VHF-UHF Dualband Antenne für den Balkon
Wer in einem urbanen Wohnungsgebiet wohnt, kennt das Problem. Die Antenne sollte so klein und unsichtbar wie möglich sein und trotzdem gut funktionieren. Wohnt man in einem mehrstöckigen Gebäude eignen sich Antennen mit Magnetfuss nur bedingt, da Balkone kaum grosse magnetische Flächen haben und die Geländer meist aus rundem, kaum magnetischem Chromstahl bestehen.
Eine kurze Recherche im Internet bringt diverse Antennenvarianten hervor. Ich habe mir eine Variante von DK7ZB abgekupfert und mit einem 3D-Druck Gehäuse nachgebaut.
Das Prinzip ist ganz einfach. Es wird ein normaler 2m Dipol konstruiert dem in nächster Nähe ein passives Element für das 70 cm Band hinzugefügt wird. Das funktioniert, weil das 70 cm Band ein Drittel der Wellenlänge vom 2m hat und ebenfalls resonant sein kann.
Mit dieser Antenne gelingt eine Verbindung zur 92km entfernten Relaisstation DB0XR ohne Probleme. Die Station selbst wird mit S7 empfangen.
Als echter Dipol kann diese Antenne auch in horizontaler Polarisation problemlos betrieben werden.
Aufbau
Die Antenne ist so konstruiert, dass beide Strahler für das 2 m Band zum Transport abgeschraubt werden können.
Strahlerelemente
Die Strahler bestehen aus 10mm eloxiertem Alumminiumrohr welches im Baumarkt zu finden ist. Zwei Stück à 1m reichen für eine Antenne. Ein Rohr wird genau mittig geteilt. Jeweils ein Ende wird an der Drehbank gerade gedreht und die erstem 20mm auf 8.5mm aufgebohrt. Das entfernt gleichzeitig die innere Eloxalschicht die bekanntlich nicht leitet. Dazu fertigt man zwei 15mm lange Metallzylinder mit 8.8 - 8.7mm Aussendurchmesser und einem durchgehenden M3 Gewinde im Zentrum. Die Zylinder werden dann in das aufgebohrte Rohrende bündig eingepresst. Zur Sicherheit kann man auf den letzten 5mm der Aufbohrung etwas Klebstoff auftragen. Das Rohrende wird dann nochmals überdreht und die Kante gebrochen. Damit das Abstimmen nachher gut klappt, sollten beide Rohre gleich lang sein. Ein weiteres 310mm langes Rohr wird für das 70cm Element benötigt.
Gehäuse
Zentrales Element im Gehäuse sind die beiden Gewindeblöcke die auf jeder Seite ein bis zwei M3 Gewinde enthalten. Damit lassen sie sich einfach im Gehäuse befestigen und halten gleichzeitig die M3 Schrauben für das befestigen der Stahlerelemente in Position. Dank 3D-Druck lässt sich das Gehäuse sehr präzise fertigen und es sind keine Nacharbeiten nötig. Ebenfalls direkt im Gehäuse ist eine Mantelwellensperre realisiert. Dazu wird von der BNC-Buchse aus ein RG-174 Koaxialkabel mehrmals um das runde Zentrum gewickelt. An der Stelle wo das Koaxialkabel dann aufgetrennt wird kommt eine Markierung. Zum einfacheren Auftrennen wickelt man das Kabel wieder ab und schneidet das Kabel 2-3cm hinter der Markierung ab. Nach dem vorsichtigen Entfernen des Mantels wird mit einer Nadel der Schirm geteilt und verdrillt.
Zum Verbinden des Koaxialkabel mit den Gewindeblöcke verwende ich ringförmige Kabelschuhe aus dem KFZ-Bereich. Die Kunststoffisolation wurde vorgängig entfernt.
Die Gewindeblöcke werden ebenfalls mit M3 Schrauben befestigt. Das Gehäuse besitzt dazu zwei Löcher mit 2.7mm Durchmesser. Beim Einschrauben werden die Platten platt im Gehäuse eingesetzt und die M3 Schraube presst beim Eindrehen im Plastik gleichzeitig ein M3 Gewinde ein. Die lange M3 Schraube für die Stahlerelemente muss zwingend eingeklebt werden. Dazu reicht ein hochfester Schraubenlack oder etwas Sofortkleber aus.
Der Deckel (hier nicht dargestellt, aber in der CAD-Datei vorhanden) wird mit Schrauben befestigt. Eine dünne Schicht Silikondichtmasse dazwischen ergibt ein wasserdichtes Gehäuse.
CAD
Abstimmen
Das Abstimmen erfolgt für jedes Band getrennt. Dazu werden zuerst nur die beiden Strahlerelemente für das 2m Band eingesetzt. Zur Ermittlung der Frequenz mit den tiefsten SWR verwende ich einen Antennenanalysator der Firma RigExpert. Da die beiden Stahlerelemente noch etwas zu lang sind, wird die Resonanzfrequenz rund 10-15 MHz tiefer ausfallen als gewünscht. Das hat auch damit zu tun, dass die Länge der Zuleitung nach der Auftrennungsstelle des Koaxialkabels bereits zum Strahler gehört.
Man kann jetzt die beiden Strahler solange kürzen bis das tiefste SWR an der gewünschten Stelle zu liegen kommt. Einfacher und sicherer ist es mit dem Antennensimulationsprogramm EZNEC. Dazu wird die Antenne im Simulator nachgebildet und mit passenden Strahlerlängen für die gewünschten Frequenzen konfiguriert. Dies sind die theoretischen Längen bei einer idealen Antenne. Messen wir jetzt an der noch nicht abgestimmten Antenne das beste SWR wird es zum Beispiel bei 126 MHz liegen. Bevor wir die Enden kürzen, verlängern wir im Simulator die Strahlerlängen soweit bis sich die gleiche Frequenz für das beste SWR einstellt. Jetzt hat man die Differenz um welche beide Strahler zu lang sind. Das funktioniert erstaunlich genau. Sicherheitshalber macht man einen Zwischenschritt und lässt erstmal noch 3-5mm stehen. Für den 70cm Strahler gilt das gleiche. Hier gilt es jedoch auf den halben Millimeter genau zu arbeiten. Da dieses Element nicht geteilt ist, muss man nur ein Ende bearbeiten. Es wird anschliessend mittig eingebaut und mit einer M3 Madenschraube festgeklemmt.
Montage
Die Antenne wird mit einem 12mm Glasfaserrohr vom Befestigungspunkt abgesetzt. Ein passendes Rohrendstück, dass mit einer Flügelschraube am Gehäuse festgemacht wird, hält das ganze fest. Das Glasfaserrohr ist ca. 60cm lang. Eine passende Klemme für ein Balkongeländer oder Abflussrohr ist schnell gemacht. Die hier gezeigte Variante hat ein quadratisches eingesetztes Rohrendstück. Es wird in der Klemme mit einem Querstift gegen Herausfallen gesichert. So kann die Antenne ohne Werkzeug entfernt werden. Die Klemme selbst kann am Geländer verbleiben.
Source
siehe GitHub Repository
Links
EZNEC Antennen-Simulator
Vormast-Dipol von DK7ZB
RigExpert Antennenanalyzer
Gewindeblock M3