Was mir beim Bau einer einfachen UKW-Rahmenantenne alles schiefgelaufen ist
Manchmal fängt ein Bastelprojekt mit einer albernen Frage an: "Kriege ich eine UKW-Antenne hinter einem Regal versteckt, ohne dass es beim Staubwischen auffällt?" Bei mir war das Regal von einem bekannten schwedischen Möbelhaus, 60 x 105 cm – und genau diese Maße haben mich auf eine Idee gebracht, die zu gut klang, um sie nicht auszuprobieren.
Die Idee: Ein Regal als Antennenbausatz
Der Umfang der Regal-Rückwand: 2 × (60 + 105) = 330 cm. Und 330 cm entsprechen, rein zufällig, ziemlich genau einer Wellenlänge im UKW-Band (λ = c/f ≈ 3 m bei 100 MHz). Eine Schleifenantenne mit rund einer Wellenlänge Umfang ist ziemlich resonant und bringt typischerweise 150–250 Ω Fußpunktwiderstand mit – passend zu den alten symmetrischen 240-Ω-Antennenbuchsen europäischer Röhrenradios.
Also: Pappe auf 60 x 105 cm zugeschnitten, 7 m Draht verlegt (3,3 m Schleife, Rest Zuleitung), an einer langen Seite mittig aufgetrennt, zwei Bananenstecker dran, alles mit Klebeband fixiert – fertig war der hässlichste, aber unauffälligste Antennenbau meines Lebens. Schön muss sie ja nicht sein, sie soll ja hinterm Regal verschwinden.
Ernüchterung an der Bananenbuchse
Erster Test: mieser Empfang, kaum besser als die eingebaute Zimmerantenne. Nachmessen mit dem NanoVNA zeigte die Ursache – Resonanz bei 120 MHz statt der berechneten ~96–100 MHz.
Der Übeltäter war nicht die Schleife, sondern die 130 cm lange, eng verdrillte Zuleitung. Bei 100 MHz ist so eine Länge elektrisch nicht mehr vernachlässigbar, und eng verdrillte, PVC-isolierte Adern haben einen niedrigen Verkürzungsfaktor (grob 0,5–0,7, weil das Feld überwiegend durchs Plastik statt durch Luft läuft). Diese Kombination aus Länge und Verkürzungsfaktor macht aus jeder Zuleitung eine ganz normale Transformationsleitung nach Lehrbuch – sie zeigt am Stecker etwas völlig anderes an, als tatsächlich am Speisepunkt der Schleife anliegt. Die Antenne war vermutlich die ganze Zeit in Ordnung – ich hatte mir mit der Zuleitung selbst ein Bein gestellt.
Die Abhilfe: einfach nichts verdrillen
Die Lösung: die beiden Adern nicht mehr verdrillen, sondern lose und getrennt verlegen, wie im Foto zu sehen. Ergebnis: spürbar besserer Empfang, keine Wunderantenne, aber richtig brauchbar.
Die Erklärung im Nachhinein: Ohne Verdrillung steigt der Verkürzungsfaktor Richtung 0,85, und dabei entsprechen 130 cm ziemlich genau einer halben Wellenlänge bei 98 MHz. Eine Leitung mit exakt λ/2 elektrischer Länge reicht die Lastimpedanz unverändert durch – egal welchen Wellenwiderstand sie selbst hat. Sie transformiert nicht, sie ist elektrisch quasi unsichtbar. Die 130 cm waren also kein genialer Entwurf, sondern ein Zufallstreffer, den die Physik hinterher bereitwillig erklärt hat. Mit echter Hühnerleiter (höherer Verkürzungsfaktor, ~0,9–0,95) hätte ich eher 140–150 cm gebraucht – die magische Länge hängt vom Leitungstyp ab.
Warum trotzdem keine Wochen-Optimierung
Eine Empfangsantenne muss nicht perfekt sein. Anders als beim Senden kostet ein SWR von 1,5:1 oder 2:1 beim Empfang nur ein paar Zehntel dB – unterhalb dessen, was man am S-Meter überhaupt ablesen kann. Der größere Hebel ist, überhaupt eine halbwegs resonante Antenne zu haben statt eines auf 15 cm gequetschten Falddipols im Radiogehäuse.
Und dann ist da das Nahfeld: In der Simulation (freier Raum, glatte Rechtecke) sieht alles sauber aus. In der Praxis hängt die Antenne hinter einer Wand, neben einer Zuleitung, die selbst mitspielt – und das reale Verhalten weicht ab, teils deutlich, wie meine 120-MHz-Überraschung zeigt. Deshalb: Theorie für die richtige Größenordnung, danach ausprobieren – Antenne drehen, auf den Kopf stellen, Zuleitung anders verlegen, bis der gewünschte Sender optimal reinkommt. Die Antenne ist da erstaunlich tolerant.
Nachbau ausdrücklich erwünscht
Pappe, ein paar Meter Draht, Klebeband, zwei Bananenstecker – kein Speziallötkolben, keine Vorkenntnisse nötig, nur Lust am Probieren mit dem NanoVNA (oder notfalls einfach am Radio). Schön ist sie nicht, muss sie auch nicht sein – sie verschwindet ja hinterm Regal.
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Re: Was mir beim Bau einer einfachen UKW-Rahmenantenne alles schiefgelaufen ist
Hallo Volker,
nun ist deine Schleife ja weder ein gestreckter noch ein Faltdipol. Welche Widerstandswerte zeigte nanoVNA im Resonanzpunkt an?
SWR ist bei einer Stehwellenleitung unwichtig, aber Verdrillen darf man nicht und der Abstand muss konstant und dem Feederdrahtdurchmesser angepasst sein.
Für meine Messung in deinem anderen Beitrag habe ich übrigens noch einen 4:1/symmetrisch:koaxial Balun aus einer alten UKW Antenne gefunden und verwendet.
Wie sieht das Ergebnis aus, wenn der Karton um 180 Grad gedreht wird und die Speiseleitung kürzer ist?
Re: Was mir beim Bau einer einfachen UKW-Rahmenantenne alles schiefgelaufen ist
Hallo Walter,
für meine Antwort habe ich die KIs Claude und ChatGPT bemüht und das Ganze noch mit meinem eigenen Senf gewürzt.
Die Eingangsimpedanz habe ich für die beiden möglichen Einspeisepunkte mit NEC von Claude simulieren lassen. Bei 96 MHz ergeben sich ungefähr 63 Ω bei Einspeisung in der Mitte der kurzen Seite und etwa 200 Ω bei Einspeisung in der Mitte der langen Seite. Der Wert von ca. 200 Ω ist also tatsächlich deutlich höher als die von mir zunächst genannten 110 Ω. Das war ein Erinnerungsfehler meinerseits. Die Einspeisung an der langen Seite ist damit für die angenommene 240-Ω-Zweidrahtleitung die wesentlich plausiblere Variante.
Interessant ist auch die Abhängigkeit vom Seitenverhältnis. Bei konstantem Umfang von 3,30 m steigt die Impedanz mit zunehmender Streckung des Rechtecks deutlich an. Bei 90 × 75 cm liegen wir bei etwa 147 Ω, bei 105 × 60 cm bei etwa 200 Ω und bei 120 × 45 cm schon bei etwa 254 Ω. Das geht tatsächlich in Richtung des Grenzfalls eines Faltdipols.
Hier die Simulationsergebnisse mit NEC, die mir die KI Claude geliefert hat:
Randbemerkung: Interessant ist, das Claude für seine Antworten im Hintergrund ein Python-Programm mit einer NEC-HF-Simulation laufen lässt, was natürlich sehr bequem ist und viel Zeit erspart. Die Antworten sind nicht immer richtig und man kann die Antworten von einer weiteren KI überprüfen lassen. Irgendwann wird dann der Mensch überflüssig. Allerdings kommt die KI noch nicht auf verrückte kreative Ideen wie beim Anblick eines schwedischen Regals ein Antenne aus Pappe, Draht und Klebeband bauen zu wollen.
Was die beiden Leiter der Zuleitung betrifft: Genau das hatte ich zunächst unterschätzt. Durch das Verdrillen waren die beiden Leiter elektromagnetisch wesentlich stärker miteinander gekoppelt als bei der jetzt verwendeten, über die ganze Länge möglichst gleichmäßig auseinandergehaltenen Zweidrahtleitung. Die Verbesserung nach dem Auseinanderlegen der beiden Adern war jedenfalls eindeutig.
Dabei darf man eine verdrillte Zweidrahtleitung allerdings nicht einfach als „irgendeinen Draht“ betrachten. Auch sie besitzt einen definierten Wellenwiderstand, der von Leiterdurchmesser, Abstand und Isolation abhängt. Ein gutes bekanntes Beispiel ist CAT-5-Netzwerkkabel mit seinem differentiellen Wellenwiderstand von typischerweise 100 Ω. Bei meiner einfachen verdrillten Leitung kenne ich diesen Wellenwiderstand natürlich nicht. Es ist also durchaus denkbar, dass die Leitung selbst einen erheblichen Einfluss auf das Verhalten der Antenne hatte.
Das Drehen des Kartons um 180° sollte an der Antenne selbst eigentlich nichts ändern, da die Geometrie elektrisch identisch bleibt. Wenn sich dabei etwas verändert, würde ich eher die Umgebung dafür verantwortlich machen – also Abstand zu Wand, Möbeln oder anderen leitfähigen Gegenständen. Gerade bei einer solchen Zimmerantenne können diese Dinge durchaus ins Gewicht fallen.
Beim 4:1-Balun bin ich inzwischen ebenfalls vorsichtig geworden. Ich habe in der Bastelkiste einen 1:4-Balun gefunden, der offenbar aus einem Fernseher stammt und für UHF ausgelegt war. Wenn der Balun ursprünglich für VHF-Fernsehen oder sogar UHF gedacht war, muss er bei 100 MHz keineswegs mehr das vorgesehene Übersetzungsverhältnis oder eine ausreichende Gleichtaktdämpfung aufweisen. Das kann dann mehr Verwirrung erzeugen als helfen. Ein Balun aus einer UKW-Antenne wäre wie in deinem Fall ideal. Aber der fehlt mir.
Für die Messung mit dem NanoVNA halte ich deshalb eine einfache Gleichtaktsperre direkt am Übergang von der symmetrischen Antenne zum Koax für die sauberere Lösung. Also beispielsweise einige Windungen Koax als Luftspule, ohne absichtliche Impedanztransformation. Der NanoVNA misst dann zwar weiterhin gegenüber seinen 50 Ω, kann aber aus S11 die komplexe Eingangsimpedanz R + jX berechnen. Eine Anpassung der Antenne auf 50 Ω ist für die Messung nicht erforderlich.
Bei den 130 cm Zuleitung würde ich allerdings nicht behaupten, dass diese Länge grundsätzlich deshalb optimal ist, weil sie genau λ/2 entspricht. Bei 96–100 MHz sind 130 cm zunächst einmal nur etwa 0,42–0,43 λ im freien Raum. Die elektrische Länge einer Zweidrahtleitung hängt aber von ihrer Geometrie und dem Leiterabstand ab. Außerdem spielt die Leitung bei einer nicht exakt angepassten Last durchaus eine Rolle und kann die am Ende gemessene Impedanz transformieren. Hinter der Regalwand geht es zudem eng zu. Das Netzkabel des Radios und das Antennenkabel verändern die Antennenwirkung, alles andere als ideal.
Ich möchte deshalb mit meinen bescheidenen Mitteln noch ein paar weitere Messungen machen: unterschiedliche Längen der Zuleitung, eventuell unterschiedliche Leiterabstände und verschiedene Einspeisepunkte. Dann lässt sich vielleicht besser herausfinden, welchen Anteil die eigentliche Rahmenantenne und welchen Anteil die Zuleitung an dem beobachteten Verhalten hat.
Re: Was mir beim Bau einer einfachen UKW-Rahmenantenne alles schiefgelaufen ist
Ich erlaube mir noch eine kurze Ergänzung, um zu erfahren, was diese Antenne in der Praxis im Keller tatsächlich taugt. Dazu muss man wissen, dass die UKW-Senderdichte auf dem schwedischen Land nicht besonders hoch ist. Mit der Rahmenantenne hinter dem Regal und dem Röhrenradio kann ich 8 Sender einwandfrei empfangen, wobei der Empfang stabil ist selbst wenn man im Zimmer hin- und herläuft. Mit einem Taschenempfänger und Stabantenne aus dem Jahr 2003 sind es nur 7 Sender, wenn ich das Gerät in der Hand halte. Ein Stockwerk höher ist der Empfang von 8 oder 9 Sendern möglich. Der Selbstbau hat sich für mich also gelohnt.
Re: Was mir beim Bau einer einfachen UKW-Rahmenantenne alles schiefgelaufen ist
Hallo Volker,
danke für diese ausführliche Antwort.
Ich werde diese Woche die Antenne nachbauen und auch hier den Resonanzpunkt messen (ebenfalls SWR, obwohl zweitrangig). Das nötige Material einschliesslich Bandleitung dazu habe ich im Keller gefunden. Dann werde ich eine Spektrumaufnahme des ganzen Bandes machen und mit der Geräteantenne vergleichen.
Du hast natürlich Recht: Ein Balun ist zwar breitbandig, aber ein TV-Balun funktioniert nicht, allenfalls einer für das (ehemalige) Band III.
Re: Was mir beim Bau einer einfachen UKW-Rahmenantenne alles schiefgelaufen ist
Hallo Walter, Hallo zusammen,
wenn man keine Bandleitung mehr bekommt, kann man sich eine 150 Ohm Bandleitung mit 75 Ohm Koaxkabel basteln. Zwei 75 Ohm Kabel werden mit Klebeband parallel verlegt. Die Abschirmungen werden an beiden Enden verlötet und die beiden Seelen bilden dann die Bandleitung. 150 Ohm scheinen auch noch vertretbar sein, wenn 240 Ohm ideal wären. Die Fehlanpassung entspricht einem SWR = 1,6, was einer Leistungsminderung von 5% entspricht, also vernachlässigbar. Würde man 50-Ohm Koaxkabel nehmen, hätte man einen Wellenwiderstand von 2 x 50 Ohm = 100 Ohm.
Re: Was mir beim Bau einer einfachen UKW-Rahmenantenne alles schiefgelaufen ist
Hallo Volker,
Es ist durchaus lohnenswert, auch einen Moopol in Betracht zu ziehen, wenn es möglich ist, mit einem Koax in die Nähe des Daches zu kommen. Anpassung kann man gut über Luftspule und 1,5mm² Installationsdraht machen.
Ich habe einen älteren Beitrag editiert, weil es auch gelungen ist, den Monopol als AM-Antenne zu verwenden. Das brachte sowohl für UKW als auch für MW sehr viel stärkeres Signal als ein Stockwerk tiefer. https://www.wumpus-gollum-forum.de/forum...&thread=127 (Dipol-Antennen für Dampfradios) Am Anfang habe ich auch versucht, durch eine Bastel-Lösung die heutzutage schlecht erhältliche 240 Ohm Bandkabel-Leitung irgendwie selbst herzustellen. Das war aber unpraktisch, weil man so einen "Balun" einfach herstellen kann. Im Nahfeld scheinen die Freifeld-Berechnungen irgendwie zweckfrei zu sein: Ein Fächerdipol im gestörten Feld hat doppelte Länge, funktioniert aber über das gesamte Band besser als einer mit der "richtigen" d.h. von der halben Länge. Möglicherweise Sicherlich lassen sich solche Effekte mit einem entsprechendem Programm simulieren.
Re: Was mir beim Bau einer einfachen UKW-Rahmenantenne alles schiefgelaufen ist
Hallo Volker,
die Dinge nehmen ihren Lauf. Ich habe Holzleisten zusammengeleimt, die aber noch über Nacht trocknen bzw. abbinden müssen.
Wer messen will, braucht eine Mess- oder Referenzantenne, die über Zweifel erhaben ist. Über kalibrierte Antennen verfüge ich leider nicht mehr. Daher musste folgende Referenz herhalten. Zugegeben, etwas überdimensioniert.
Die drei Spitzen gehören zu den Sendern des SWR in Linz
Weil ich morgen und übermorgen Termine habe und die Klebung hält habe ich die Schleife heute aufgebaut:
105x60cm, SWR ist 1:1,1 R=51 Ohm, X=6 Resonanz wie bei der Referenzantenne
Pegel von SWR3 auf 94,8 MHz (Linz) ist knapp 3 dB weniger. Die chinesische KI habe ich nach der Polarisation gefragt.
Gruss Walter
PS.: Jens macht wieder irrelevante Nebenschauplätze auf. Vielleicht bestätigst Du ihm mal, dass Nahfeld und Fernfeld kontinuierlich überlaufen und ihre Grösse neben Wellenlänge vom Antennentyp, -grösse und der Umgebung abhängen. Ohne seinen Beitrag könnte ich keinen Dipol bauen?
Re: Was mir beim Bau einer einfachen UKW-Rahmenantenne alles schiefgelaufen ist
Hallo Walter,
sieht gediegen aus. Deine Variante würde ich Bilderahmenantenne nennen. Ich bin auf weitere Messungen gespannt.
Bei mir machen die Zuleitungen zur Antenne vernünftige Messungen unmöglich. Das Smithdiagramm auf dem NanoVNA liefert unsinnige Werte und die Kurven sehen mehr nach abstrakter Kunst aus. Dafür kann ich die Zuleitungen so verlegen, dass bestimmte Sender besser empfangbar sind. Aber die Antenne funktioniert bei mir einwandfrei im Keller hinter dem Regal. Trotzdem möchte ich die Bandleitung aus zwei Koaxialkabeln ausprobieren.
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