Portable 10-m-Quad-Loop
Einfache, leichte Portabelantenne
Für meine Teilnahme am 10-m-Contest wollte ich eine einfache, portable Loop-Antenne bauen. Da ich im Netz keine wirklich geeignete Antenne gefunden habe, habe ich selbst konstruiert und stelle die Ergebnisse hier vor.
Die Designkriterien: Die Antenne soll schnell aufzubauen sein. Da der 10-m-Contest im Januar stattfindet, muß sie auch mit kalten Händen oder Handschuhen aufzubauen sein. Fummelige Schraubarbeiten fallen also aus. Da die Antenne nur für wenige Stunden am Stück im Einsatz — also aufgebaut — ist, muß sie keinen Stürmen standhalten. Ein 10-m-Teleskopmast aus GFK und ein passender Auffahrmastfuß sind bereits vorhanden und sollen genutzt werden.
Ich verrate es vorab: So sieht die fertige Antenne aus.
Übersicht
Die folgende Übersichtszeichnung zeigt einen durchaus gebräuchlichen Aufbau. An einem langen Masten (hier: GFK-Mast) wird eine Querstange angebracht. Das so entstandene Kreuz spannt eine Raute aus Antennendraht auf. An der untern Spitze wird mit einem Balun eingespeist. Interessant sind im weiteren vor allem die mechanischen Details der Umsetzung an den Stellen „oben“, „Mitte“, „Seite“ und „unten“.
Mechanischer Aufbau
Der senkrechte Mast ist ein GFK-Teleskopmast, in meinem Fall der 10 m hohe ↥»GFK Mast „Extra“ — heavy duty« von DXwire¹▿.
Die Querstange ist eine Fieberglas-Zeltstange zum Zusammenstecken, die man im Campinghandel (z. B. ↥Camping Wagner¹▿) als Ersatzteil bekommt. Es wird die benötigte Anzahl an Elementen ausgewählt, eventuell wird das letzte auf die gewünschte Länge abgesägt. Dann werden die Elemente mit der beiliegenden Gummischnur verbunden. Das hier verwendete Exemplar hat 8,5 mm im Durchmesser, was sich bewährt hat. Die mitgelieferten Endhülsen, an denen die Gummischnur befestigt werden soll, werden durch eigene Endstücke ersetzt, die den Antennendraht halten.
An den Stellen „oben“, „Mitte“, „Seite“ und „unten“ müssen Spezialteile aus Kunststoff angefertigt werden. Als Grundmaterial eignen sich Schneidebrettchen aus dem Supermarkt. An den Stellen „oben“ und „Seite“ werden auf die Enden der Stangen Hülsen aufgesteckt, die eine Vorrichtung zum Halten des Antennendrahtes haben. Es wurden passende Stücke aus den Kunststoffplatten ausgesägt und zu einem Block verschraubt. Anschließend wurde die Bohrung zum aufstecken auf die Stange angebracht.
Das folgende Bild zeigt die Hülse „oben“ einmal einzeln und — als Trockenübung — im zusammengebauten Zustand. Das Seil mit dem Karabinerhaken dient dazu, den Kreuzungspunkt „Mitte“ zu halten. Die Mitte des Antennendrahtes, die an dieser Stelle eingehakt wird, ist mit rotem Schrumpfschlauch markiert.
Die Hülse „Seite“ ist auf ähnliche Weise gebaut. Die Hülse erhält ein seitliches Loch, durch das die Gummischnur hindurchgezogen werden kann. Auch hier ist die einzuhängende Stelle des Antennendrahtes mit rotem Schrupfschlauch markiert.
Am Montagepunkt „Mitte“ muß die Querstange in Position gehalten werden. Dazu wird ein Kunststoff-Brettchen verwendet. Es hat drei Befestigungen: Mit einem Gummizug wird es am Masten befestigt, mit einem zweiten Gummizug wird die Querstange befestigt und oben gibt es eine feste Schlaufe, in die der Karabinerharken vom der Hülse „oben“ eingehakt werden kann. Die Gummizüge kommen aus der Kurzwarenabteilung im Supermarkt oder Kaufhaus. Die Befestigungspunkte an der Querstange sind mit rotem Schrumpfschlauch markiert.
Am Montagepunkt „unten“ ist der Balun am Masten montiert. Auch er ist auf einer Kunststoff-Platte montiert, die mit einem Gummizug am Masten befestigt wird. Die Enden des Antennendrahtes sind mit 4-mm-Steckern am Balun eingesteckt. Das Koax-Kabel, das den Transceiver mit der Antenne verbindet, ist am Masten heruntergeführt und wird mit einer handvoll Schlaufen aus Gummizug am Masten fixiert.
Die Fixierungs-Schlaufen kann man zwar auch fertig kaufen (im Camping- oder Bootshandel), ich habe aber selbst welche aus dem ja schon vorhandenen Gummizug gefertigt. Das Bild unten zeigt einige Beispiele. Als Knoten eignet sich ein ↥Achter-Knoten.
Der verwendete Antennendraht ist relativ unkritisch. Hier kommt der Draht „↥DX-WIRE FL“ von DX-wire¹▿ zum Einsatz. Rechnerisch muß der Draht etwa λ[m] = 300 / 28,8 MHz = 10,4 m lang sein. Bestellt habe ich 11 m. Die genaue Länge wird durch Probieren und Abschneiden ermittelt (siehe unten▿).
Elektrische Anpassung
Die elektrische Anpassung im Balun muß zweierlei bewirken: Zum einen die Anpassung der Kabelimpedanz von 50 Ω auf 120 Ω, und zum andern die Symmetrierung des Signals. Dazu wird eine Trifiläre Wicklung auf einen Ringkern aufgebracht. Als Ringkern eignet sich der ↥TX36/23/15-4C65 von DX-wire¹▿. Ein FT-140-43 von Amidon wäre auch geeignet, aber gerade im oberen KW-Bereich, also im 10-m-Band, sind seine Verluste größer. Die Spulen sind mit 1-mm-Kupferlackdraht gewickelt.
Im folgenden Bild ist die Schaltung des Baluns zu sehen. Der linke Teil zeigt die Anordnung der Windungen auf dem Ringkern. Dabei ist es hilfreich, sich den Ringkern in acht gleich große Segmente geteilt zu denken. In jedem Segment kommmt eine Windung der dreifach gewickelten Spule zu liegen. Es ergeben sich also eigentlich acht Windungen, wobei zwei der Filamente (grün und rot im Bild) nur sechs Windungen haben; die letzen beiden Segmente haben also nur eine Windunge (blau im Bild).
Die Enden der Filamente sind mit a—f bezeichnet. Die Verbindung der Enden ist links im Bild entsprechend der tatsächlichen räumlichen Anordnung gezeigt, im rechten Bild entheddert, so daß die Schaltung besser zu erkennen ist. Das Koaxkabel wird an die Enden e (Schirm) und f (Mittelleiter) angeschlossen. Die Antenne kommt an die Anschlüsse a und d. Die Anschlüsse b, c und e sind miteinander verbunden.
Der Balun wird in ein wasserdichtes Gehäuse eingebaut (z. B. Nr. 63210000 aus der Serie Euromas II von Bopla¹▿), wie im folgenden Bild zu sehen.
Abstimmung
Um die Antenne abzustimmen, muß sie zunächst aufgebaut werden. Dabei werden noch keine 4-mm-Stecker an den Drahtenden angelötet. Stattdessen eignen sich Stecker zum schrauben oder klemmen (z. B. WAGO¹▿ 215-311). Mit einem Antennen-Analysator wird nun die SWR-Kurve der Antenne gemessen. Das Optimum liegt hoffentlich bei einer deutlich zu tiefen Frequenz. Man kann nun anfangen, den Antennendraht in Stücken von wenigen Zentimetern zu kürzen. Dabei sollten immer von beiden Seiten des Drahtes gleich lange Stücke abgeschnitten werden, damit die Form der Antenne symmetrisch bleibt. Ich empfehle, zuerst mit kleinen Abschnitten anzufangen, also auf jeder Seite nur ein oder zwei Zentimeter. Wenn man dann ein Gefühl dafür hat, wie weit es etwa noch ist, kann man vielleicht auch mal fünf Zentimeter je Seite abschneiden. Nach jeder Kürzung des Antennendrahtes wird die SWR-Kurve neu gemessen. Es ist nicht nötig, die Antenne jedes Mal auf die volle Höhe hochzuschieben. Hin und wieder sollte man das aber tun, um den Einfluß des Bodens mit berücksichtigen zu können.
Das folgende Bild zeigt die fertig abgeglichene SWR-Kurve meiner Antenne.
Wenn die SWR-Kurve zufriedenstellend ist, können ordentliche Büschelstecker an den Antennendraht angelötet werden.
Sicherheitsabstand
Auch für Portabelantennen ist es sinnvoll, sich Gedanken zum Sicherheitsabstand und zu maximalen Leistung zu machen, vor allem dann, wenn man sie an Orten mit Publikumsverkehr aufbaut. Die folgende Zeichnung zeigt die Größenverhältnisse mit einem normgerechen Menschen von 3 m Höhe.
Die Höhe eines Menschen begrenzt den kontollierbaren Bereich nach unten. Der kleinstmögliche Abstand zur Antenne beträgt also d = 3,18 m. Dieser Abstand ist größer als λ/2π = 10 m/2π = 1,6 m, es darf also mit der Formel für Freiraumausbreitung gerechnet werden.
Im 10-m-Band ist eine maximale elektrische Feldstärke von E = 27,5 V/m zulässig. Die maximale Leistung (EIRP) berechnet sich als
Unter Berücksichtigung eines Antennengewinns von 1,99 ([Rothammel], Tabelle 4.1) darf also mit einer Sendeleistung von 128 W gesendet werden.
¹⁾ Ich nenne Firmen und meine Bezugsquellen, um die Beschaffung für einen Nachbau möglichst einfach zu machen. Ich habe zu keiner der Firmen eine besondere Verbindung und bekomme auch keinerlei Provision. Natürlich bekommt man alle Teile auch bei andern Händlern.
Literatur
[Rothammel] Alois Kirschke, DJ0TR: „Rothammels Antennenbuch“, 13. Auflage, DARC Verlag, Baunatal, 2013
