Antennen messgerät für 40 m und 80 m
Eine Lösung wahrhaftig mit Pfiff.
Mit einem Antennenmessgerat kann man die Resonanzfrequenz und den FuRpunktwiderstand einer Antenne bestimmen. Nachfolgend wird ein soiches einfaches Gerat zur schnellen Messung beschrieben.
Auf einen Frequenzzahler wurde bewusst I verzichtet, um das Gerat billig und nachbausicher zu halten. Ein Zahler kann angeschlossen werden, doch auch ohne diesen zeigt das Gerat die Frequenz genügend genau an.
Der große Vorteil
Dieser Konstruktion besteht darin, direkt im Freien am der Antenne messen zu konnen. Die Unsicherheit und Kompliziertheit der Messung durch ein zwischengeschaltetes Kabel wird dadurch vermieden.
Es konnen sowohl jegliche Arten von Drahtantennen, wie Dipole, Windom, FD4, T2FD oder Langdraht, als auch Vertikal-, Magnet- und Rahmenantennen gemessen werden. Der Messbereich des Fußpunktwiderstands betragt 0-470 Ohm. Das Gerat ist somit auch für "Huhnerleiter-Untersuchungen" geeignet.
Das Antennenmessgerat ist batteriebetrieben und besteht aus drei Funktionsgruppen:
- Generator 3-9 MHz
- Reflexionsfaktor-Messbracke
- akustischer Frequenzmarkengeber Wie diese grundsatzlich zusammenwirken, verrat Bild 1.
Bild 1: Das Blockschaltbild des Antennenmessgerats.
Schaltung des Generators
Bild 2 zeigt die Schaltung ohne Messbrücke. Die Abstimmung erfolgt optimal mit Kapazitatsdioden. In einem solchen Gerat zeigen sie - im Gegensatz zu Empfangern - keine Nachteile gegenither Drehkondensatoren, sondem stechen diese sogar durch ihre kleinen Abmessungen, die hier sehr gewünscht sind, aus. Die Speisespannung muss in Anbetracht der Kapazitatsdiodenabstimmung mindestens 10 V betragen. Sonst kann die notige Kapazitatsvariation nicht erreicht werden.
Bild 2: Schaltung von Oszillator, Verstarker und akustischer Frequenzanzeige. Am Punkt 1 wird die Messbrücke angeschlossen.
Der HF-Generator arbeitet in ColpittsSchaltung. Es ergibt sich mit einer variablen Abstimmspannung von 0-8 V ein Frequenzbereich von 3-9 MHz ohne Bereichsumschaltung. Das bedeutet einen Variationsfaktor von 3. Mit ein wenig Experimentiergeist dürfte es daher moglich sein, auch mindestens 3,5 - 10,15 MHz zu erreichen, denn hier ist der Variationsfaktor 2,9. Dann kann such im 30m-Band gemessen werden.
Als Kreisinduktivitat wurde eine fertige SMD-Spule gewahlt. Will man den Abstimmbereich grundlegend verandem, kann man andere Spulen verwenden. Auf Grund der dann geanderten Güte wird allerdings der SourceWiderstand des BF 245C zu optimieren sein.
Auf den VCO folgt ein einfacher Emitterfolger als hochohmige Trennstufe.
Mit dem Einstellregler kann die Ausgangsamplitude eingestellt werden.
Auf die Trennstufe folgt der Leistungs-MMIC-Verstarker MAV 11, der das Signal auf einen Ausgangspegel von maximal 2 V Spitze-Spitze verstarkt.
EM einfacher Tiefpass am Ausgang vermindert die Signalverzerrungen, so dass ein sauberer Sinus mit guter Pegelkonstanz zur Verfügung steht.
Problem und Lüsung
Bei portablen Geraten mit KapazitatsdiodenAbstimmung besteht immer das Problem, dass sich mit sinkender Batteriespannung die Frequenz ändert.
Durch eine aufwendige Stabilisierung bekommt man das Problem zwar in den Griff, muss aber den Leistungsverbrauch der Stabilisierungsschaltung in Kauf nehmen.
Aus diesen Grunden werden hier billige Spannungsregler zur Stabilisierung der Abstimmspannung verwendet, das wichtige Kriterium der Frequenzkontrolle dagegen wird ohne Frequenzzahler, aber dennoch recht effektiv gelost.
Und zwar mit dem 1-MHz-Quarzoszillator, der Rechtecksignale mit 5 V Amplitude liefert. Nun hat zwar eine Rechteckspannung Oberwellen, jedoch nur ungeradzahlige. Es werden also nur 1 MHz, 3 MHz, 5 MHz usw. als verwertbare Oberwellen für Kalibrierzwecke abgegeben. Dies zeigt Bild 3 recht eindrucksvoll. Sehr schon erkennbar sind die ungeradzahligen Harmonischen, geradzahlige sind nicht vorhanden!
Bild 3: Überwellenspektrum eines 1-MHz Rechtecksignals. Maßstab horizontal: 1 MHz/ Skalenteil. Die zweite Linie von links ist die Grundwelle, die erste (dritte, fünfte, siebente) Oberwelle erscheint 50 dB gedümpft, wahrend die zweite (vierte, sechste, achte) Oberwelle stark vorhanden ist.
Will man Frequenzmarken im Abstand von 1 MHz erhalten, muss man das Rechtecksignal zu einem Nadelimpuls verformen. Man führt dazu z.B. wie hier das Rechtecksignal einer Kombination von NAND-Gliedern zu, wobei deren Verzogerungszeit ausgenutzt wird. Am Ausgang werden Nadelimpulse mit 5 ns Dauer auftreten. Hierzu zeigt Bild 4 das Spektogramm. Deutlich erkennbar sind die Harmonischen in 1 MHz Abstand.
Bild 4: Oberwellenspektrum eines 5-ns-Nadelimpulses. Maßstab 1 MHz/Skalenteil. Sehr schon erkennbar, well gleichgroß sind nun alle Oberwellen.
Die Nadelimpulse werden mit dem sinusformigen HF-Signal des Generators additiv gemischt. Die Verhaltnisse sind dabei mit dem Einstellwiderstand 250 Ohm optimierbar. Wird nun der VCO von 3 bis 9 MHz durchgestimmt, entstehen im Abstand von 1 MHz Schwebungsnull-Stellen, deren nahe Umgebung sich als niederfrequente Pfeifstelle in einem Kontrolllautsprecher außert.
Dadurch, dass der VCO nicht ganz oberwellenfrei ist, gibt es auch leise Pfeifstellen im Abstand von 500 kHz, die aber nicht weiter storend sind, sondern als zusatzliche Frequenzmarken verwendet werden konnen. Naheres hierzu zeigen die Bilder 5 und 6.
Bild 5: Darstellung des Ausgangssignals von 2 V Spitze-Spitze an 50 Ohm bei 5,5 MHz mit einem Oszilloskop.
Bild 6: Spektogramm des Signals gemüß Bild 5. Maßstab 1 MHz/Skalenteil. Die große Linie links entspricht 0 Hz, die zweitgroßte Linie dem Oszillatorsignal. Die gleichgroßen Markersignale in 1 MHz Abstand sind gut erkennbar.
Mit dieser einfachen Frequenzindikation kann man leicht eine Skala selbst zeichnen. Denn die Pfeifstellen sind zwar etwas von der sich dock leicht andernden Abstimmspannung abhangig, aber immer klar zuzuordnen.
Brücke ohne Besonderheiten
Das HF-Signal wird einer Differentialmessbrücke zugeführt, die von alien Brücken die geringste Einfügungsdampfung aufweist. Das auszuwertende Brückensignal kann deshalb direkt mit einer Germanium- oder Schottky-Diode gleichgerichtet werden, an die sich ein passives Gleichspannungs-Instrument anschließt.
Die Differentialmessbrücke entsteht aus einer Wheatstoneschen Brucke (Bild 7), indem die Widerstande R1 und R2 durch die Wicklungen eines symmetrischen Ubertragers ersetzt werden (Bild 8). Der Ubertrager verwendet z.B. einen Ringkern des Typs RIK 20 zum Preis von 1,95 DM, der mit 5-7 Windungen aus Kupferlackdraht (ca. 0,8 mm) trifilar bewickelt wird. Drei Drahte werden also leicht verdrillt. Dies illustriert Bild 9.
Bild 7: Die Wheatstonesche Brücke. Das Instrument zeigt Null, wenn RN/RX = R1/R2 zutrifft. Im Fall R1 = R2 ist Brückennull bei RX = RN erreicht.
Bild 8: Für die symmetrische Differentialmessbrücke ergibt sich Null bei RX = RN.
Bild 9: Zur Anfertigung des Übertragers. Es dürfen auch ein bis zwei Windungen mehr sein.
Bild 10 indessen zeigt die praktische Schaltung. Hierbei muss besonders auf den korrekten Anschluss des Ubertragers geachtet werden. Die Wicklungen werden mit einem Ohmmeter ermittelt und die Anschhisse z.B. durch Knoten oder Isolierband eindeutig gekennzeichnet. Es eignen sich such ahnliche Ringkerne (z.B. Amidon, rot).
Bild 10: So wird die Differentialmessbrücke geschattet. Der Anschluss an die Schaltung erfolgt am Punkt 1.
Der Aufbau
Verwendet wurde in ein Alugehause 140x70x40 mm des Typs Teko B4, das man z.B. bei Reichelt erhalt.
AuBer den Akkus wird alles auf den Deckel montiert and kann komplett und funktionsfahig für Testzwecke von der Stromversorgung getrennt werden (Bild 11). Da dieses Projekt von schon etwas getibten Amateuren nachvollzogen wird, wurde auf die Entwicklung einer Platine verzichtet. Auch eine Universalplatine erlaubt schnellen und flexiblen Nachbau.
Bild 11: Das geoffnete Geritt. Vorn das Aldmpack. Der Einsatz von Einzelzellen in einer Halterung fur acht Akkus ist denkbar. Die Akkus konnen dann extern und somit oft pfleglicher geladen werden.
Bild 12: Blick auf die Frontseite des wahrlich pfiffigen Antennenmessgerats.
Ich habe allerdings wie bei alien meinen Nachbauprojekten auf die bewahrte Lotinseltechnik zuruckgegriffen. Dabei werden mit einem modifizierten Holzbohrer auf der Kupferschicht der Platine kleine Lotinseln mit 5 mm Durchmesser hergestellt. Die Bestdcicung erfolgt anschliel3end mit SMD-Bauteilen auf der Kupferseite, wahrend alle konventionellen Bauelemente auf der anderen Seite bestuckt werden. Eine Ausnahme bilden die ICs, die auf der Kupferseite mit den Anschlussen nach oben angeordnet werden.
Es ist unbedingt darauf zu achten, dass die Anschlussfahnen der Akkus gelotet werden. Jeder Wackelkontakt bzw. unsichere Ubergangswiderstand zwischen den Anschlusskontakten bei den acht Einzelzellen bewirkt namlich eine Anderung der Abstimmspannung und somit eine Frequenzverschiebung.
Aus Bild 12 ist ersichtlich, dass an einer Stirnseite drei BNC-Buchsen far Ladespannung, Zahler sowie Antennenanschluss/HF sitzen. Die letztgenannte Buchse hat eine Doppelfunktion. Misst man keine Antenne aus, kann man daraus das HF-Signal für verschiedene andere Anwendungen entnehmen.
Das Anzeigeinstrument ist eine sehr einfache Ausführung (VU-Aussteuerungsmesser), die bier vollig gentigt. Es kommt ja nur auf die Minimumfeststellung an.
Links in der Mitte befindet sich der Knopf zur Frequenzeinstellung, unterlegt von einer selbst gezeichneten Skala. Daneben befindet sich der Knopf für das Bruckenpotentiometer, umgeben von einer Skala mit Ohmwerten. Die-se wird einfach durch Anlegen verschiedener Widerstande zwischen 10 und 470 Ohm gezeichnet.
Unten links liegt das Poti in der Emitterleitung, mit dem die Ausgangsamplitude eingestellt wird. Auch hierzu ist eine Skala schnell gezeichnet, man braucht nur ein Oszilloskop und einen 50-Ohm-Abschlusswiderstand. Rechts daneben erkennt man die Offnung für den kleinen Lautsprecher.
| Versorgungsspanung | 9-12 V |
| Stromaufnahme | ca. 140 mA |
| Frequenzbereich Muster | 3-9,4 MHz |
| Messbereich | 0-470 Ohm (Scheinwiderstand) |
| Frequenzdrift | max. 500 Hz/min oath 5 min Einlaufzeit |
| Ausgangspegel | max. 2 V Spitze-Spitze an 50 Ohm |
DJ1UGA, Hans Nussbaum.