Im Rahmen der Vorbereitung eines Technik-Wochenendes bei P24 (im April 2018) hat Willi (DK6SX) eine interessante Antennenform im Internet gefunden, die wir mal ausprobieren wollen.
Die Idee dieser Antenne stammt von Henry, OU5U bzw. OZ3FD (www.qrz.com -> OU5U):
Helmut (DL5HG) hat nun versucht, diese Antenne mit 4nec2 von Arie Voors (http://www.qsl.net/4nec2/) zu simulieren. Das erste Ergebnis offenbart noch einigen Optimierungsbedarf. Das SWR bei „normalem“ Untergrund ist bestenfalls 1 : 3,5.
Hier nun weitere Optimierungen durch Helmut (DL5HG):
Die ursprünglichen Daten wurden etwas verändert, weil die Simulation keine sinnvollen Ergebnisse zeigte. In Abbildung 1 ist der prinzipielle Aufbau der Antenne dargestellt. In Abbildung 2 ist die Antennenbeschreibung des Antennensimulators 4nec2 dargestellt.
Abbildung 1: Prinzip Aufbau der Antenne für 40 m
Abbildung 2: Antennenaufbau in 4nec2
In Tabelle 1 sind die Simulationsergebnisse mit verschiedenen Untergrundtypen dargestellt. Bei allen
Simulationen wurden die Antennenabmessungen von Abbildung 1 benutzt und die entsprechenden
Werte für die Induktivität L und Kapazität C optimiert. Die Optimierungsziele waren
Stehwellenverhältnis (SWR), Anpassungswiderstand (50 Ω) und Antennengewinn (Gain in dBi)
Prinzipiell gilt, je besser der Untergrund, je höher der Antennengewinn.
| Ground | Type | C [pF] | L [uH] | SWR | Gain [dBi] |
| perfect ground | – | 175 | 23,0 | 1,06 | 5,87 |
| real ground | good | 110 | 4,0 | 1,05 | -9,90 |
| avarage | 63 | 6,3 | 1,01 | -12,80 | |
| moderate | 70 | 6,1 | 2,23 | -18,20 | |
| poor | 47 | 8,7 | 2,78 | -17,10 |
Tabelle 1: Simulationsergebnisse mit unterschiedlichem Untergrund
Im Folgenden werden die Simulationsergebnisse auf Basis des „real ground – average“ genauer
dargestellt. Das Simulationsergebnis bei 7.1 MHz ist in Abbildung 3 dargestellt.
Abbildung 3: Simulationsergebnis bei f = 7.1 MHz
Abbildung 4 zeigt das Stehwellenverhältnis bzw. den Reflektionskoeffizient im interessierenden
Frequenzbereich. Da auf die Frequenz f = 7.1 MHz optimiert wurde, liegt dort der Tiefpunkt mit
einem simulierten SWR Wert von 1.01.
Abbildung 4: SWR im Frequenzbereich
Abbildung 5: 3D Plot bei 7.1 MHz
Aus Abbildung 5 kann man erkennen, daß die Abstrahlung in Richtung des isolierten Drahtes
(Direktor) maximal ist und nicht, wie ursprünglich erwartet, in entgegengesetzter Richtung. Die
erwarteten 4 dB Gewinn von OU5U konnten höchstens mit Hilfe der Simulation mit „perfect ground“
bestätigt werden. Bei „real ground – average“ waren max. -12,8 dBi in Direktor-Linie zu erreichen.
Nächste Simulation, nun mit Radials:
Die bisherige Groundplane Antenne wurde mit Hilfe von zusätzlichen Radials von jeweils 12 m Länge ergänzt um die Bodenverhältnisse etwas zu kompensieren. In Abbildung 1 ist der prinzipielle Aufbau der Antenne dargestellt. Die optimierten Werte bzgl. SWR, 50 ΩAnpassung und maximalen Antennengewinn waren C = 133 pF und L = 16 μH.
Abbildung 2: Antennenaufbau in 4nec2
Das Simulationsergebnis bei 7.1 MHz ist in Abbildung 3 dargestellt. Die Anpassung an die 50 Ω Quelle
wäre günstiger, wenn die Radials mit etwa 135° nach außen geneigt verlegt werden könnten. Siehe
auch Rothammel (13. Auflage) Kap. 19.4.3 Referenz: [Tinus, W.C.: Ultra-high frequency Antenna
Terminations – using concentric lines. Electronics, August 1935, pp. 239-24].
Abbildung 3: Simulationsergebnis bei f = 7.1 MHz
Abbildung 4 zeigt das Stehwellenverhältnis bzw. den Reflektionskoeffizient im interessierenden
Frequenzbereich. Da auf die Frequenz f = 7.1 MHz optimiert wurde, liegt dort der Tiefpunkt mit
einem simulierten SWR Wert von 1.10.
Abbildung 4: SWR im Frequenzbereich
Aus Abbildung 5 und Abbildung 6 kann man erkennen, daß die erwarteten 4 dB Gewinn von OU5U
zwar nicht erreicht werden konnten, sich aber durch die Radials der Gewinn von -12.8 dBi (ohne
Radials) auf -1.2 dBi (mit Radials) in Hauptstrahlrichtung bei gleichem Untergrund verbessern ließ.
Abbildung 5 und 6: 3D Plot bei 7.1 MHz (mit und ohne Radials)
Helmut (DL5HG), Willi (DK6SX) und Dirk (DK1DKE)