The pa0rdt-Mini-Whip
Roelof Bakker, PA0RDT
Geschichte
Nach mehreren erfolglosen Versuchen, eine aktive Schleife in städtischer Umgebung zu betreiben, stellte sich heraus, dass das elektrische Feld von lokalen Störquellen im Haus eingesperrt war.
Das magnetische Feld von lokalen Störquellen war nicht im Haus eingeschlossen, was den Empfang schwacher Signale im Langwellenbereich unmöglich machte.
Daher wurde eine elektrische Feldantenne benötigt.
Tests wurden mit einer aktiven Peitschenantenne durchgeführt, die von G4COL entworfen wurde.
Die Ergebnisse waren vielversprechend, und die Länge der Peitsche konnte von 100 cm auf 30 cm reduziert werden, ohne Leistungsverlust.
Es wurde klar, dass bei Langwellen eine aktive Peitsche eine Kapazität ist, die mit dem elektrischen Feld gekoppelt ist.
Die pa0rdt-Mini-Whip.
Wenn akzeptiert wird, dass eine Peitsche eine Kapazität ist, die mit dem elektrischen Feld gekoppelt ist, wird die Form irrelevant, solange die erforderliche Kapazität vorhanden ist.
In der Praxis kann die "Peitsche" beispielsweise ein kleines Stück Kupfer beschichtetes Leiterplattenmaterial sein.
Eine kleine Druckguss-Aluminiumbox kann ebenfalls verwendet werden, wobei der Pufferverstärker im Inneren montiert ist.
Entlang dieser Denkrichtung wurden Tests durchgeführt, um die optimalen Abmessungen für die pa0rdt-Mini-Whip zu finden.
Um eine Überlastung des Empfängers zu verhindern, wurde die maximale Ausgangsleistung auf etwa -20 dBm eingestellt.
Der Pufferverstärker wurde für eine gute Verarbeitungsleistung bei starken Signalen optimiert.
Dank geht an Steve Ratzlaff, AA7U, der so freundlich war, IMD-Messungen am Pufferverstärker durchzuführen und Schaltungsmodifikationen zur Verbesserung der Verarbeitungsleistung bei starken Signalen vorzuschlagen.
Spezifikationen:
Frequenzbereich: 10 kHz - 30 MHz
Leistung: 12 - 15 Volt bei 50 mA.
Intercept-Punkt der zweiten Ordnung: > + 70 dBm.
Intercept-Punkt der dritten Ordnung: > + 30 dBm.
Maximale Ausgangsleistung: über -15 dBm
Abmessungen: Länge: 100 mm, Durchmesser: 40 mm
Anschlüsse: HF: BNC
Stromversorgung: Cinch, Mittelstift ist V+
Zuführleitung: 50 - 100 Ohm Koaxialkabel bis zu 100 Meter Länge.
Schaltplan der pa0rdt-Mini-Whip.
Bau
Der pa0rdt-Mini-Whip verwendet leicht erhältliche Materialien.
Eine einseitige Leiterplatte ist in einem 10 cm langen Stück 40 mm Abflussrohr (weiß) montiert, unter Verwendung von Endkappen.
Eine der Endkappen trägt einen isolierten BNC-Anschluss, an den die Leiterplatte gelötet ist.
Die Hälfte der Leiterplatte ist die eigentliche Antenne; die andere Hälfte enthält den Pufferverstärker, der "Amateur Surface Mounted Construction" verwendet.
Leiterplattenlayout.
Die Leiterbahnen werden mit einem Dremel-Werkzeug durchtrennt.
Schaltplan der Power-Feed-Einheit.
Die Energie wird über die koaxiale Zuführleitung dem pa0rdt-Mini-Whip zugeführt.
Ein Power Feed-Gerät koppelt die Energie über die koaxiale Zuführleitung an den pa0rdt-Mini-Whip.
Ein zweites Koaxialkabel koppelt das Signal an den Empfänger.
Die Installation ist unkompliziert:
Mini-whip © Antenne
Weil es mir einfach nicht gelang, anständige Signale im 160m-Band (mit einer Weltempfängerantenne ☺) zu empfangen, habe ich nach einer einfachen aktiven Empfangsantenne gesucht.
Bei meiner Suche bin ich schnell auf die Mini-Whip von Roelof Bakker gestoßen:
Aus den Experimenten von Roelof, PA0RDT, hat sich gezeigt, dass eine (kurze) Stabantenne erfolgreich durch eine Kupferfläche auf einer Leiterplatte ersetzt werden kann.
Die Kupferfläche muss nicht groß sein; eine Fläche von 35 x 40 mm liefert ein ausgezeichnetes Ergebnis.
Tatsächlich kann bei zu großer Fläche (>35 x 50 mm) leicht Störungen durch 3. Ordnung Intermodulationsprodukte auftreten.
Auf VLF und MF/HF wirkt die Kupferfläche als eine Kapazität, die Signale aus dem elektrischen Feld aufnimmt.
Indem er dieses Prinzip nutzt, hat er eine aktive Empfangsantenne entwickelt, die im Bereich von 10 kHz bis 20 MHz arbeitet.
Die Antenne besteht aus dem Antennenteil mit HF-Verstärker auf einer Platine, die durch ein Koaxialkabel mit dem anderen Teil, der Stromversorgungsplatine, verbunden wird.
Die 12-15 VDC-Versorgungsspannung wird über den Kern des Koaxialkabels dem HF-Verstärker zugeführt.
Die Trennung von Gleichstrom- und HF-Signalen erfolgt durch zwei Kondensatoren von 470 nF.
Die Antenne mit HF-Verstärker ist klein genug, um sie z.B. in ein Stück PVC-Abflussrohr aus dem Baumarkt einzubauen, um eine aktive (Mast-)Spitze zu schaffen.
Die 5 Teile der Power Supply Unit (PSU) können auf einer separaten Platine gelötet werden.
Die PSU wird von einem Netzadapter gespeist (Hält das Streufeld fern).
Abb. 2 zeigt das elektrische Schema meiner Version der Mini-Whip.
Die 10 μH-Spule zwischen dem Gate des 2N7000 FET und der Antenne sorgt zusammen mit der Eingangskapazität dafür, dass Resonanz im Serienkreis irgendwo oberhalb von 20 MHz auftritt.
Dadurch wird der Effekt, dass die Mini-Whip bei höheren Frequenzen wie eine normale Antenne mit entsprechenden -großen- Verlusten arbeitet, etwas verringert.
Abb. 1 Aufbau mini-whip
Abb. 2: Schema der Antenne (CU-Platte) und Vorverstärker
Abb. 3 Die Stromversorgungseinheit (PSU), Netzadapter nicht abgebildet
Ein reibungsloser Betrieb der Schaltung ist nur im Freien gewährleistet.
Die Störpegel in Innenräumen sind zu hoch, während die Signalpegel zu niedrig sind.
Je weiter die Antenne von Gebäuden entfernt ist, desto besser.
Optimal ist eine Entfernung von etwa 100 Metern.
Unsere durchschnittlichen holländischen Gärten sind zwischen 10 und 20 Metern lang, daher wird diese 100 Meter in der Regel nicht erreicht.
Dennoch funktioniert die Mini-Whip in etwa 10 Metern Entfernung vom Haus recht gut.
Es ist außerdem wichtig, dass der aktive "Kopf" an einem nichtleitenden Stab/Mast montiert wird (z.B. PVC-Rohr) und so weit wie möglich von metallischen Gegenständen entfernt bleibt.
Die von mir gebaute Mini-Whip weicht in einigen Punkten vom Originaldesign von PA0RDT ab.
Ich habe zum Beispiel den FET 2N7000 anstelle von J310 verwendet.
Ein 2N3866 wurde anstelle des 2N5109 verwendet. Außerdem wurden die 1-Millionen-Ohm-Widerstände durch jeweils 2 Stücke von 2M2 parallel ersetzt (2 x 2M2 //).
Für die Verbindung der aktiven Schaltung mit der PSU habe ich etwa 10 Meter gespleißtes 93 Ω Twinax-Koaxialkabel verwendet.
Für diese Anwendung wird es übrigens nicht viel ausmachen, ob 50, 75 oder 93 Ω Koaxialkabel verwendet wird.
Abb. 4: Die Antennenebene ist hier gut sichtbar.
Abb. 5: Die Mini-Whip in (weißem) PVC-Rohr
Abb. 7 Testaufbau mit D2935 Philips Empfänger
Am 14. Mai habe ich die Mini-Whip getestet, in Verbindung mit einem D2935 Weltempfänger aus dem Jahr 1988. Die Mini-Whip befand sich auf einem PVC-Rohr nur 5 Meter von den Gebäuden entfernt (siehe Abb. 6).
