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Magnetische Antennen für Dumme


Dieser Text stammt ausnahmsweise nicht aus meiner Tastatur. Er stammt aus der Serie "Beobachtungen aus Schottland" (Observations from Scotland) von Allan, GM1SXX – mit freundlicher Genehmigung.

OK, ich nehme alles zurück. Ich hab's gesagt und jetzt muss ich's ausbaden. Magnetische Antennen sind kein Unsinn!

Magnetische Antenne sind KEIN Unsinn!
Magnetische Antenne sind KEIN Unsinn!
Magnetische Antenne sind KEIN Unsinn!
Magnetische Antenne sind KEIN Unsinn!
Magnetische Antenne sind KEIN Unsinn!
Magnetische Antenne sind KEIN Unsinn!
Magnetische Antenne sind KEIN Unsinn!
Magnetische Antenne sind KEIN Unsinn!
Magnetische Antenne sind KEIN Unsinn!

Damit kann's jetzt aber gut sein...

Mittlerweile habe ich eine funktionierende magnetische Antenne. Für eine Kurzwellenantenne ist sie ziemlich klein, aber sie arbeitet recht anständig. Ganz offen: Ich bin überrascht!

Klein soll heißen 2 m mal 75 cm. Angefangen habe ich mit dem ausgezeichneten Berechnungsprogramm von G4FGQ. Hergestellt habe ich die Antenne aus handelsüblichem 15-mm-Kupferrohr vom Baumarkt, das mit pasenden Winkelstücken verlötet ist.

Regs rjeloop beherrscht alle Berechnungen, die man bei der Konstruktion einer rechteckigen magnetischen Antenne braucht. Es ist ein DOS-Programm, das aber auch unter Windoof läuft.

Schema GM1SXX El-Cheapo Mag-Loop

Die meisten magnetischen Antennen werden mit einer Koppelschleife induktiv eingekoppelt. Schon früh stellte ich fest, dass ich darauf keine Lust hatte. Aus reiner Sturheit wollte ich's anders machen. Die Eigenheit der hier beschriebenen Konstruktion ist deshalb der Koppeltransformator.

Abstimmung... Oben in der Schleife ist natürlich der übliche, motorisch betriebene Drehkondensator – ganz einfach das, was sich in der Bastelkiste fand. Das Teil hatte zwei Statorpakete, die ich parallelschaltete. Dabei kamen aber nur mickrige 40 pF zusammen. Ein symmetrischer Schmetterlingsdreko wäre natürlich eleganter gewesen, aber weder hatte ich so etwas, noch bekommt man den im nächsten Laden. Aber das sollte ja nur eine experimentelle Antenne werden und ich erwartete nicht, dass das Teil überhaupt sinnvoll funktionieren würde.

Anpassung... Aus lauter Trotz wollte ich eben nicht die übliche Koppelschleife verwenden. Statt dessen sollte es einen Ringkerntransformator sein. Theoretisch sollte das schließlich auch gehen. Das war wie ein rotes Tuch für mich...

Meine Schleife ist oben und unten unterbrochen. Technisch ist das schlimm! Eigentlich sollte die Schleife nur oben unterbrochen sein.

Dafür gibt es aber einen Grund: Den Ringkern hatte ich schon vor längerer Zeit bewickelt, ehe ich die Lust an dem Projekt verlor. Aber heute erinnerte ich mich an das Projekt und suchte die ganzen Teile zusammen. So tollpatschig wie ich bin, ließ ich den Ringkern dann auf die Küchenfliesen fallen. Dabei zerbrauch der Ringkern in tausend Teile.

Zeit für Plan B: In der Bastelkiste fand ich noch zwei billige Ringkerne. Die klebte ich aneinander und wickelte 25 Windungen drauf – mit Anzapfungen alle fünf Windungen. Mit einem Stufenschalter kann ich so das Übertragungsverhältnis umschalten. Allerdings hatten die Ringkerne von Plan B einen so kleinen Durchmesser, dass sie nicht auf das 15-mm-Rohr passten. Also ließ sich eine kleine Pfuscherei nicht vermeiden: Ich schnitt das Rohr auf, drückte es etwas zusammen und lötete ein Stück 8-mm-Rohr rein. Weder elegant noch stabil, aber es funktioniert.

Die 25 Windungen mit Anzapfungen alle fünf Windungen waren eine theoretische Schätzung. Es konnte aber nicht mehr passieren, als dass es nicht funktionierte.

Der Transformator ist wie üblich unten montiert. Drehkondensator und Transformator stecken in kleinen, wetterfesten und wasserdichten Gehäusen. Auf der Unterseite der Gehäuse sorgen kleine Löcher dafür, dass Feuchtigkeit entweichen kann.

Schon bei kleinen Leistungen fließen in magnetischen Antennen heftige Ströme und entstehen beträchtliche Spannungen. Die Verbindungen und Isolationen müssen deshalb hochwertig sein. Den Kondensator habe ich mit dickem, versilbertem Draht angeschlossen. Das Abschirmgeflecht von altem RG-213 wäre vielleicht noch besser gewesen. Zur Funkentstörung lötete ich einen 100-nF-Kondensator über die Klemmen des Motors uns schloss doppeladriges Kabel an. Ferritperlen sollen den Motor weiter entstören.

Der schwierigste Teil beim Bau der magnetischen Antenne war die ganze Mechanik. Das Stabilisieren der beiden Hälften habe ich noch nicht wirklich gelöst. Dann fraß sich noch der Motor fest – fast hätte ich das Handtuch geworfen!

Aber ich gab nicht auf. Der Getriebemotor wurde abgebaut und durch einen einfachen Drehknopf aus Kunststoff ersetzt. Sicherheitstechnisch ist das sicher nicht zu empfehlen! Am Kondensator liegen beim Senden hohe Spannungen an, die sollten auch vom Getriebemotor ferngehalten werden.

Zum Ausprobieren schleppte ich die Maschinerie über diverse enge Treppen in ein Zimmer unter dem Dach. Die Antenne lehnte ich an einen Schrank. Mit dem FT-817 hörte ich auf 20m eine Menge Stationen. Als ich den Kondensator auf Maximum abstimmte, stiegen die Signale deutlich an.

Auch das Übersetzungsverhältnis des Transformators hat enormen Einfluss auf die Anpassung. Auf 20m brauchte ich nur 5 Windungen, auf 40m und 80m bedeutend mehr. Mein Ratespiel machte sich also bezahlt. Da frage ich mich, wie effizient wohl die festen Koppelschleifen der üblichen magnetischen Antennen sind.

Die Transformatorkopplung ist also einen Versuch beim Eigenbau von magnetischen Antennen wert,

Am Kondensator liegen auch im QRP-Betrieb lebensgefährliche Spannungen. [Kommentar DL4NO: Einen Schlag wie bei Netzspannung wird man da nicht bekommen. Aber es kann reichlich warm werden und ein gekochtes Stück Fleisch am Daumen ist sicher nicht angenehm. Da soll sich schon so mancher ein Loch geholt haben. Gefährlich ist vor allem der Schreck, wenn man den Arm reflexmäßg wegzieht und was weiß ich vom Tisch wirft.]

Der Grund für die hohen Spannungen und Ströme ist die hohe Güte der Schleife. Entsprechend ist auch die Abstimmung kritisch. Speziell der obere Teil der Antenne sollte außerhalb der Reichweite von Kindern oder Haustieren sein.

Wenn die Antenne im normalen Betrieb eingesetzt werden soll, muss ein entsprechend hochwertiger Drehko mit großem Plattenabstand her. Schon bei 100 W Sendeleistung gibt es sonst Überschläge.

Der Betrieb einer magnetischen Antenne im Raum ist wegen der hohen Feldstärken kritisch. Die Sendeleistung sollte auf vielleicht 5 W begrenzt werden.

Das Projekt hat meine Einstellung zu solch kleinen Antennen verändert. Natürlich kann man damit nicht gegen ausgewachsene Antenne konkurrieren – mehr ist da fast immer besser. Aber es ließ sich zeigen, dass eine solche, vergleichsweise kleine Struktur ganz anständige Leistung liefern kann.

FrequenzWirkungsgradKapazität für Resonanz Spannung über den KondensatorStrom über den Kondensator
3,5 MHz2%438 pF1,3 kV8,7 A
7,0 MHz19%105 pF1,9 kV6,2 A
14 MHz73%21 pF1,7 kV2,3 A
21 MHz92%6 pF1,1 kV0,5 A
28 MHz96%68,6 μH690 V40 mA
Elektrische Daten einer 2 m x 75 cm großen magnetischen Antenne bei 5 W Sendeleistung

Auf 20m und höher ist die Effizienz recht beachtlich. Aber auch die 2% für 80m sind längst nicht so schlimm, wie es erst mal erscheint.

Bei 100 W liegen am Kondensator bis zu 7,7 kV und dabei fließen reichlich 10 A. Das macht deutlich, warum der Kondensator bei einer magnetischen Antenne so ein kritisches Bauteil ist.

Und was soll dann der Wert von 68,6 μH in der letzten Zeile? Die Antenne hat einen so großen Umfang (mehr als eine halbe Wellenlänge), dass die Resonanz auf 10m mit einer Induktivität erzwungen werden müsste.

Warum habe ich eigentlich diese Dimensionen für die Antenne gewählt? Weil ein Umfang von 6 m für 40m bis 15m recht sinnvoll ist. Für 80m ist die Antenne zu klein. Sie hat einen ähnlichen Wirkungsgrad wie eine Groundplane, braucht aber keine Radials.

Die üblichen Leistungsangaben für kleine Antennen betrachte ich recht kritisch. Bezogen auf ihre Größe schlägt sich eine magnetische Antenne aber recht ordentlich. Natürlich muss man einen Preis zahlen, das ist die Schmalbandigkeit. Man muss damit leben können, dass fast jeder Frequenzwechsel zum Neuabstimmen zwingt.

Wenn Du, wie ich, einen Garten im Briefmarkenformat hast, solltest Du über eine magnetische Antenne nachdenken. Und baue sie selber. Dabei gibt es was zu lernen und billiger als eine kommerzielle Antenne wird es allemal.

Ach ja: Auch beim Rohrdurchmesser ist größer besser. Durch die größere Oberfläche sinkt der Widerstand. Entscheidend sind aber durchgängig niedrige Verbindungswiderstände.

Meine Kenntnisse zum Antennenbau passen problemos auf einen Bierdeckel. Ich behaupte nicht, zu wissen, was ich hier tue. Ich halte mich nur an G4FGQs Kochrezept.

Nachwort von DL4NO

Diesen Text habe ich übersetzt, weil er gerade durch seine Einfachheit und fast schon Naivität überzeugt: Ein paar Rohre und Winkel aus dem Baumerkt, etwas Kleinkram aus der Bastelkiste und ein paar Stunden Arbeit – schon hat man was Brauchbares beieinander.

Einiges im Original beruht mehr auf Spekulation denn Wissen. Entsprechend habe ich einige Abschnitte gekürzt oder geändert – etwa das mit den tödlichen Spannungen. Auch geht Allen beim Widerstand des Rohres vom Querschnitt aus, was wegen des Skineffekts natürlich so nicht stimmt. Da ist auch von Vakkumkondensatoren die Rede, während die kommerziellen Konstruktionen wohl meist einfach mit entsprechenden Plattenabständen arbeiten.

Kritisch werden leicht die Feldstärken, die so eine kleine Antenne im Nahfeld produziert. Bei 5 W Sendeleistung sollte aber 1 m Abstand reichen. Bei QRO sollte es aber doch etwas mehr sein. Die Belastung sollte man unter 1 mW/cm2 halten. Speziell die Augen sind da empfindlich: Weil die Linse schlecht durchblutet wird, heizt sie sich leicht auf. Und das kappt mit Wirbelströmen besonders leicht, wie man bei jedem modernen Elektroherd leicht beobachten kann.

Gerade beim Betrieb in Räumen haben magnetische Antennen einen besonderen Vorteil: Das Magnetfeld durchdringt Wände leichter als das elektrostatische Feld, das die üblichen Dipole im Nahfeld produzieren. Gegen Stahlbeton hilft natürlich auch eine magnetische Antenne nur wenig. Mehrere Wellenlängen von der Antenne entfernt kann man die Felder von magnetischen Antennen und Dipolen nicht mehr unterscheiden. Aber bis dahin ist man höffentlich aus dem Mauern raus...

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Alexander von Obert * http://www.dl4no.de/thema/magnetis.htm
Letzte Änderung: 18.05.08 (Erstfassung)


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