4m/2m/70cm Groundplane Antenne

Um auf möglichst allen Frequenzen gleichzeitig QRV zu sein, bauen viele Funkamateure ständig neue Antennen auf ihr Haus. Nach einigen Jahren sieht das Haus dann aus wie ein Igel. Das wollte ich vermeiden. Ich war auf der Suche nach einer Möglichkeit, die vorhandene Antennenanlage für neue Frequenzbereiche zu erweitern, ohne zusätzliche Antennen aufbauen zu müssen. Daher kam mir die Idee, meine Diamond X30 gegen eine Triband Antenne für 4m/2m/70cm zu tauschen. Leider ist in DL z.Zt. nur horizontale Antennenpolarisation für den Sendebetrieb erlaubt, doch für Empfangszwecke ist eine rundstrahlende Vertikal-Antenne sehr praktisch um die Funkbedingungen schnell zu überprüfen.

Keine kommerziellen Antennen vorhanden

Bei meiner Suche im Netz habe ich keine kommerziell gefertigten Antennen gefunden. Grund dafür ist, dass eine Lambda/4 Groundplane Antenne für 4m auf 2m/70cm am Fußpunkt hochohmig ist. Das Antennenlayout ist also nicht trivial.

Folgende Bedingungen stellte ich an die Antenne:

- Rundstrahler
- 4m/2m/70cm gleichzeitiger Betrieb
- keine aktiven Bauteile (Relais)
- ein Antennenkabel
- flache Abstrahlung
- gute Anpassung

Antennensimulation und Vorüberlegungen

Meine erster Entwurf sah vor, zwei Sperrkreise in die Antenne zu bauen. Für 2m/70cm und für 4m habe ich jeweils zwei Radiale vorgesehen. Die Simulation mit 4nec2 ergab:

Resonanz auf allen 3 Bändern
Gute Bandbreite
ausgeprägte Richtcharakteristik auf 2m/70cm in Richtung der langen Radials
Auf 70cm strahlt die Antenne nach unten "in den Boden"

Aufgrund der Unterschiedlich langen Radials strahlt der erste Antennen-Entwurf auf 2m/70cm in Richtung der langen (1.06m) Radials. Weiterhin sind die 0.52m langen Radials auf 70cm 3/4 Lambda lang. Daher "zieht" es zusätzlich das Strahlungsdiagramm auf 70cm Richtung Boden.

Lösung:

mehr, symmetrisch angeordnete Radials
längerer Strahler auf 70cm, um das Strahlungsdiagramm "flacher" zu bekommen

Finaler Entwurf

Ich habe für den finalen Entwurf 8 Radials (4x 0.52m, 4x 1.06m) symmetrisch angeordnet. Weiterhin habe ich den 70cm Sperrkreis und den 2m Sperrkreis getauscht. So ist die Antenne auf 70cm etwas "länger" und somit näher an den 50Ohm

Strahlungsdiagramme im Freiraum

Strahlungsdiagramme 8m über Grund

Mechanische Realisierung

Zunächst habe ich mir die Sperrkreise berechnet. Ich habe mich für offenes Koaxkabel als Kondensator entschieden. Um eine bessere Entkopplung der Sperrkreise zu erreichen, sollte das Wickelschema geändert werden.

Die Koaxkabel-Stücke habe ich auf eine Lochrasterplatine gelötet. Die Spule wurde außenrum gewickelt.

Ich habe auf beiden Seiten einen Spektrumanalyzer angeschlossen. Natürlich wird Energie von den Sperrkreisen abgestrahlt, die Minima der Sperrkreise sind aber deutlich zu erkennen. Indem ich die Länge der Spulen verändert habe, konnte ich die Sperrkreise auf die gewünschte Sperrfrequenz abgleichen.

Als Grundplatte für die Radials habe ich ein 80x80x5mm Aluwinkel gewählt. Die Radials sind aus 8x1mm Alurohr. Das Alurohr ließ sich einfach im Schraubstock um 45° biegen.

Auf die Unterseite der Grundplatte habe ich ein kleines Kunststoffgehäuse geschraubt. Das Gehäuse dient auch als Träger für die N-Buchse. Die N-Buchse habe ich mit einem kurzen Stück RG316 Koaxkabel angeschlossen.

Grundplatte mit dem ersten Teil des Strahlers

Zwischen Grundplatte und Strahler befindet sich eine dünne Plastikplatte als Isolierung zum Strahler. Auf der Oberseite der Grundplatte ist ein Stück 18mm Alustange (Vollmaterial). Dort habe ich auf der Unterseite ein Gewinde gebohrt, sodass die Stange mit einer Schraube auf der Grundplatte (isoliert) fixiert werden kann. Auf die 18mm Alustange passt später exakt ein M20 Elektroinstallationsrohr.

Auf der Oberseite der Alu-Stange habe ich ebenfalls ein Gewinde gebohrt. Auf einem 5mm Kupferdraht habe ich dann ein passendes Gewinde geschnitten. So lässt sich der Strahler in die Alustange schrauben und in der Länge zum Abstimmen verändern. Der Strahler (inkl. Sperrkreise) befindet sich in einem M20 Elektroinstallationsrohr, welches zur Endmontage über den Strahler und die Alustange geschoben wird.

Zunächst wird die Antenne auf 145Mhz OHNE die Sperrkreise abgeglichen, indem man den Kupferdraht entsprechend einkürzt.

Anschließend lötet man die Sperrkreise an den Kupferdraht. Nun verändert man die Länge des Strahlers durch Rein-/ Rausdrehen des Kupferdrahtes aus der Alustange, bis sich auf 2m und 70cm das beste SWR einstellt ("ausmitteln").

Zuletzt lötet man das letzte, obere Stück Kupferdraht an die Sperrkreise an und kürzt das letzte Stück Draht so ein, dass sich das beste SWR auf 4m einstellt.

Für eine bessere Stabilität habe ich das M20 Elektroinstallationsrohr mit etwas Bauschaum ausgeschäumt. Dadurch verändert sich leicht die Resonanzfrequenz, das ist aber unkritisch. Oben auf das Elektroinstallationsrohr ist ein Gummistopfen.

Hier die finalen Messwerte der Antenne:

Betriebserfahrungen

Ich habe mir die S-Werte verschiedener Repeater auf 2m/70cm an meiner Diamond X30 aufgeschrieben und die Antennen anschließend ausgetauscht.

Auf 2m sind die Repeater an der Diamond X30 etwas stärker (0,5 S-Stufen)
Auf 70cm konnte ich keinen Unterschied zwischen den Antennen feststellen

Ich konnte auch schon einige Stationen auf 4m hören.