Aktive Breitband-Antennen  

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Das Elektor SDR-Shield

Zurzeit arbeite ich viel mit dem Elektor SDR-Shield. Und da ist sie wieder, die Antennen-Frage. Eine richtig gute Antenne im Garten ist zu aufwendig. Und im Haus ist der Störnebel zu hoch. Also suche ich nach den besten Kompromissen. Eine nicht allzu schlechte Lösung ist ein vergessenes Antennenkabel, das außen an der Hauswand hoch zum Dach führt. Es liefert genügend Antennenspannung, allerdings nicht unbedingt den besten Störabstand.



Fast alle neueren Radios mit AM-Bereich verwenden diese kleinen Rahmenantennen. Man soll sie in einigem Abstand zum Radio aufstellen, weil das Radio mit seinen digitalen Baugruppen selbst ein Störer ist. Ich habe das gerade bei einer Kompaktanlage durchgespielt und komme besonders auf Langwelle auf einen erstaunlich störungsfreien Empfang, vergleichbar mit einem Röhrenradio mit Ferritantenne, das ja selbst keine Störungen erzeugt. Die Kompaktanlage dagegen brauchte tatsächlich den maximalen Abstand zur Antenne. Und die Antenne musste zum Sender ausgerichtet werden.




Die Rahmenantenne hat nur acht Windungen und wird als Teil eines Eingangskreises in Resonanz betreiben. Dazu verwendet man entweder eine Koppelwicklung oder man legt die Rahmenantenne in Reihe zur Spule des Eingangskreises. Eine genau abgestimmte Loop bringt die größten Signalspannungen. In der Kompaktanlage werden dafür Kapazitätsdioden verwendet (Vgl. Bastelecke: Kapazitätsdioden).

Die Situation am SDR-Shield ist ähnlich. Besonders der angeschlossene PC und vor allem das USB-Kabel sind Breitband-Störer. Daher entstand die Idee, die Rahmenantenne breitbandig mit einem Vorverstärker zu verwenden. Ein ähnliches Projekt mit einer abgeschirmten Loop (Eine Aktivantenne für DRM) war ja schon mal sehr erfolgreich.




Die Loop wurde ohne Abstimmung an einen einstufigen Vorverstärker gelegt. Die sehr einfache Schaltung hat den Vorteil, dass sie sich sogar für Fernspeisung eignet. Ein abgeschirmtes Antennenkabel  wird an Emitter und Kollektor angeschlossen, während der Arbeitswiderstand beim Empfänger liegt.

Mit der Rahmenantenne der Kompaktanlage war das Ergebnis allerdings nicht wirklich überzeugend. Zwar konnten auf Kurzwelle einige Stationen klar empfangen werden, aber auf Lang- und Mittelwelle war das Rauschen zu hoch. Außerdem war überhaupt keine Richtwirkung feststellbar. Da kam der Verdacht auf, dass diese Antenne eher wie eine Stabantenne wirkt und mehr die elektrischen Felder aufnimmt, weil sie ja nicht abgeschirmt ist. Aber das lässt sich ja schnell testen.



Und tatsächlich, ein einfaches Krokokabel als kurze Drahtantenne bringt genau die gleichen Ergebnisse. Das bedeutet, da muss noch etwas verbessert werden.  Ziel ist ein Störabstand wie bei diesem Signal von All India Radio auf 7550 kHz. Das Rauschen liegt 75 unter der Aussteuerungsgrenze, der Träger bei -25 dB.



Abgeschirmte Breitband-Loop


 
Die eigentliche Loop besteht aus vier Metern Koaxkabel, die an einem Fenster zu einem Quadrat mit einem Meter Kantenlänge aufgespannt sind. Als Loop dient der Innenleiter. Das Abschirmgeflecht ist mit der Masse verbunden und schirmt die Antenne gegen elektrische Felder ab. Am oberen Ende muss die Abschirmung aber unterbrochen werden, damit sie nicht selbst zu einem geschlossenen Leiter wird.

Der Vorverstärker verwendet einen NF-Transistor BC547B. Die Verstärkung reicht aber auch für die oberen Bänder aus. Der geringe Eingangswiderstand des Transistors stellt für den Antennenleiter praktisch einen Kurzschluss dar, was die Antenne extrem breitbandig macht. Der Vorverstärker wird über ein beliebig langes Koaxkabel angeschlossen und ferngespeist. Die Auskopplung des Signals verwendet einen Poti-Abschwächer und und einen optionalem Tiefpass mit einem Kondensator von 150 pF, speziell für Lang- und Mittelwelle.

Eigentlich ist vieles an diesem einfachen Entwurf noch verbesserungswürdig. Die Impedanz ist nicht genau an das Kabel angepasst. Und auch in Sachen Linearität und Großsignalfestigkeit gäbe es noch einiges zu verbessern. Beides ruft nach einem größeren Kollektorstrom.  Aber der Verstärker besticht durch seine Einfachheit und arbeitet recht zufriedenstellend. Die Antenne bringt sehr gute Ergebnisse auf allen Frequenzen von 150 kHz bis 30 MHz. Auch am Tag wird auf Langwelle ein hervorragender Störabstand erreicht. Vergleiche mit anderen Antennen zeigen fast immer die besseren Ergebnisse für die Loop. 


Die Alternative: Abgestimmte, passive Loop, von Stefan Bion




Meine bisherige KW-Loop mit Abstimmdrehko und abgeschirmter Koppelspule ist rein passiv ohne HF-Verstärker und wird direkt an den Antenneneingang des Empfängers angeschlossen. Der Durchmesser der abgeschirmten Koppelschleife beträgt mit 11 cm etwa 1/5 des Durchmessers der Empfangsschleife (56 cm). (Auf dieses Verhältnis von 1/5 wird in einschlägigen Anleitungen im WWW hingewiesen.) Die Empfindlichkeit ist innerhalb der Wohnung auf jeden Fall besser als mit einer einfachen Stabantenne. Ursprünglich hatte ich beide Drehko-Pakete fest parallelgeschaltet; später habe ich noch den Umschalter nachgerüstet, der diese in Reihe schaltet, damit ich frequenzmäßig noch etwas höher komme. Die Antenne ist zwar sehr trennscharf, dadurch aber auch unpraktisch zu handhaben, da man hierbei Empfänger und Antenne immer parallel abstimmen muss.







Abgestimmte Loop im Bücherregal



Die Loopantenne von von Stefan Bion hat mich neugierig gemacht. Und deshalb wollte ich es mit möglichst geringem Aufwand auch einmal ausprobieren. Meine Loop besteht aus dreiadrigem Netzkabel, ale drei Adern parallel. Der Drehko hat zweimal 500 pF. Die Koppelspule besteht aus Koaxkabel und ist abgeschirmt. Alles wurde ganz provisorisch am Bücherregal aufgehängt. Die Antenne kann zwischen 3,5 MHz und über 14 MHz abgestimmt werden. Sie ist sehr schmalbandig, sodass man mit spitzen Fingern ganz genau abstimmen muss.

Auch für Sendeversuche habe ich die Antenne eingesetzt, und zwar mit WSPR auf allen Bändern von 80 m bis 20 m mit 2 Watt. Es funktioniert tatsächlich! Die Signale wurden bis in England, Schweden und Finnland gehört. Bis 1600 km mit so einer kleinen Antenne, das fand ich erstaunlich. Zur Abstimmung habe ich mein Oszilloskop mit einer kleinen Koppelspule am Messkabel eingesetzt, um das Maximum der Resonanz  möglichst genau zu finden. Vergleiche der WSPR-Empfangsergebnisse entfernter Stationen haben allerdings gezeigt, dass die Signale im Vergleich zu meiner vertikalen Drahtantenne um 10 dB bis 20 dB schwächer abgestrahlt werden. Diese sehr einfache Antenne hat eben doch noch ein paar Verluste.


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