Loop-Antenne für das 6m-Band mit HF-VOX für FM-Relaisbetrieb

Diese Internetseite ist noch eine kleine Datenbaustelle und aktuell veröffentlicht, mein Beitrags im CQDL: Heft 11/2023. Änderungen und Ergänzungen möglich.

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weitere Bilder und Texte können später folgen
Da entsteht die erste Antenne in der Werkstatt, Messen mit dem NanoVNA und dem VNA-Messport:

Die hier beschriebene magnetische Antenne wurde für alle gängigen Betriebsarten und Sendeleistung eines normalen Transceivers, im ganzen 6m-Band konzipiert. Der Frequenzbereich geht problemlos von 50 bis 52 MHz. Man hat es mit einer selektiven Antenne hoher Güte zu tun (Q=195) und muss sich daher einen Bereich seiner Wahl anhand des Bandplans aussuchen und sie dort abstimmen. Spezielle Beachtung beim Design bekam der FM-Relaisbetrieb mit Resonanzumschaltung durch eine HF-VOX.
Um einen Nachbau einfach zu halten, wurde weitestgehend auf Spezialteile verzichtet. Fast alle Teile werden im Baumarkt angeboten oder sind dort bestellbar. Ausnahmen sind die Koaxbuchse SO239 für PL-Stecker und der Türknopfkondensator mit 68pF, den man bei z.Bsp.ebay oder amazon suchen muss. Eine Baumarktliste zum Download findet sich weiter unten.
Handwerkliches Geschick, gut Löten können auch mit einem kleinen Gaslöter, ein Akkuschrauber mit Holzbohrern sowie gute Metallbohrer sollten vorhanden sein. Aus einzelnen Drähten ins Bohrfutter eingespannt, werden damit auch die verdrillten Leitungen hergestellt. Ein zylindrischer Papierkorb mit 25cm Durchmesser ist das ideale Werkzeug um die 2 Windungen Weichkupferrohr herzustellen. Das notwendige Weißblech nimmt man alternativ von einem Gehäuse entsprechender Größe.
Jetzt steckt man bereits ein etwa 4cm Stück Schrumpfschlauch und die Spannklemme (im Bild markiert) der Einspeisestelle auf das Rohr, denn nach der Herstellung der 90Grad-Bögen bekommt man sie kaum noch um die Bögen geschoben.
Die beiden Rohrenden biegt man gerade und am besten mit einer Rohrbiegezange für 10mm Rohr (kann man z.B. bei amazon bestellen, ist nicht teuer) rechtwinklig nach innen, so dass sich die Enden etwas überlappen. Daraus wird später dann der Kondensator C1. In alle 4 Rohrenden (Loop-L + GammaMatch-L) steckt man einen Messing-Spreizdübel mit innen einem M6-Gewinde. Durch Eindrehen von M6-Schrauben (Gewinde >=20mm lang) im Rohr fixieren.

An der linken Seite befestigt man das 18cm lange Stück Niedax-Klemmschiene und fixiert die beiden Windungen mit 4 NIEDAX-Klemmen. An der "heißen" Windung links hinten den Schrumpfschlauch mit einklemmen. Die rechte Schiene verläuft schräg und bleibt lose, sie muss etwas verschoben werden können zum Abgleich der Ankopplung. Die Koaxbuchse mit einem Montagewinkel platziert man zuerst lose und schraubt sie erst fest, wenn die Masseleitungen verlegt sind. Die kurzen Isolierstützen aus 12mm HDPE-Vollmaterial kommen vorne und die langen hinten auf die Rohrenden gesteckt.

Detailansichten der GammaMatch-Kontaktierung am Loop im 50 Ohm-Punkt und des KFZ-Relais das ein zusätzliches Masseblech zur Frequenzabsenkung (FM-Relaisbetrieb) schaltet. Die überlappenden Rohrenden mit M6-Maschinenschrauben zum Feinabgleich. Die fertige Antenne und ihr Impedanzverlauf nach der Abstimmung und das Blockschaltbild, siehe die folgenden 2 Bilder. Abseits der Resonanzfrequenz hat jede magn,Loop mehr oder minder totale Fehlanpassung. Es gilt also "Vorsicht walten" beim darauf senden, wenn man die aktuelle Resonanzfrequenz nicht kennt. Schaden an der Endstufe droht.
Für das Masseblech braucht man eine steife Zuleitung, gebildet aus 3 versilberten 1mm Kupferdrähten eng verdrillt, mit dem Akkuschrauber gemacht.
Der Impedanzverlauf mit Resonanz bei 51,2MHz. Das Blockschema dieser Antenne mit Resonanzumschaltung durch eine HF-VOX für 6M-Relaisbetrieb.
Man sieht bei genauer Betrachtung des Impedanzverlaufs (blauer Kreis) im SmithChart, dass der Kreis nicht durch die "1" geht, sondern etwas links dran vorbei, entsprechend ist die Impedanz mit ca.43 Ohm etwas <50 Ohm. Durch sorgfältiges Verschieben des Ankoppelschiebers wird der Kreis etwas verkleinert und schneidet die "1". Damit erzielt man eine deutlich größere Rückflußdämpfung (gelbe Kurve) bis runter zu -40dB.
Zu der HF-VOX-Schaltung und ihrem Betrieb mit der Loopantenne sind die folgenden Hinweise wichtig:

Die Widerstände R1 bis R9 dienen zusammen mit dem nachgeschalteten Diodenbegrenzer der leistungsabhängigen Pegelanpassung, der Schalter S1 ist je nach zu erwartender maximalen Sendeleistung zu setzen. Mit den angegebenen Widerstandswerten ergeben sich folgende Richtwerte, jeweils >100W, >50W, >25W, >10W, >=3W (Grundempfindlichkeit 10mW).
Die Widerstände sind normale 1/4W Typen, deshalb wird mit Parallelschaltung gearbeitet. Nur R9 ist für QRP-Betrieb, der direkte Durchgang dient nur Messzwecken mit typisch 10dBm. Natürlich sollte immer nur ein Kontakt geschlossen sein. Ausnahme bei QRP falls R9 zu hoch, kann die R7/R8 hinzugeschaltet werden. Die HF wird mit kurzem, dünnem Draht an der Koaxbuchse abgegriffen zum hochohmigen Eingang geleitet. Die Dimensionierung R1 parallel R2 passt bis gut 100W. Damit ist der Ferritkern, Typ amidon BN61-2402, bewickelt mit L1, L2 und L3, vom Sendesignal nicht in der Sättigung. Nur der HF-Teil wird mit der HF-Masse der Station verbunden, der DC-Teil bleibt erdfrei, was an dem anderen Masse-Symbol erkennbar ist. Der Pegel aus dem NanoVNA reicht nicht, um die HF-VOX auszusteuern, deshalb ist ein Reed-Kontakt eingebaut, der von außen mit einem Neodyn-Magnet geschlossen wird, zum Messen beim Abgleich der Antenne. Die Kontroll-LED D11 leuchtet wenn das Relais angezogen hat.
Beim Funkbetrieb in CW, SSB usw. im Bereich bis 51MHz bleibt die HF-Vox durch Abschalten der 12V passiv, sie benötigt einen dauerhaft anliegenden HF-Pegel. Die HF-VOX schützt die Endstufe des Transceivers beim FM-Relais-Betrieb mit Frequenzablage und der dafür abgestimmten Antenne. Bei manueller Relaisschaltung ist es schwer im richtigen Moment zu schalten! Die HF-VOX muss klein aufgebaut sein, sitzt sie doch unmittelbar an der strahlenden Antenne. Die Leiterplatte mißt ca.44 x 37mm, Bezug siehe Baumarktliste. Die gute Anpassung auf der Sendefrequenz mit angezogenem Relais ist wichtiger, als die Anpassung auf der Empfangsfrequenz, wenn es nicht gelingen mag, die 600kHz Abstand der beiden Resonanzen ganz zu erreichen.
Empfehlung: Zum Anschluss der Antenne werden mindestens 10m RG58 empfohlen (hat bei 50MHz 11 bis 12dB/100m). Die Kabeldämpfung verbessert die noch vorhandene Fehlanpassung beim Sendebeginn bis der Relaiskontakt geschlossen ist um ca.2,5dB, beim Empfang dämpft sie allgemein nur unmerklich um ca.1,2dB. Ein weiterer Grund für die Koax-Zuleitung von min.10m RG58/U, ist der nötige Sicherheitsabstand von >5m zur strahlenden Antenne.
Die HF-VOX zieht nur Strom aus dem 12V-Akku um das Relais zu schalten, es fließt absolut Null, wenn nicht gesendet wird. Daher ist hier ein Akku die ideale Stromquelle und sie ist erdfrei! Bitte hier auf keinen Fall ein Netzteil verwenden!! Eine Akku-Ladung reicht für Monate des Betriebs.
Live in Aktion: und die Resonanz: sorry for this video being rather quick & dirty. Man sieht auch deutlich die Empfindlichkeits-Reaktion auf jede Art von Annäherung, im Ton hört man das Relais schalten. Da das NanoVNA nur alle etwa eine gute Sekunde eine neue Messung startet, erscheint die Resonanzumschaltung nach dem Display viel träger als sie in Wirklichkeit ist.
Die Baumarktliste zum Download:
Zeitablauf der HF-VOX: Das KFZ-Relais mit seinen 40A-Kontakten hat eine etwas längere Schaltzeit, vom Anlegen des HF-Signals bis zum Schließen der Kontakte muss mit typisch 20 bis 50ms gerechnet werden. Es besteht auch eine Abhängigkeit der Schaltzeit von der anliegenden HF-Amplitude, ist sie höher, schaltet es etwas schneller.
Bisher noch nicht ganz abschließend bearbeitet: Verhalten des Transceivers bei kurzzeitiger Fehlanpassung bis die Resonanzlage stimmt. Mein YAESU FT-857D zumindest, hat überhaupt keine Probleme damit.
Das ist einmal vom jeweiligen Gerät abhängig und von der aktuellen Sendeleistung im Bezug auf die gewählte Leistungsstufe am S1 P-select. Ist die Stufe zu hoch gesetzt, kann das Relais nicht mehr sicher und dauerhaft anziehen, dann reagiert der Sender nach kurzem auf das hohe SWR und nimmt Leistung weg, es kann so ein Pumpeffekt entstehen und das Relais klappert. Eine Stufe niedriger setzen vermeidet das Problem.

Antennen-Steckbrief:

Die Betriebs-Güte einer Loopantenne ermittelt man am besten mit einem VNA oder eben dem NanoVNA. Dazu braucht man den Trace S11-LOGMAG mit einer Skalenteilung von 7dB. Auf irgendwelche Zehntel dB Dämpfung der Mess-Zuleitung schauen wir mal nicht. Die beiden Schnittpunkte der S11-LOGMAG mit der 7dB-Linie sind die Eckfrequenzen zur Berechnung von Q:
Falls die Resonanz noch unter 50MHz liegt, muss der Windungsabstand etwas vergrößert werden. Ich messe an meinem Exemplar oben 7.5cm / unten 2 mal 9,5cm jeweils zur Spulenmitte (Rohrmitte zu Rohrmitte).
Die im Bericht erwähnte Variante mit verchromtem Weichkupferrohr ist noch nicht fertig aufgebaut. Bisherige Studien lassen aber vermuten, dass die erzielbare Güte deutlich niedriger werden wird. Die Eindringtiefe (Skin-Effekt) liegt bei 50MHz um 10 Mikrometer und davon ist die schlechter leitende Chromschicht etwa 10%, der Rest darunter ist Nickel. Im Kupfer selbst fließt demnach so gut wie garkein HF-Strom. Eine erste Berechnung des Skineffekt-Widerstands ergibt einen 5 mal höheren Widerstand von 0,57 Ohm zu 0,11 Ohm bei Kupfer. Link zur Berechnung Vermutlich ist die verchromte Antenne nur schöner anzuschauen und funkt schlechter. Man wird also Messen und Sehen.
...Fortsetzung folgt...
Bei Fragen, bitte mir eine Email senden. Ich nutze keine "social medias", kein facebook, bin auch nicht auf YouTube, kein WhatsApp und nichts dergleichen!

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