Amateurfunk DL1JWD

Kleiner Netzwerkanalysator

Dieses kompakte Programm (in der Vorgängerversion hieß es noch AMA-Tool) ermöglicht die Analyse und Optimierung von Schaltungen zur Antennenanpassung.
Es basiert auf einem abgerüsteten HamVNAS und entstand als Reaktion auf das zahlreiche Feedback zu meinem Beitrag in der CQDL 4-2019 SWR gut - alles gut?.

Neben dem obligatorischen Generatorwiderstand RG (Innenwiderstand der PA) und der Lastimpedanz ZA (Eingangsimpedanz von Antenne bzw. Antennenzuleitung) sind folgende Bauelemente verfügbar und können frei platziert werden:

• Ohm'scher Widerstand (R)
• Kapazität (C)
• Induktivität (L)
• einfach angezapfte Induktivität (La1)
• zweifach angezapfte Induktivität (La2)
• Zweiwicklungsübertrager (U2)
• Dreiwicklungsübertrager (U3)
• Koaxkabel (KK)
• Bandkabel (BK)
• Dipol (DIP)
• Groundplane (GP)
• Voltmeter (VM)

Baluns können durch Koax- bzw. Bandkabelstücke modelliert werden.

Beispiel 1:
Endgespeiste λ/2-Koaxantenne

Lade über File/Open die Datei Beispiel_1.ama und klicke unten links den roten START-Button:


Was bedeuten die Balken über den 5 Segmenten?

Der ganz rechte (grüne) Balken (35,56%) gibt Auskunft über die so genannte Transmission des Antennensystems, d.h., bei einer PA-Leistung von 100W werden in der Antenne nur 35,56W umgesetzt, der Wirkungsgrad dieses Antennen-systems beträgt also 0,3556 (Verlustwiderstände der Antenne sind dabei nicht berücksichtigt).

Der gelbe Balken (ganz links, mit nur 1,8% leider kaum erkennbar), zeigt die Verluste durch Fehlanpassung der PA. Gelb ist der Balken deshalb, weil dies ja keine Wärmeverluste sind.
Der 50Ohm-Innen­widerstand der PA "sieht" die komplexe Last Ze(Ohm) = 65,1-j3,29, das entspricht einem SWR = 1,31 bzw. Einbußen von 1,8%.

Die auf dem Weg zur Antenne verlorengegangenen 64,44W setzen sich also wie folgt zusammen:
• 1,8W Verluste durch Fehlanpassung
• 4,61W Wärmeverluste im 5m langen RG58-Speisekabel
• 8,33W Wärmeverluste in der 0,94m langen RG58-Stichleitung
• 49,69W Wärmeverluste in der 6,02m langen RG58-Transformationsleitung

Die geringfügig abweichenden Ergebnisse gegenüber meinem CQDL-Beitrag (Aufmacherbild S.28) lassen sich darauf zurückführen, dass ich inzwischen die Modellierung der frequenzabhängigen Kabeldämpfung verbessert habe:

Die Bezugsfrequenz der Kabeldämpfung ist nicht mehr starr auf 10MHz festgelegt. Entsprechend den zur Verfügung stehenden Katalog- oder Messwerten kann man sie jetzt so wählen, dass sie möglichst nahe der Arbeitsfrequenz (hier 7,1MHz) liegt. Ausgehend davon erfolgt dann die bekannte Wurzel-Approximation auf den tatsächlichen Dämpfungswert bei der Arbeitsfrequenz. Man verbessert so die Genauigkeit der Simulation, insbesondere bei Kabeln mit hoher SWV-bedingter Zusatz­dämpfung.

Die prinzipielle Bedienung des Programms entspricht HamVNAS.
Um z.B. die Kabelparameter zu editieren klickt man in die Mitte des Kabels (es erscheint dann rot umrandet).
Nun kann man im Editier-Tablett (oben links) mit den Pfeiltasten zwischen den Parametern navigieren.
Man erkennt u.a., dass die Kabeldämpfung des RG58 mit 4dB bei 7MHz eingetragen ist.
Entsprechend der Wurzel-Approximation sind das bei 7,1MHz ca. 4,03dB.
Ändert man die Arbeitsfrequenz (Eingabefeld oben links) und klickt auf START, so wird die Ergebnisliste am unteren Rand des Hauptfensters um eine weitere Zeile ergänzt (ähnlich wie im bekannten Antennen-Simulationsprogramm MMANA-GAL).

Dass das Tool jetzt den Namen "Kleiner Netzwerkanalysator (KNWA)" trägt liegt daran, dass man damit jetzt auch Frequenzdiagramme (Wobbelkurven) von Wirkungsgrad (Transmission) und SWV aufnehmen kann.

Weiterhin sind jetzt auch Antennen direkt als Bauelemente einsetzbar:

Dipol (symmetrisch oder unsymmetrisch) (DIP)
Groundplane (GP)

Das Programm wobbelt ZA auf Basis der geometrischen Abmessungen der Antenne und den daraus abgeleiteten Integralen der Antennentheorie.
Im Unterschied zu HamVNAS ist damit die Analyse von Antennenanpassungen nicht mehr nur auf einen einzigen Frequenzpunkt beschränkt, sondern kann auf den gesamten KW-Bereich ausgedehnt werden.

Beispiel 2: ZS6BKW "Wunderantenne" 

Öffne die Datei Beispiel_2.ama um dieses berühmte und u.a. von OM Thilo, DL9NBJ, wunderbar beschriebene Antennensystem zu laden. Der "Balun für undefinierte Impedanzen" besteht aus 1m Zweidrahtleitung (Zw=102Ohm), der Feeder aus 12,5m Wireman-Bandkabel CQ553.
PA-Ausgang und Balun sind mit einem 0,5m langen RG58-Kabel verbunden.

Klicke im Schaltbild auf das rote Symbol des Dipols.
Wie auch bei allen anderen Bauelementen kannst Du im Editier-Tablett mit den Pfeiltasten zwischen den Dipol-Parametern navigieren und diese editieren:
Länge = 27,5m
OCF-Anzapfung = 50% (symmetrische Speisung)
Drahtstärke d = 2mm

Klicke den START-Button um Verlustanalysen für alle 5 Resonanzfrequenzen durchzuführen:

Öffne die Registerseite Diagramme, trage Anfangs- und Endfrequenz des zu wobbelnden Frequenzbereichs ein (1...51MHz) und klicke START:

Der SWV-Verlauf bestätigt die 5 Resonanzen, d.h., das SWV auf den Bändern 40m, 20m, 12m, 10m und 6m ist kleiner 2 (die 11 Afu-Bänder sind durch hellblaue Flächen markiert).
Mit der Maus bewegst Du das rote Frequenzlineal über dem Diagramm, um Dir dazu kontinuierlich SWV und Vorwärts-transmission TL (entspricht S21) anzeigen zu lassen.
Eine Diagrammdarstellung von TL ist ebenfalls möglich:


Beispiel 3: JWD-Antenne 

Im FA 7/20 habe ich u.a. die "JWD-Antenne" vorgestellt, die 6 Eigenresonanzen hat, aber auf allen 11 Afu-Bändern einsetzbar ist (Beispiel3.ama).
Die Verlustanalyse für das 160m-Band:

Aufgrund der Länge von 73,8m sind allerdings die Einsatzmöglichkeiten der JWD-Antenne begrenzt.
In der Datei Beispiel_4.ama ist die "nur" 56,6m lange Kurzversion der JWD-Antenne enthalten, die bei 40% ihrer Gesamtlänge über einen 16,5m langer CQ553-Feeder und den zwischen 1:1 und 1:4 umschaltbaren JWD-Unbal betrieben wird.

Weitere Beispiele und Bedienhinweise findest Du in der Info!