Amateurfunk DL1JWD

MultiResonanz-Finder fÜr Doppelzepps

Wer eine Doppelzepp plant, stellt sich zuallererst die folgenden Fragen:

• Welche Länge müssen Dipol und Feeder haben, damit die PA auf möglichst vielen Amateurfunkbändern ein möglichst geringes SWV "sieht"?
• Welches Speisekabel ist dafür am besten geeignet?
• Welche Bänder lassen sich mit dem Tuner überhaupt nicht anpassen und für welche gibt es zumindest einen kleinen Hoffnungsschimmer?

Der MultiResonanceFinder (MRF) führt Millionen von arith-metischen Operationen aus, um diese Fragen zu beantworten.
Genauso wie der Doppelzepprechner ermittelt auch der MRF die Fußpunktimpedanzen gestreckter Dipole im Freiraum auf der Basis von Integralen der Antennentheorie /5/.
Im Unterschied sucht der MRF aber vollautomatisch nach den Dipol-Feeder-Kombinationen, die auf maximal vielen Bändern resonant sind.
Dabei werden sowohl symmetrische als auch unsymmetri-sche (OCF-) Dipole in die Suche einbezogen.

Logisch, dass aufgrund von Umwelteinflüssen oder konstruktiven Besonderheiten (Inverted V) die Messergeb-nisse für reale Dipole mehr oder weniger stark von den berechneten Werten abweichen können.

BEDIENUNG

• Gib, entsprechend der örtlichen Verhältnisse, die minimale (Min. Length) und die maximale mögliche (Max. Length) Länge des Dipols ein.
  Innerhalb dieses Bereichs wird der MRF nach einer optimalen Spannweite des Dipols suchen.
• Mit der Schrittweite (Step) legst Du fest, um welchen Betrag sich die Länge bei jeder neuen Berechnung vergrößern soll, eine kleine Schrittweite liefert zwar genauere SWVs, erhöht allerdings die Rechenzeit.
• Der MRF berechnet nicht nur symmetrische, sondern auch unsymmetrische (OCF-) Dipole.
  Im Feld OCF Points trägst Du deshalb eine Zahl (1, 2, ...) ein die festlegt, wie viele mögliche Speisepunkte betrachtet werden sollen.
  Die Zahl 1 bedeutet, dass immer nur symmetrische Dipole infrage kommen, denn diese haben nur einen einzigen Speisepunkt, der bei 50% der Spannweite liegt.
  Eine (ganze) Zahl größer 1 umfasst neben symmetri-schen auch unsymmetrische Dipole, der Wert 10 bedeutet zum Beispiel, dass 10 Speisepunkte berechnet werden, die bei 50%, 45%, ... 5% der Spannweite liegen.
  Je höher Du den Wert für OCF Points wählst, umso länger dauert natürlich die Rechenzeit. Andererseits vergrößert sich damit auch für Sie die Chance, einen optimalen Speisepunkt außerhalb der Mitte zu finden.
• Gib nun die Daten des Feeders ein, also dessen minimale und maximale Länge, die Schrittweite der Längenänderung sowie die Kabeldaten, d.h. Wellenwiderstand Zw, Verkürzungsfaktor VF, Kabeldämpfung bei einer Bezugsfrequenz (i.d.R. 10MHz).
  Ausgehend von dieser Frequenz werden die Dämpfungswerte für die übrigen Frequenzen nach der bekannten Formel (Abhängigkeit von der Quadratwurzel des Frequenzverhältnisses) interpoliert.
• Wie Du siehst, umfasst die Suche nach Resonanz-punkten 11 Amateurfunkbänder, inbegriffen auch das relativ neue 60m-Band.
  Die zugehörigen Frequenzen sind bereits standardmäßig in den entsprechenden Feldern eingetragen, können aber von Dir korrigiert werden.
  Wenn Du den Wert 0 eingibst, wird das entsprechende Band übersprungen, das spart Rechenzeit.
• In das Feld SWRmax trägst Du das SWR ein, dass Du gerade noch als "Resonanz" akzeptieren würdest.
  Der Wert 2 scheint am vernünftigsten zu sein, da viele PAs erst ab einem SWR > 2 herunterregeln.
  Logisch auch, dass der MRF für kleinere SWRmax-Werte weniger Resonanzpunkte liefern wird als für größere.
• Schließlich gibst Du in das Feld Nmin die Mindestanzahl Resonanzpunkte ein, die eine bestimmte Kombination aus Dipol- und Feederlänge liefern muss, um in der Ergebnismatrix angezeigt zu werden.
  Nmin wählt man in der Regel zwischen 1 und 5.
  Die Zahl 1 bedeutet, dass auch alle Kombinationen mit angezeigt werden, die nur auf einem einzigen Band resonant sind.
  Allerdings erscheinen damit auch sehr viele für den Mehrbandbetrieb nutzlose Kombinationen.
  Hingegen sind Kombinationen mit Resonanzen auf 4 oder gar 5 Bändern hochinteressant.
  6 Resonanzen sind (bei SWRmax = 2) wohl kaum noch zu toppen, es sei denn, man vergrößert SWRmax.
• Nach Klick auf "Start" kann es, je nach Parameter-einstellungen, einige Sekunden bis Minuten dauern, bis die Ergebnismatrix erscheint (mit "Cancel" lässt sich der Abbruch erzwingen).

 

Beispiel 1A:    ZS6BKW-Wunderantenne

Bei einer Spannweite zwischen 20 und 30m und einem Feeder aus halboffener Bandleitung CQ553flex von Wireman, führt Sie der MRF zielgerichtet zur so genannten "ZS6BWS-Wunderantenne", wie sie OM Thilo, DL9NBJ, in Thilo's Amateurfunk & Elektronik Blog wunderbar beschrieben hat:



Die besten Lösungen zeigen einen 27,8m langen symmetrischen Dipol (OCF=0,5) mit einer Feederlänge von 12,49m bis ca. 12,55m (siehe Bild ganz oben).
Die durch Fettdruck hervorgehobenen 5 Resonanzen des Dipols liegen auf den Bändern 40m (1,05), 20m(1,22), 12m(1,35), 10m(1,74) und 6m(1,97)-Band.
Das 17m-Band(2,82) und auch das 80m-Band (8,3) stellen den Antennentuner vor keine Probleme.
Schwierig bis unmöglich wird die Antennenanpassung auf den Bändern 30m(231), 15m(262) und 160m(833).

Bemerkungen:

• Für das CQ553 benutzt man besser nicht die vom Hersteller angegebenen ungenauen Katalogwerte (Zw=450Ohm, VF=0,9) , sondern die in /2/ veröffentlichten Daten (Zw=392Ohm, VF=0,89, 0,63dB/100m bei 3,5MHz; 0,74dB/100m bei 10,1MHz; 1,11dB/100m bei 28MHz).
• Meistens wird die ZS6BKW-"Wunderantenne" an einem unsymmetrischen Koppler betrieben und mit einem so genannten "Balun für undefinierte Impedanzen" und einem kurzen 50Ohm-Verlängerungskabel mit dem Tuner verbunden.
  Dies ändert zwar kaum etwas am Resonanzverhalten, wohl aber am Gesamtwirkungsgrad der Antenne (siehe Beispiel 5).

Beispiel 1b:    Kontrolle mit dem DZR

Fast zentimetergenau kommt auch der Doppelzepprechner bei einem symm. Dipol von 27,5m Länge auf eine optimale Feederlänge von 12,5m!

 

Bemerkungen:

• Nicht zu übersehen sind die "Stiefkinder" der ZS6BKW-"Wunderantenne": die Bänder 160m, 60m, 30m und 15m.
  
• Wegen des neu hinzugekommenen 60m-Bands erlaubt die Version 2.3 des DZR nun die gleichzeitige Beobachtung von 11, anstatt bisher nur 10 Frequenzen.
  
• Die geringen Abweichungen zu den vom MRF berechneten SWRs lassen sich auf die genauere Berechnung der frequenzabhängigen Kabeldämpfung des CQ553 im DZR zurückführen.

Beispiel 2: Einfluss des Kabeltyps

Jeder, der von der ZS6BKW-Wunderantenne begeistert ist, stellt sich zwangsläufig auch die folgende Frage:
Müsste denn eine deutlich verlustärmere Hühnerleiter nicht zu noch besseren Ergebnissen führen als das halboffene Bandkabel CQ553?
Der MFR gibt eine schockierende Antwort:
Nein, alles wird nur noch schlechter!
Was trotz hochwertiger Hühnerleiter (Zw=600; VF=0,95; a=0,16dB/100m bei 10MHz) als "Optimum" herauskommt ist ein symmetrischer Dipol der Spannweite 17,5m mit 11,72m langem Feeder und kläglichen drei Resonanzen (30m, 17m und 12m), also weit weg von einer "Wunderantenne".
Ähnliche Enttäuschungen kannst Du auch beim Einsatz anderer gängiger Kabeltypen erleben, wie z.B. bei der halboffenen 300Ohm Bandleitung CQ562flex.
Damit bestätigt der MRF auf mathematischer Basis die verblüffende These aus Thilo's Blog :
Die ZS6BKW-Wunderantenne funktioniert nur gut mit handelsüblichem halboffenen Bandkabel ähnlich CQ553!

Beispiel 3: JWD-Doppelzepp 

Ok, wenn Du den ZS6BKW-Dipol als T-Antenne betreibst, kannst Du auch damit auf 160m-QSOs fahren /1/.

Wer aber über deutlich mehr Platz verfügt, kann sich mit dem MRF auf die Suche nach einer "echten" Wunderantenne begeben, die auch das 160m Band erfasst. Los geht`s:

Nach ca. 2 Minuten spuckt das Programm einen OCF-Dipol mit 73,8m Spannweite aus, der bei 30% seiner Gesamtlänge mit 9m CQ553 gespeist wird und es auf sage und schreibe
6 Resonanzen bringt!
Diese finden sich auf den Bändern  160m, 80m, 40m, 15m, 12m und 6m. Auch das 17m- und 30m-Band liegen in greifbarer Nähe.

Eine EZNEC-Simulation bestätigt die Funktionsfähigkeit der JWD-Allband-Doppelzepp:

Beispiel 4: Praktische Messungen

Einen weiteren Beleg dafür, dass sich meine Theorie nicht allzu weit von der Praxis entfernt hat, liefert ein vom MRF berechneter 11,9m langen OCF-Dipol komplett aus Laut-sprecherkabel ( a=13dB/100m bei 10MHz, Zw=100Ohm; VF=0,7; siehe /3/), den ich im Garten in 7m Höhe aufgehängt habe.
Dabei bemühte ich mich, den ebenfalls 11,9m langen Feeder möglichst senkrecht vom Speisepunkt, der bei 30% der Spannweite liegt, wegzuführen. 
Die vier Resonanzen (SWR < 2) sieht der MRF  auf dem 20m-, 15m-, 12m- und 6m-Band.
SWR-Messungen mit dem Antennenanalysator AA-54 bestätigten das mit guter Näherung:

Bemerkungen

•  Feederlängen von Lbd/2 oder Vielfachen davon sollte man generell vermeiden (Strahlungskopplung!), auch wenn der MRF eine solche Länge ermittelt hat.
• In Abhängigkeit von Wellenwiderstand und Länge der Balunwicklung könnenb die vom MRF berechneten SWRs mehr oder weniger von praktischen Messergebnissen oder auch von Simulationen mit dem   KleinenNetzwerk-analysator oder dem Doppelzepp-Rechner abweichen.
• Wenn beim späteren praktischen Abgleich ein OCF- Dipol gekürzt oder verlängert werden muss, so ist die Längenänderung wie folgt auf beide Schenkel aufzuteilen:
  
  ΔL2 =  ΔL * (1 - ocf)
  ΔL1 = ΔL - ΔL2
  
  ΔL = gesamte Längenänderung des Dipols;
  ΔL1 = Änderung des kurzen Schenkels;
  ΔL2 = Änderung des langen Schenkels;
  ocf = Lage des Speisepunkts (0 < ocf <= 0,5)
  
  Beispiel: Wenn ein unsymm. Dipol mit ocf = 0,3 um 15cm gekürzt werden soll, so sind am langen Schenkel 10,5cm und am kurzen Schenkel 4,5cm einzuklappen.    
• Weitere Beispiele und Hinweise zum theoretischen Background des MRF-Tools entnimmst Du der Info.

 

Literatur

 

[1] Th. Sauer, DL9NBJ: Thilo's Amateurfunk und Elektronik
Blog, https://www.dl9nbj.de/zs6bkw-antenne/

[2] U. Neibig, DL4AAE: "Dämpfung und Verkürzungsfaktor von Zweidrahtleitungen", FUNKAMATEUR 11/16

[3] W. Doberenz, DL1JWD:"Dipol und Feed aus Lautsprecherkabel", CQ DL 3/17

[4] W. Doberenz, DL1JWD:"SWR gut - alles gut?", CQ DL 4/19

[5] K. Kark:"Antennen und Strahlungsfelder",
Vieweg Verlag 2004