Amateurfunk DL1JWD

Kleiner Netzwerkanalysator

Der KNWA (in der Vorgängerversion hieß er noch AMA-Tool) ermöglicht nicht nur die Analyse und Optimierung von Schaltungen zur Antennenanpassung, sondern kann zum Beispiel auch zum Wobbeln von Bandfiltern eingesetzt werden.
DEr KNWA 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 lassen sich durch Koax- bzw. Bandkabelstücke modellieren.

Beispiel 1:
Endgespeiste λ/2-Koaxantenne

Anhand dieses Beispiels machst Du Dich mit den grundlegenden Bedienfunktionen des KNWA vertraut.
Lade über Datei/Öffnen die Datei Koaxantenne.ama und klicke unten links den roten START-Button:

Koaxantenne


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, d.h., der Wirkungsgrad dieses Antennensystems beträgt ca. 0,35 (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
• 8,37W Wärmeverluste in der 0,94m langen RG58-Stichleitung
• 49,65W Wärmeverluste in der 6,02m langen RG58-Transformationsleitung

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 ZS6BKW.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 (ohne Antennentuner!) für alle 5 Resonanzfrequenzen durchzuführen (hier für 40m-Band):

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

Der SWV-Verlauf bestätigt die 5 Resonanzen der ZS6BKW-"Wunderantenne", d.h., das SWV auf den Bändern 40m, 20m, 12m, 10m und 6m ist kleiner 2 (die 11 Afu-Bänder sind durch hellblaue Balken markiert).
Mit der Maus bewegst Du das rote Frequenzlineal über dem Diagramm, um Dir dazu kontinuierlich SWV und Vorwärts-transmission TL (entspricht S21 bzw. Wirkungsgrad) anzeigen zu lassen.

Beispiel 3: JWD-Antenne  (lang)

Die im FA 7/20 vorgestellten "JWD-Antenne" ist mit der ZS6BKW-"Wunderantenne" vergleichbar, nur hat sie 6 anstatt nur 5 Eigenresonanzen und ist auf allen 11 Afu-Bändern (inkl. 160m) einsetzbar.
Hier der SWR-Verlauf über den gesamten KW-Bereich sowie die Verlustanalyse für das 160m-Band (JWD_lang.ama):

DL1JWD

 

ZS6BKW

Aufgrund ihrer beachtlichen Länge (73,8m) kommt die JWD-Antenne vor allem wohl nur für Fielddays o.ä. infrage. Außerdem ist bei längerem Sendebetrieb auf den Bändern 10m und 20m eine Überhitzung des Baluns zu beobachten.

Wie Du siehst, werden beim 20m-Betrieb 21,87% der PA-Leistung (also ca. 22Watt) im Balun in Wärme umgesetzt (die Einstellungen des Antennenkopplers wurden mit dem Doppelzepprechner ermittelt):

Beispiel 4: JWD-Antenne  (KURZ)

Vor allem um den Wirkungsgrad auf den Bändern 20m und 10m zu verbessern, kann man sich als Alternative zur "langen" JWD-Antenne vom Multiresonanz-Finder auch eine "nur" 68,8m lange Kurzversion der JWD-Antenne berechnen lassen.  Diese wird bei 33% über einen 12,5m langen CQ553-Feeder und einem 4:1 Balun gespeist.

Gegenüber ihrer 5m längeren Schwester hat die Kurzversion den Vorteil, dass sie auf allen 11 KW-Bändern ein gleichmäßig niedriges SWV (1,0 ... 9,0) und damit gute bis sehr gute Wirkungsgrade aufweist, dafür hat sie aber nur zwei Eigenresonanzen (28MHz, 50MHz) und i.d.R. gehen nur diesen Bänder ohne Koppler (siehe JWD_kurz.ama).

Beispiel 5: Filter für 80m-Band

Das Tool kann mehr als nur Antennenanpassungen berechnen. Dies soll unser letztes Beispiel demonstrieren (Bandpass80m.ama):

Dieser Bandpass, in dem u.a. eine bei 5% der Windungs-zahl angezapfte Induktivität (QL=60) zum Einsatz kommt, hat bei 3,65MHz eine Durchgangsdämpfung von 4,4dB.
Du siehst, wie sich die Verluste im Einzelnen zusammen-setzen und kannst an beliebigen Stellungen die Spannungen berechnen lassen (im Beispiel bei 100W-PA-Leistung).

Im Analysegitter informierst Du Dich über zahlreiche weitere Betriebsparameter:

Wenn Du ein solches Filter praktisch aufbaust und z.B. mit  Deinem neuen NanoVNA durchwobbelst, wirst Du dieselben Ergebnisse bekommen. 

Weitere Beispiele und Bedienhinweise findest Du in der Info!