Antennenanalysator Es ist ein ausgezeichneter Helfer für Funkamateure, die selbstgebaute Antennen bevorzugen. Es ermöglicht einen „Blick“ auf die Eigenschaften der Antenne, indem es die einzelnen Komponenten der Impedanz anzeigt. Aus diesen Daten können wir die Impedanz bestimmen, PSV und Resonanzfrequenz. Die Preise kommerziell hergestellter Antennenanalysatoren übersteigen zumeist die Möglichkeiten unserer Funkamateure. Die Herstellung eines Antennenanalysators muss weder schwierig noch teuer sein.
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Das Prinzip des Antennenanalysators
Basis ist ein VF-Generator mit steuerbarer Ausgangsleistung, der auch ein normaler Transceiver sein kann. Es ist von Vorteil, wenn es auch für den Rundfunk außerhalb der Amateurfunkbänder freigeschaltet ist, wodurch Antennen in einem größeren Frequenzbereich vermessen werden können. Ein einfaches Messgerät, angeschlossen an ein Millivoltmeter, ist ein notwendiges Zubehör. Die Messwerte verarbeiten wir am Computer.
Es dient zur Messung von Impedanzkomponenten Brückenmethode. Dieser Zusammenhang wurde bereits 1965 von Doyle Strandland W8CGT im amerikanischen QST veröffentlicht. Der Vorteil besteht darin, dass es einfach ist und keine Einstellelemente aufweist.
Es ist praktisch, die Spannung vom Generator einzustellen (TCVR-a) oben, um den Einfluss der Eigenschaften der verwendeten Dioden zu minimieren. Wenn die Spannung nur einige Hundert mV beträgt (= die Ausgangsleistung ist zu klein), ist es möglich, die Werte der Widerstände im Eingangsteiler zu ändern, dessen Aufgabe darin besteht, die Wirkung ungeeigneter Impedanzen (Impedanzen ungleich 50 Ohm), die eine nicht angepasste Antenne darstellen kann, zu trennen (zu unterdrücken).
Zur Messung von Spannungen muss ein Millivoltmeter oder Digitalmultimeter mit hohem Eingangswiderstand verwendet werden. Nicht jedes Multimeter eignet sich zum Arbeiten im HF-Feld in der Nähe der Antenne, insbesondere günstigere Multimeter zeigen aussagekräftige Werte an.
Bauliche Anforderungen
Die gesamte Struktur der Brücke muss den Bedingungen der VF-Technologie entsprechen, d. h. die Anschlüsse aller Komponenten werden auf ein Minimum verkürzt und die Komponenten müssen von hoher Qualität sein. Die Widerstände im Eingangsteiler sind am stärksten strombelastet, daher müssen sie entsprechend dimensioniert sein, gleichzeitig müssen sie jedoch eine minimale Selbstinduktivität aufweisen. Daher ist die Parallelschaltung zweier Widerstände mit relativ unkonventionellem Wert angezeigt. Es bietet sich an, wenn wir diese Trennwand vom Rest der Brücke abgrenzen, beispielsweise mit einer Cuprextite-Trennwand. Es reicht aus, den Widerstand R auf ein Fünftel der Eingangsleistung zu dimensionieren. Wir werden hochwertige Kondensatoren verwenden, insbesondere den Kondensator C, der sich im Zweig der Brücke befindet. Seine Kapazität wird durch die Frequenz bestimmt, mit der wir messen.
| Frequenz | 3,5 MHz | 7 MHz | 14 MHz | 21 MHz | 28 MHz | 50 MHz | 144 MHz |
| Kapazität | 1000 pF | 560 pF | 390 pF | 180 pF | 100 pF | 49 pF | 22 pF |
Die Reaktanz des Kondensators beträgt bei jeder Frequenz etwa 50 Ohm, der genaue Wert ist jedoch nicht erforderlich und hat auch keinen Einfluss auf die Genauigkeit der Messung. Erst bei großen Differenzen (unter 25 und über 100 Ohm) nimmt die Messgenauigkeit ab. Bei höheren Frequenzen (über 10 MHz) ist der Einsatz eines Kapazitätsschalters oder eines Kondensatorwechselsystems nicht sinnvoll.
Wir schließen die Antenne direkt an die Klemmen der Brücke oder über einen Impedanzverstärker (Koaxialkabellänge Lambda/2 x Verkürzungsfaktor) an.
Verarbeitung der Messergebnisse
Zu den Vorteilen von Joes Makro gehört neben der Erhöhung der Genauigkeit auch die grafische Darstellung des Ergebnisses, auch in einem Smith-Diagramm.
Das Makro ist auf Joes Website verfügbar http://www.QSL.net/n8xpv/index.html. Die Arbeit damit ist relativ einfach.
Ein praktisches Beispiel zur Antennenmessung G5RV mit Z-Match auf dem 20m-Band. Die Antenne wird in Arbeitshöhe mit einem Koaxialkabel (Impedanzverstärker) angeschlossen. Wir schalten den TCVR auf CW (oder FM), sperren ihn und stellen in der Position „Ea“ des Schalters die Leistung so ein, dass die Spannung mehrere Volt beträgt. Wir schreiben die Spannung in die Tabelle oder direkt in das Makro (UFB-Option, zum Beispiel im Notebook, wir sehen die Ergebnisse direkt nach der Messung). Wir werden auch andere Spannungen (Er, Ecz, Ec und Ez) messen und aufschreiben. Wir entsperren den TCVR und stellen ihn auf eine andere Frequenz um, z.B. 50 kHz höher und wir wiederholen den gesamten Vorgang. Das Ergebnis ist eine Tabelle mit R und jX (auch mit Vorzeichen), möglicher Ungenauigkeit aufgrund der Messmethode, PSV, Diagramm der Abhängigkeit der Impedanz von der Frequenz und Smith-Diagramm.
Teileliste
| R1 | 7,5 Ohm (2×24 und 1×21 Ohm parallel, siehe Text) |
| R2 | 21 Ohm (siehe .text) |
| R3 – R7 | 1M |
| R | 50 Ohm (2×100 Ohm parallel) |
| C1 – C10 | 1000pF Styroflex, Keramik, Glimmer usw. |
| C | siehe Tabelle |
| D | BAT46 (oder andere Schottky-HF-Dioden) |
Literatur
[1] Peter Dodd G3LDO, Tom Lloyd G3TML: Messung der Antennenimpedanz, SPRAT Nr. 50, Frühjahr 1987
[2] http://web.ukonline.co.uk/g3ldo/
[3] http://www.qsl.net/n8xpv/index.html
[4] Jan Bocek OK2BNG, Ing. Tomáš Klimčík: Elektrotechnische Messung (11), Messung der komplexen Antennenimpedanz, RŽ 2/2002
[5] Peter Dodd G3LDO: Antennen, RadCom 7/2005