Montag, 14. September 2009
Die alte DJ4VM Multiband Quad
nd-andy, 18:54h
Die alte DJ4VM Multiband Quad : nd-andy Lübeck. Follow me:
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Das zentral gespeiste, von DJ 4 VM entwickelte Mehrband-Quad-Element wurde in Abschnitt 13.4.3.1. beschrieben. Es ist wegen der streng symmetrischen Erregung z. B. einem unten gespeisten Quad-Element beim Mehrbandbetrieb überlegen. Wie DJ 4 VM näher ausführt, ist die Phasenlage eines von unten (oder oben) gespeisten, für 20m bemessenen Quad-Elementes noch exakt symmetrisch. Betreibt man dieses Element im 15-m-Band, stellt sich bereits eine erhebliche Asymmetrie ein, und beim 10-m-Betrieb tritt eine ausgesprochene Gegenphasigkeit auf, die das Strahlungsdiagramm verformt. Dies ist auf die unsymmetrische Erregung zurückzuführen, die erkennbar wird, wenn man sich das Quad-Element als die Stockung von 2 abgewinkelten Halbwellenelementen vorstellt, bei denen die untere Ebene zuerst erregt wird. Betreibt man ein solches Quad-Element außerhalb der Ganzwellenresonanz, müssen zwangsläufig Unsymmetrien in der Phasenlage entstehen, die nur durch zusätzliche Maßnahmen, wie Einfügen von Sperrkreisen, Entkopplungs-Stub, Umschaltrelais usw. zu beseitigen sind.Beim DJ 4 VM-Element wird durch die zentrale Speisung immer eine symmetrische Stromverteilung und Phasenlage erzwungen. Ein solches; für z. B. 20 m bemessenes Element, entspricht mit seinen Strahlungseigenschaften etwa einem resonanten 20-m-Quad-Element, es wirkt im 15-m-Betrieb wie ein verlängertes Quad-Element (Extended Quad) und beim 10-m-Betrieb als Bisquare mit entsprechendem Gewinn. Dabei sind am Element keinerlei mechanische oder elektrische Umschaltungen erforderlich.
Die Resonanz des Elementes wird, wie auch beim G 4 ZU-Dreibanddrehrichtstrahler über eine abgestimmte Speiseleitung mit nachfolgendem Abstimmgerät abgestimmt. Deshalb ist der Umfang des Rahmens nicht kritisch, man bemißt ihn etwa für Ganzwellenresonanz bei der niedrigsten gewünschten Betriebsfrequenz und kann dann nach DJ 4 VM mit der Abstimmeinheit eine Frequenzvariation von 1 :2,4 erreichen.
Wenn man dem DJ 4 VM-Element in entsprechendem Abstand ein gleichartiges Reflektorelement parallel hinzufügt, erhält man einen 2-Element-Multiband-Richtstrahler . Ebenso wie das gespeiste Element muß auch der Reflektor auf beste Wirkung abgestimmt werden. Bei einem strahlungsgekoppelten Reflektor im Multibandbetrieb tritt jedoch folgende Schwierigkeit auf:
Bemißt man den Reflektorabstand A für die niedrigste Frequenz mit z. B. 0,12 2 bei 14 MHz, beträgt der relative Abstand beim 28-MHzBetrieb 0,242, damit wird das Vor-Rück-Verhältnis schlechter und der Gewinn fällt etwas ab. DJ 4 VM fand die Optimallösung in der Mitspeisung des Reflektors, eine Maßnahme, die auch in Abschnitt 15.4.4. beschrieben wird.
Die Ausführung nach Bild 1 hat Gültigkeit für die Quad mit parasitärem Reflektor und für die Ausführung mit gespeistem Reflektor; der Unterschied besteht nur in der Schaltung der Abstimm- und Umschalteinheit. Beide DJ4 VM-Elemente haben gleiche Abmessungen, die offenen Speiseleitungen sind beliebig lang, sollen aber untereinander gleiche Längen aufweisen. Da sie als abgestimmte Leitungen wirken, ist ihr Wellenwiderstand nicht kritisch. Im allgemeinen verwendet man selbstgebaute «Hühnerleitern» mit Wellenwiderständen zwischen 240 und 450 Ohm. Nicht ganz so dauerhaft und verlustarm sind industriell gefertigte Zweidrahtleitungen (Wellenwiderstand etwa 240 ... 300 Q), die sich ebenfalls eignen. Die Abstimmeinheit kann am Antennenmast in leicht zugänglicher Höhe angebracht werden. Von dort führt ein beliebig langes Koaxialkabel zum Stationsraum. In diesem Fall wird das Band mit Schaltrelais umgeschaltet, die sich in der Abstimmeinheit befinden. Man kann aber auch die Zweidrahtleitungen bis zum Stationsraum führen und dort die Abstimmeinheit installieren. Es ist dabei zu beachten, daß die Länge der abgestimmten Zweidrahtleitungen nicht einem Vielfachen von Lambda /4 der jeweils in Frage kommenden Wellenlänge entsprechen sollen.
Die DJ 4 VM-Elemente werden immer für die größte Betriebswellenlänge, i. a. für das 20-mBand bemessen. Irgendwelche Abstimmarbeiten an diesen Elementen gibt es nicht, Abgleich und Bandumschaltung werden in ihrer Gesamtheit mit der Abstimmeinheit durchgeführt.
Dem kritischen Leser fällt auf, daß in Bild 13.16a die seitlichen Elementabschnitte von einander isoliert sind, während sie in Bild 18.30 miteinander verbunden werden. Dies ist zulässig, weil dort die Spannungen gleiche Polarität haben.
Für den mechanischen Aufbau gibt Bild 15.11 ein Beispiel, wobei sich Glasfiberstäbe im Tragekreuz gut eignen. Für eine Multiband-Quad mit fmin = 14 MHz können nach DJ 4 VM Seitenlängen S von 5,00... 6,40 m verwendet werden. Als Mittelwert gilt 5,40 m (siehe Tabelle 15.1. ); im allgemeinen wird man sich bei der Wahl der Seitenlängen auch nach dem vorhandenen Material für die Tragekreuze richten. Es ist ein Vorzug dieser Antenne, daß man sie nicht nur für 20, 15 und 10 m verwenden kann, sondern mit erweiterter Abstimmeinheit auch für 17 und 12 m. Im Prinzip ist die Abstimmung für jede beliebige Frequenz im Bereich zwischen 14 und etwa 33 MHz möglich. Bei entsprechendem Gewinnabfall kann diese Antenne auch noch im 30-m-Band als verkürzte Quad betrieben werden, wobei die Resonanz mit der Abstimmeinheit hergestellt wird.
Die Abstimmeinheit ist das Herz der Antennenanlage und erfordert einigen Aufwand in der Form von Spulen, Kondensatoren und Umschaltern. Bild 18.31 a zeigt das Schaltschema für den Betriebsfall mit strahlungsgekoppeltem Reflektor. Für jedes gewünschte Band sind je 2 Parallelresonanzkreise mit geerdeter Spulenmitte vorhanden. Sie werden so bemessen, daß sich mit einem 50-pF-Drehkondensator Resonanz im gewünschten Amateurband herstellen läßt. Rechnerisch ergeben sich für die Induktivität der Kreisspulen bei einer mittleren Kapazität von 30 pF folgende Näherungswerte:
20-m-Band = 4,3 µH; 17-m-Band = 2,6 µH; 15m-Band = 1,9 µH; 12-m-Band = 1,36 µH und 10m-Band = 1,04 µH. Als Richtwerte für die praktische Ausführung der Spulen gibt DJ 4 VM an: 20-m-Band = 10 Windungen, Spulendurchmesser 40 mm; 15-m-Band = 8 Windungen, Spulendurchmesser 35 mm; 10-m-Band = 8 Windungen, Spulendurchmeser 30 mm. Beide Spulen haben gleichen Wicklungssinn. Die Zweidrahtleitungen a-b bzw. a'-b' werden erdsymmetrisch an Spulenanzapfungen geführt, die ihrer Impedanz entsprechen. Eine weitere Anzapfung in der Nähe des Erdungspunktes ermöglicht das niederohmige, unsymmetrische Ankoppeln für ein beliebiges Koaxialkabel, wobei mit CK (50 pF) minimale Welligkeit eingestellt werden kann.
Die Bandumschaltung wird durch entsprechende Kontakte innerhalb der Abstimmeinheit vorgenommen. Befindet sich diese innerhalb des Stationsraumes, können handbetätigte Umschalter verwendet werden; ist sie außerhalb untergebracht, wird man fernbetätigte Schaltrelais einsetzen. Das eingezeichnete Reflektormeter kann nach dem Abgleich auf minimale Welligkeit wieder entfernt werden.
Zum Abgleich wird ein Dip-Meter benötigt. Zunächst stimmt man den Kreis Lt-C, ohne angeschlossene Zweidrahtleitungen mit C, auf die vorgesehene Resonanzfrequenz ab, dann wird L1'-C1' auf eine um etwa 5 % tiefere Frequenz eingestellt. Der richtige Anschluß von a-b bzw. a'-b' ist dort vorhanden, wo die geringstmögliche Kreisverstimmung auftritt (Kontrolle mit DipMeter). Dann sucht man für die Ankopplung des Koaxialkabels den Punkt der geringsten Welligkeit und stimmt mit CK auf deren Minimum nach. Die Ankopplung kann auch induktiv wie in Bild 18.31 c ausgeführt werden. Zum Feinabgleich auf größtes Vor-Rück-Verhältnis benutzt man C1'.
Die Schaltung mit 2 gespeisten Elementen in Bild 18.31 b erfordert einen nur geringfügig größeren Aufwand, bedarf aber zu ihrem Verständnis sorgfältiger Überlegungen. Man kann in diesem Fall die Elemente nicht mehr als «Strahler» und «Reflektor» bezeichnen, weil beide je nach Zusammenschaltung die Funktion eines Reflektors oder eines Direktors annehmen können. Die Elemente werden deshalb mit I und II gekennzeichnet. In [3] wird von DK 1 UJ die Wirkungsweise an einem Beispiel ausführlicher erklärt. Von Element 1 gehen die Leitungen a-b aus, Element II hat die Anschlüsse a'-b'. In der gezeichneten Schaltung wirkt Element I als Reflektor. Vertauscht man die Anschlüsse a'-b' (oder a-b), tritt eine Phasenverschiebung von 180° ein, und Element II wird zum Reflektor (die Hauptstrahlrichtung dreht sich um 180°). Deshalb ist die gleichsinnige Wicklung der Kreisspulen wichtig, und man muß darauf achten, daß die Zweidrahtleitungen nicht in sich verdreht werden.
Besondere Aufmerksamkeit verdient die gegenphasige Erregung der beiden Elemente über das Koaxialkabel, das mit seinem Innenleiter an den Punkt Z angeschlossen wird. Von dort aus führt ein Leiterzug über CK (50 pF) zur Anzapfung an L 1i der andere zur Anzapfung von L1'. Durch entsprechendes Einstellen von CK wird die erforderliche Phasenverschiebung erreicht. Verzichtet man auf CK, dann muß die Anzapfung von L1 auf die Seite rechts vom Erdungspunkt verlegt werden (Gegenphasigkeit). Analog ist bei der induktiven Ankopplung nach Bild 18.31 c zu verfahren.
Der Abgleich erfordert Systematik und Geduld. Wie bereits beschrieben, werden zunächst alle Parallelresonanzkreise für die gewünschte Resonanzfrequenz vorabgeglichen. Die Anzapfpunkte für a-b und a'-b' findet man dort, wo die Kreisverstimmung am geringsten ist (Anpassung). Für die Anschlußpositionen von Z1 und Z2 gibt DJ 4 VM folgende Richtwerte an, die auf den Erdungspunkt (Spulenmitte) bezogen sind: 20 m -1,5 ... 3 Windungen; 15 m - 1... 2 Windungen und 10 m - 0,5 ... 1,5 Windungen. CK wird etwa in Mittelstellung gebracht. C1 und Cl' variiert man abwechselnd so, daß das Reflektometer die geringstmögliche Welligkeit anzeigt. Dann versucht man, mit CK das Minimum der Welligkeit zu vertiefen. Gelingt dies nicht, wird der Vorgang mit verändertem CK (ggf. auch Anzapfpunkte) bis zum Erfolg wiederholt. Eine Welligkeit s < 1,5 sollte erreicht werden.
Bestes Vor-Rück-Verhältnis wird am Reflektorelement durch Variieren von Cl eingestellt. Das rückwärtige Minimum ist sehr scharf ausgeprägt; gegebenenfalls muß man mit CK etwas nachstimmen.Man erreichte bei exaktem Abgleich eine maximale Rückdämpfung bis X50 dB. Sie ist innerhalb des Bandes frequenzabhängig und liegt normalerweise zwischen 20 und 40 dB. Der Frequenzbereich, in dem die Welligkeit nicht über s = 2 anstieg, betrug im 20-mBand -= 250 kHz und im 10-m-Band = 600 kHz. Diese Ergebnisse beziehen sich auf Seitenlängen S von 5,65 m bei einem Abstand A von 2,50 m. Die horizontale Halbwertsbreite liegt nach DJ 4 VM im 20-m-Band bei 50°, für 15 m bei 40° und im 10m-Band bei 30°.
Die etwas umfangreiche Abstimmeinheit (2 Spulen, 3 Drehkondensatoren und 6 Umschaltkontakte je Band) in Verbindung mit einer vielleicht etwas mühseligen Abstimmarbeit mag manchen Funkamateur von einem Nachbau dieser Antenne abschrecken. Berücksichtigt man aber die ausgezeichneten Leistungsdaten und die Universalität (5 DX-Bänder) des DJ4 VM-Multiband-Richtstrahlers, so erscheint dieser Aufwand gerechtfertigt.
Auszug aus Rothammel
73 es 55
