werden. Ein Sender liefert auf der gewünschten
Frequenz über
ein Stehwellenmessgerät
(oder Richtkoppler/Reflektometer) Hochfrequenz an die Antenne. Mit
dem variablen Kondensator (4) stellt man nun die Rücklaufspannung
auf 0 (NULL). Der Koaxkondensator (4) nach 7 für
die Kurzwellenvariante sollte nach Einstellung des Optimums (SWR-
oder Rücklaufminimum)
durch Schnellkleber gegen Verschieben zwischen isolierter Seele
(6 und 7) und Messingrohrhülse (9) gesichert
werden. Weiterhin sind hier die Drähte (5) in der Feuchtraumabzweigdose
mit kurzen Schlaufen und einer Zugentlastung zu versehen.
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Wird eine derart verkürzte Quad
für z.
B. 80 m (ca. 3,600 MHz) dimensioniert, so sind die Längen der
Messingrohrhülse
(9) und des isolierten Mittelleiters (6 und 7)
nach 7 zu verdoppeln,
um eine ausreichend große
Kapazität
zu erreichen.
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Bezugszeichenliste
- 1
- Zusatzdrähte als
Kapazitäten
- 2
- Antenneneinspeisepunkt
- 3
- Antennenleiter
- 4
- Koaxial-
oder Rohrkondensator
- 5
- Diagonal-
oder Querdrähte
- 6
- Seele
RG 213
- 7
- Isolation
der Seele RG 213
- 8
- Heißkleberversiegelung
- 9
- 9
mm Messingrohr (Außendurchmesser)
- 10
- Lötstelle
- 11
- 6
mm Messingrohrhülse,
ca. 5 mm lang
- 12
- 3
mm lötbare
Gewindehülse
ca. 5 mm lang
- 13
- Schraube
M3 ca. 15 mm lang
- 14
- 3
mm Plexiglas ca. 30 x 10 mm
- 15
- Isolatoren
bzw. Abspannpunkte
- 16
- Feuchtraumabzweigdose