Rahmenantenne VLF-HF

[TipFox]

Rahmenantenne VLF-HF

Hallo Bastelfreunde,

neben meinen anderen Hobbys bin ich seit langem Kurzwellenh?rer, wobei "Kurzwelle" den Bereich von 0...30 MHz meint
Als Empfänger benutze ich überwiegend ein "Winradio G303iPD", eine PC-Steckkarte, welche den gesammten Bereich abdeckt und mit seinem Profidekoder alle gängigen Modulationsarten empfangen kann. Die ZF-Bandbreite ist stufenlos von 0...15KHz (SSB 0...7,5KHz) einstellbar.
Die Antenne ist ein in etwa 12m Höhe aufgespannter, ca. 30m langer Draht zwischen Antennenmast am Dach und einer Fichte. Am Antennenmast geht es in einen "Magnetic Balun" und dann per 50 Ohm Koax (RG58U) zum Preselektor am Computer.
Soweit, so gut - damit bin ich in einer für Viele sicher schon "gehobenen" Empfangssituation.

Trotzdem: wenn es auf die ganz tiefen Frequenzen geht, dann wird der "Langdraht" zu einer nicht mehr ganz optimalen Antenne - obwohl ich damit sogar schon Signale bei ca. 25KHz gehört habe Aber er bringt auch jede Menge StÄrger?usch mit - auch die enormen Pegel im Mittelwellenbereich "ballern" den Empfängereingang zu - meist geht es trotz Preselektor nur mit Abschw?cher.

Daher bin ich auf die Idee gekommen, mir für den Bereich VLF (Zielvorstellung ab 60 kHz) bis an die untere Mittelwellengrenze, also ca. 530KHz eine Rahmenantenne zu bauen. Damit könnten dann Zeitzeichensender (60 khz / 77,7 khz) , Wetterdienst (RTTY, 147.3 kHz), der LW-Rundfunk und einige andere Sonderdienste, Baken etc. empfangen werden.
Nun ist eine Rahmenantenne ja nichts besonderes: ein abstimmbarer, physikalisch großer Schwingkreis und eine Ankoppelspule für den Empfänger - hm.

Nach Sichtung des vorhandenen Bastelmaterials ergab sich folgendes Bild:

- Luftdrehko mit 2 * 500pF vorhanden, damit sind 250/500/1000pF Endkapazität erreichbar
- Kupferdraht kein Problem

Also erst mal gerechnet und probegewickelt, gemessen und wieder hochgerechnet - bis das erschreckende Ergebnis feststand:

Wenn ich auf 60 KHz kommen will, dann muss ich ca. 70 Windungen mit etwa 2 Meter Umfang aufbringen und dann vermutlich noch einen Kondensator parallel schalten - Au Weia Unter diesen Umständen habe ich eingesehen, dass es wohl doch ein längeres Projekt wird und erst mal ein Probeaufbau erforderlich wird.
Zu viele Unbekannte, um gleich zur endgültigen Version zu gehen. Da wäre der rein mechanische Aufbau zu klären, der Einfluss der enormen Kupfermenge (Kapazität) auf den Abstimmbereich, + + +

Nun denn, also habe ich mal losgelegt...

Von einem früheren Versuch mit einer MW-Rahmenantenne hatte ich noch diesen einfachen Rahmenaufbau:

Ein paar Leisten, eine Grundplatte und ein paar RundhÖlzer - dann noch eine Lötleiste für Anzapfungen angebracht und das Wickeln kann losgehen... Jaaa - aber wie, ohne Drall und Drahtsalat? Achse dran und aufhaspeln ?

Ich habe eine Weile gebraucht, darauf zu kommen (bin nicht so gut in Mechanik :: , aber man hängt einfach die Drahtspule drehbar in die Mitte des Rahmens:

und kann dann einfach von der Drahtspule abheben und auf den Rahmen auflegen, dabei von hinten nach vorne arbeiten - geht aber auch gar nicht anders :

Das bedeutet natürlich, dass ich bei diesem Aufbau 2 Hälften wickeln muss ... Nach einer Hälfte und 25 Windungen sah es dann so aus:

Zwischen den L?t?sen liegen also jeweils 5 Windungen.

Nun, mit dieser Hälfte des Versuchsaufbau und dem provisorisch angeschalteten Drehko konnte ich mit einem in den Rahmen eingeschobenen TaschenEmpfänger schon Vielversprechendes erreichen:

Wow - und das bei 252 KHz !

Tja - und dann machte es plötzlich "Knacks" und irgend ein Gesetz Murphy's hatte wieder zugeschlagen:

..... also erst mal Kaffee trinken und beruhigen, Ausweg überlegen...

Nachdem ich so weit gekommen war, wollte ich für einen Testaufbau auf keinen Fall wieder bei Null anfangen, also wurde die gebrochene Leiste kurzerhand gestützt und dann stur die andere Hälfte des Rahmens gewickelt - ach ja, es ist 1mm CuL :

*grins*

OK - ich habe nur insgesammt 50 Windungen aufbringen können, L?t?sen und Koppelwindungen belegen mehr Platz, als erwartet - aber zum Testen sollte es reichen.
Hier beweist der Rahmen gerade, dass er auch noch auf Mittelwelle abstimmbar ist, wenn man nur wenige Windungen des Rahmens verwendet. Die restlichen Windungen verschlechtern aber die G?te erheblich, so dass das Ergebnis hinter einer reinen MW-Rahmenantenne zurückbleibt.

Dann ging es über 2 Koppelwindungen an den (abgeschalteten) Preselektor für das Winradio, um die Antenne "auf Herz und Nieren" zu prüfen...

DCF77 (77,5 KHz) war mit 48Wdg ( 2 Wdg. habe ich geklaut für die Ankopplung) und 1nF noch nicht zu erreichen, also wurden erst einmal noch 1,8nF parallel geschaltet. Damit ging es hinunter bis auf 62 KHz, DCF77 mit S9+10 - mit den später vorgesehenen 70 Wdg. sollten die 60KHz also kein Problem sein.
Ohne zusätzlichen Festkondensator geht der Bereich bei 98KHz /137KHz (1000p/500p) los und endet bei 350KHz /500 KHz (1000p/500p). grundsätzlich sollte die kleinst mögliche Endkapazität des Drehkos gewählt werden (Stichwort L/C-verhältnis) - die Unterschiede sind hörbar!

Nun, damit steht fest, wie die endgültige Antenne aussehen muss:

- Umfang ca. 2 Meter
- 2 SpulenhÖlften, je 35 Wdg, Bereichsumschaltung durch parallel/serienschaltung
- Drehko umschaltbar 250p/500p/1000p
- Ankoppelwicklung bei 50Ohm - Empfängereingang 2 Wdg (ggf. mit Krokoklemme auf 1 Wdg reduzierbar)

Hier habe ich noch ein paar (H?r)Beipiele:

Hier verbreitet der Deutsche Wetterdienst (Hamburg) auf 147.3 kHz seine Informationen als Funkfernschreiben mit 50 Baud.

DDH47
Wenn man das dekodiert, sieht es in etwa so aus:

An meinem Standort "beharken" sich zwei gleich starke Sender in nur 6KHz Abstand, einer auf 177 kHz und ein franz?sischer Sender auf 183 kHz.

In diesem H?rbeispiel steht der Empfänger die ganze Zeit auf 177 kHz bei 9 kHz Bandbreite.

177KHz Interferenz

Zun?chst ist der Rahmen auf 177 khz abgestimmt, dann auf 183 kHz, dann wird auf SSB (LSB) umgeschaltet und der Rahmen noch einmal abgestimmt. Man hört deutlich das Splattern im oberen Seitenband, wenn der Rahmen auf 183 kHz abgestimmt wird - bei SSB schließlich gibt es keine Störungen mehr. Das bedeutet, dass die Bandbreite der Antenne kleiner als 6 kHz ist
Um das noch einmal zu verifizieren, wurde nun auf 153 kHz abgestimmt, die Empfängerbandbreite auf 10 kHz festgelegt. Dann wurde mit dem Drehko der Rahmenantenne der Resonanzpunkt innerhalb der ZF-Bandbreite hin- und herbewegt - deutlich ist das Durchwandern des Resonanzpunktes zu hören, im Spektrum-Display kann man einen "H?cker" erkennen, der sich mit der Drehkobewegung verschiebt

H?rbeispiel 153 kHz

Erst, wenn ich die Empfängerbandbreite auf 4KHz reduziere, verschwindet dieser Kammfiltereffekt - d.h. die Antenne hat eine Bandbreite zwischen 4 und 6 kHz, das ist fast unglaublich...und für Rundfunk schon recht schmal, daher ist der Klang bei Resonanz dumpfer, als leicht daneben.

Ach ja, hier noch ein Beispiel einer empfangenen DGPS-Station auf 302.5KHz(Koblenz):

Puuuh...
Nun muss ich mich erst mal zur Beratung zurückziehen, wie die Konstruktion aussehen muss, damit das nicht wieder in so einem Murphy-GAU endet.

Ich bitte um Geduld ::
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Gruß TipFox

[Andreas]

Animiert zum nachahmen, werde ein entsprechendes Projekt ins Auge fassen.
Auch bei mir ist der Langdraht nicht unbedingt die beste Lösung.

Welche Erfahrungen hast Du mit Deinem Winradio?
Bin auf der Suche nach einem ScanEmpfänger, welcher nicht nur die Rundfunkb?nder empfängt, sondern möglichst den kompletten Frequenzbereich von untere Langwelle bis oberhalb 120 MHz, das alles möglichst l?ckenlos.
Auch sollte es für verschiedene Modulationsarten inkl. unterdrücktem Träger usw. tauglich sein.
(Den "Teltow 315 C" gibt's ja nicht mehr, der stand zu Zeiten meiner AmateurfunkAktivitäten in unserer Funkbude. Lang lang ists her).

Die Sache mit der umschaltbaren Rahmenantenne ist so übel nicht. Bei Umfang von 2m ist die Kantenl?nge 50 cm und das ist beherrschbar. 1 mm CUL ist allerdings etwas steif.
Als Streben könnte man Glasfiberst?be benutzen. (In SportGeschäften als Scistock oder ähnliches bestimmt zu kriegen).

Gruß
Andreas
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Gruß
Andreas

[TipFox]

Hallo Andreas,

nur zu, der Probeaufbau spielt super !

Zum Winradio sage ich nur: ein Traum (OK. leicht übertrieben)

So weit ich weiss, gibt es auch für Deine Anforderungen eine ähnliche Lösung, schau doch mal auf www.winradio.de ...

Ich würde mir allerdings heute keine PCI-Karte mehr holen, USB ist angesagter und bindet nicht an eine Boardvariante. Es gibt beide Versionen ...
Ich möchte da nie wieder drauf verzichten. Ich habe das Gerät noch nachgeeicht (geht per Software) und erreiche geradezu traumhafte Genauigkeiten, die im gesammten Empfangsbereich deutlich unter 10Hz liegen. Dadurch eignet sich das Gerät auch hervorragend als Frequenzmesser, ZF-Verstärker (kann auch FM) usw.
Empfehlenswert ist aber ein Preselektor oder ein PI-Filter vor dem Gerät.

Alle Beriebsarten (AM, AMNarrow, AMSynchron, DSB, ISB, SSB, FM, CW, DRM per Plugin und kostet extra ) lassen sich einzeln konfigurieren, was Bandbreite, Verstärkung, AGC, Filtersteilheit usw. angeht. Wer Sonderbetriebsarten dekodieren will, kann eine "virtuelle Soundkarte" zukaufen - oder man macht es so wie ich und verwendet 2 Soundkarten.

Die eigentliche Filterung/Demodulation findet bei diesem Gerät im DSP der PC-Soundkarte statt. Dadurch lassen sich extrem steile Filter realisieren. Die stufenlose ZF-Bandbreite ist ein weiteres Highlight, das muss man erleben: einfach mit der Maus die Bandbreite auf- und zuziehen, je nach St?rsituation. Das +/- 10KHz - Spektrumdisplay hilft bei der Lokalisierung des Störers ...

Wo Licht ist, ist auch Schatten: es gibt Störungen, die sich nicht beseitigen lassen: Netzwerk, LC-Monitor, Taktgeneratoren im Computer usw. .

Genau genommen ist das aber heute kein Nachteil mehr gegenüber einem herkömmlichen Empfänger. Der Computer gehört längst wie selbstverständlich zum Inventar des Hobbyraums - also hat man mit einem herkömmlichen Empfänger genau die gleichen Probleme.

Der Preis ist sicher nicht gerade niedrig, aber speziell in diesem Hobby möchte ich keine BastelLösung
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Gruß TipFox

[TipFox]

Der Probeaufbau hat sich inzwischen auch als "Eingangsstufe" für einen LW-Detektor bewährt. Mit einer Germaniumdiode (AA119) von der Mittelanzapfung auf einen hochohmigen Kopfhörer mit parallelgeschalteten 1,5nF und schon waren DW und zwei Franzosen hörbar, es reicht auch für die Ansteuerung eines kleinen Transistorverst?rkers - vom Tisch weg

Bei der DW liegen an meinem Standort in den Sprachpausen ca. 4mV und bei Modulation ca. 8..9 mV am 1,5 nF - Kondensator.


P.S.: und noch besser geht es mit einem Audion - ohne Rückkopplung, das würde das Signal zu schmal machen. Mit einer 1sh29p , 1.2V Heizung und 9V Anodenspannung.
Zusammen mit einem kleinen Transistorverst?rker schon ein kleiner RahmenEmpfänger ...
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Gruß TipFox

[DK8BH]

Rahmenantennen sind Klasse!

Mein Exemplar ist unwesentlich kleiner als das hier beschriebene. Mit einem Luftdrehko und einer Diode an einer Anzapfung h?re ich um Mitternacht auf meiner Terasse min. 12 Sender einwandfrei! Allerdings mit Litze - dies macht sicht deutlich bemerkbar!

Ich hatte mal in Erwägung gezogen, das Teil drehbar auf den Dachboden zu stellen ... ohne Diode ... als Antenne. Leider bin ich nicht der große Mechaniker. Hat sowas mal jemand von euch gemacht?

Gruß

Werner
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Viele Grüße aus dem Odenwald

[TipFox]

Hallo Werner,

der selbe Gedanke geht mir auch schon durch den Kopf

Allerdings geht es mir wie Dir, die Mechanik ist nicht meine Stärke.

Was die Litze angeht, nun ja ich weiss nicht, mit was Du verglichen hast - jedenfalls kann ich mir bessere Ergebnisse als mit dem 1mm CuL kaum noch vorstellen. Das sind immerhin 3,14 mm Umfang - also so gut wie eine HF-Litze mit 10 * 0,01mm

Momentan bastle ich schon an einer KompromissLösung: 3,5 mH auf Abflussrohr 11cm, mit 0,5 mm CuL 300 Windungen, ?chz...

Eine Hälfte ist fertig und man kann damit am Audion schon etwas empfangen - allerding natürlich kein Vergleich mit dem großen Rahmen ...
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Gruß TipFox

[DK8BH]

Hallo Tipfox,

deine verschiedenen Bastelberichte lese ich immer gerne. Ich finde es immer wieder gut, wenn jemand verschiedene Sachen ausprobiert deren Ergebnis offen ist.

Zur Rahmenantenne: Deine Maßangaben zum verwendeten Draht sind wohl Drahtdurchmesser? Wenn dem so ist (?), hast du bei 1mm einen Querschnitt von ca. 0,78 mm^2 und einen Umfang von 3,14 mm. Ich habe hier Litze 40 x 0,4 benutzt. Ich glaube, dass die daraus resultierende höhere G?te sich bei schwachen Signalen deutlich bemerkbar macht. Echter Nachteil: eine falsche Bewegung mit dem Riesenteil und der Draht ist gerissen.

Ich überlege ernsthaft eine Rahmenantenne aufs Dach oder Dachboden zu installieren. Richtig Klasse ist die Wellbrook ALA 1530. Leider teuer und muss aus England eingeführt werden. Zum Nachbau eignet sich sicher eine Elektorschaltung. Ludger Kreuz hat sie in Jogis Röhrenbude beschrieben und vertreibt sie auch. Der "Drahtrahmen" ist ein Kupferrohr. Mir ist der Rahmendurchmesser aber zu gering ... habe das aber nie getestet.

Kurz- und Mittelwellenempfang interessiert auch mich. Bin als Funkamateur auch ganz gut ausgestattet. Sowas feines wie winradio habe ich aber nicht. In einer anderen Rubrik habe ich die globaltuners beschrieben .. kann ich nur zum spielen empfehlen ... einige davon haben auch Rahemenantennen.

Halte uns bitte weiter auf dem Laufenden. Wenn dann eine serienreife Nachbauversion (evt. mit Verstärker) vorliegt, finde ich vielleicht Zeit zum Nachbau.

Größe aus dem Odenwald

Werner
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Viele Grüße aus dem Odenwald

[TipFox]

Hallo Werner,

ob es mal eine ''serienreife Version'' geben wird, weiss ich noch nicht . Von einer Verstärkung würde ich hier eher Abstand nehmen. Bei meinen Versuchen habe ich festgestellt, dass jede Verbindung mit "Irgendwas" sofort den St?rpegel ansteigen lässt, d.h. man müsste den Verstärker mit Batterien speisen - wenig verlockender Gedanke
Auch die Empfängerspeisung ist ein Problem - welches ich beim Winradio wohl nicht lösen kann. Beim Audion jedenfalls bringt Batteriebetrieb _gewaltige_ Vorteile.

Momentan artet das ein wenig in "Jugend forscht" aus,

gerade h?re ich die DW mit folgendem Unikum:

Ein Audion bei 18V Anodenspannung mit einer 1sh29b (1j29b), ein kleiner IC-Verstärker mit 9V - das wars ...
Die Spule hat insgesammt 3,8 mH.

DW, RTL (franz) und noch ein weiterer Franzose kommen sehr laut, ein paar andere sind nur zu erahnen - aber immerhin: Lautsprecherempfang ohne externe Antenne

Wenn man an die Anode ein ca. 5..10cm langes DrahtStück anlötet, hat man auch Rückkopplung. Dann ist das Ding so schmal und empfindlich, dass man damit gut St?renfriede wie Schaltnetzteile, Energiesparlampen u.?. orten kann.
für Rundfunk ist es aber dann kaum noch zu gebrauchen, da viel zu schmal.

Noch mal zurück zur HF-Litze:

40*0,4 !!! (sicher, dass das nicht 40 * 0,04 heissen muss??) - das wäre natürlich schon enorm.

Trotzdem sind Zweifel angebracht, ob es im _LW_ Bereich (das ist HF-technisch eigentlich NF ) - tatsächlich was bringt. ''Skineffekt''/Stromverdr?ngung existieren hier praktisch nicht - also zählt allein der Querschnitt. Wie schon erwähnt: falls die G?te noch h?her wäre, könnte man vermutlich nur noch dumpf Radio hören ....

Im MW-Bereich sind die Verbesserungen, die man durch HF-Litze erreichen kann, ganz erheblich - das weiss ich aus eigener Erfahrung. für einen MW-Rahmen käme für mich nichts anderes in Frage.

Im KW-Bereich wiederum macht 1. die Rahmenantenne nur noch wenig Sinn und ist 2. HF-Litze eher im Nachteil. Hier wäre dann versilberter Kupferdraht mit hohem Querschnitt angesagt.

HF-Litze hat also einen recht kleinen (Frequenz)Einsatzbereich, wo er wirklich Vorteile bringt. Da wird viel phantasiert - wenn man das genau wissen will, muss man es so machen wie ich: ausprobieren ...


Was ich unbedingt noch erwähnen möchte:
bei allen Berechnungen von Spulen/Induktivitäten/Windungszahlen/Spulenabmessungen hat mir ein kleines Freeware-Programm sehr geholfen: der Mini-Ringkernrechner von DL5SWB.

Ein genial einfach gehaltenes ''Buggy''-Programm, welches ich nicht mehr missen möchte. Die errechneten Werte wurden durch die später erzielten Messwerte meist verb?ffend genau bestätigt!
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Gruß TipFox

[DK8BH]

Hallo Tipfox,

danke für den Bericht.

Habe wenig Zeit, deshalb nur kurz:

Meine Rahmenantenne mit der dicken Litze betreibe ich nur im MW-Bereich. Geht - wie so geschrieben - richtig gut.

Verstärkung ist in der Tat ein Problem. Mit den heutigen Bauelementen müsste sich aber ein Breitbandverst?rker mit IP 3.Ord. > 30 dBm hinkriegen lassen. Auch würde ich eine Verstärkungsregelung bis hin zu einem Abschw?cher vorsehen.

Wie gesagt, alles nur theoretische Ãœberlegungen. Wie tief ein Pf?tze ist, weis man erst, wenn man hineingetreten ist.

Weiterhin viel Spaß beim Hobby!

Werner
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Viele Grüße aus dem Odenwald