Moxon-Antenne für das 15m- und 10m-Band

Bei einer unserer OV-Abende stellte jemand die Frage ob man nicht einmal wieder ein "sinnvolles" Projekt angehen könnte. Nach einigen Überlegungen hat sich eine Gruppe entschieden, es einmal mit einer Richtantenne für das 15m- und 10m-Band zu Versuchen. Es hat sich relativ schnell herausgestellt das eine Moxon-Antenne gegenüber einer 2-Element-Yagi-Antenne gewisse Vorteile besitzt. Steht erst einmal das Traggerüst, so können die Elemente für weitere Bänder mit aufgebracht werden.

Beim durchrechnen mit "4NEC2" bemerkte ich, das die Strahler im Speisepunkt nicht einfach zusammengelegt werden können. Die gegenseitige Beeinflussung würde für beide Bänder unterschiedliche Impedanzen ergeben, obwohl beide Strahler einzeln/getrennt gespeist, jeweils einen Fußpunktwiderstand von 50 Ohm haben. Das würde 2 getrennte Speiseleitungen erfordern.

Das erklärt auch die bekannten Probleme beim zusammenschalten von Strahlern bei z.B. einer 2-Element Mehrbandloop und anderen Antennen mit mehreren Strahlern.

Für die Entkoppelung der beiden Strahler im Speisepunkt muss mit einer Phasenleitung (als Zweidrahtleitung) der 15m-Band Strahler am gemeinsamen Anschlusspunkt erregt werden um bei dieser 2-Band Moxon den 50 Ohm-Anschlusspunkt zu erhalten.

In einem 2. Schritt habe ich versucht die Antenne für das längere Band (15m) noch zu verkürzen ohne die Strahlungseigenschaften und den Fußpunktwiderstand im Speisepunkt (50 Ohm) wesentlich zu verschlechtern. Herausgekommen ist ein mit Zweidrahtleitung (600 Ohm) verlängerter Reflektor. Die Zweidrahtleitung am Strahler für das 15m-Band erfüllt 2 Aufgaben, zum einen wird der Strahler elektrisch verlängert und zum anderen wird der Strahler im Speisepunkt vom 10m-Band Strahler entkoppelt. Darum auch die ungewöhnliche Impedanz der Leitung von 740 Ohm.

Eine weitere Variante als 5-Band-Moxon für das 20m- bis 10m-Band ist in Vorbereitung.

Die Elemente der Moxon-Antenne sind im 15m-Band mechanisch in der Länge verkürzt und werden mit verlustarmer Zweidrahtleitung elektrisch verlängert. Die Antenne ist dadurch im 15m-Band um ca. 40% gegenüber einen Dipol bzw. Yagi gekürzt. Eine weitere Verkleinerung würde die Strahlungseigenschaften und die Bandbreite zu sehr negativ beeinflussen. Gleiches gilt für die elektrische Verlängerung durch Spulen anstelle der Zweidrahtleitung. Im 10m-Band ist es eine "full size Moxon". An den Punkt "X X" wird über einen 50Ohm Strombalun (Mantelwellensperre) mit 50Ohm-Koaxialkabel eingespeist.

Die besondere mechanische Konstruktion aus Alu-Vierkantrohren und Angelruten (es wird nur die untere Hälfte der Fiberglasruten benutzt) macht diesen Aufbau sehr stabil und auch relativ leicht. Solch eine stabile Draht-Konstruktion ist mir nur von einem kommerziellen Hersteller (als Bausatz) bekannt. Allerdings als 5-Band-Version mit maschinell hergestellten Teilen und einem Preis von jenseits 1.000 Euro. Wenn ich mir aber den eigenen Aufwand für die elektrische und mechanische Realisierung dieser doch noch relativ einfachen Konstruktion vor Augen halte, ist dieser Preis sicherlich gerechtfertigt. Es sei denn man könnte mehrere 1.000 Stück absetzen.

Bei einer gesicherten Auflage von > 100 Stück würde sich das Antennbau-Team bestimmt dazu bereit erklären, diese 2-Band (15m/10m) Moxon-Antenne (natürlich zu einem Vorzugspreis!) im Auftrage aufzubauen :)

Der Aufbau mit den aufgespannten Alu-Volldrähten wiegt deutlich unter 5kg. Als Ziel setzten wir uns ein Gewicht von max. 5kg und Kosten von um 100 Euro. Unter anderem durch Sammelbestellungen der Angelruten und Alu-Vierkantmaterial konnten wir die Kosten auch in etwa halten. Die zu erbringenden Arbeitsaufwendungen sollten aber nicht unterschätzt werden!

Vorsorglich möchte ich (DK6NR) darauf hinweisen das jegliche kommerzielle Nutzung dieser hier vorgestellten Informationen und Inhalte ohne Genehmigung meinerseits nicht gestattet ist. Für die allgemeine private Nutzung sind diese Veröffentlichungen natürlich frei von irgendwelchen Rechten.

Hier sind alle Elemente voll aufgespannt. Jetzt müssen noch die Zweidrahtleitungen angebracht werden und dann kann abgeglichen werden...

Die 94cm lange, 600Ohm-Zweidrahtleitung für den 15m-Band Reflektor besteht aus 1,6mm Alu-Draht mit einem Leitungsabstand von 12cm.

Die 41cm lange, 740Ohm-Leitung für den 15m-Band Strahler ist aus 1mm VA-Draht mit einem Leitungsabstand von 24cm gefertigt.

Die Zweidrahtleitung ist nun mit den Abspannungen am Abspannturm angebracht.

Die Reflektoren und Strahler wurden nach Zeichnungsangaben abgelängt. Durch das Anbringen von Ringösen und den Isolatorendstücken sind die Elemente pro Seite um ca. 3 cm kürzer geworden. Das entspricht eine Verkürzung von unter 1,5 % und soll die zu erwartenden Einflüsse durch die Isolatoren berücksichtigen. Die Isolatoren in der Elementmitte bestehen aus 1 cm dicken spülmaschinen- und mikrowellentauglichen Schneidbrettern. Die Endisolatoren sind aus Teflonmaterial gefertigt. Die Verbindung zwischen den Elementenden (Strahler/Reflektor,) wie auch die Abspannung der Zweidrahtleitung, besteht aus 0,5 mm monofile Angelsehne.

Beim Abstimmen haben wir bemerkt das kein vernünftiges SWR in 2 m Höhe einzustellen ist. Eine erneute Berechnung mit "4NEC2", mit um je 2 cm gekürzten Elementen (Ist-Zustand), ist zu den gleichen Ergebnissen gekommen. Ich habe die Isolatoren mit den notwendigen Verschraubungen überschätzt. Die Isolation der Elemente ist also elektrisch besser als gedacht.

Eine Verlängerung der Reflektoren durch die Zweidrahtleitung bzw. Haarnadelschleife ist unkritisch. Das "Z" (Fußpunktwiderstand) an den Reflektoren Spielt keine Rolle. An den Strahlern sieht das aber völlig anders aus. Da muss die Resonanz mit 50 Ohm am Speisepunkt überein stimmen. Also mussten die Strahler an den Enden verlängert werden. Der 15 m -Strahler wurde ca. um 7 cm / Seite und der 10 m -Strahler um 2 cm / Seite verlängert. Die 740 Ohm -Leitung konnte dadurch auf 27 cm verkürzt werden.

Die erneuten Abstimmversuche erbrachten ein gutes SWR, allerdings nicht auf Sollfrequenz. Beim Drehen der Antenne ist ein starkes schwanken des SWRs festgestellt worden. Die Umgebung mit Carport, Fahrzeugen und Bäumen hatten einen sehr starken Einfluss. Der Beam wurde dann auf ca. 5 m Höhe gebracht. Zur allgemeinen Erleichterung passte nun das SWR auf den Sollfrequenzen nahezu perfekt! Der erste Praxistest in gleicher Höhe mit einer ca. 10 km entfernten 10 m -Bake zeigte ein Vor -Rückverhältnis an einem IC-706 von über 40 dB. Das ist eigentlich zu viel und liegt wohl an der Umgebung und/oder am S-Meter vom Icom. Es passt alles so wie mit dem Simulationprogramm "4NEC2" berechnet.

Die Resonanzfrequenzen der Reflektoren in 5 m Höhe liegen gegenüber einer Höhe von 2 m etwas tiefer. Auf dem 15 m -Band sind es dann knapp 21 MHz mit R=9 Ohm (SWR >5) und für den 10 m -Reflektor 27.8 MHz mit R=29 Ohm (SWR 1.75). Die Strahler bzw. alle anderen Elemente sind geschlossen!

Der aufgespannte Draht für die Elemente besteht aus blanken und relativ hartem 1.6 mm Alu-Draht. Dieser Draht ist vorgereckt und für Weidezäune bestimmt. Ich kann mir vorstellen dass z.B. 1.5 mm - 2 mm Kupferlackdraht auch sehr gut gehen würde. Für mobile Anwendungen könnte man auch blankes 1 mm - 1.5 mm VA-Seil nehmen. Allerdings muss man dann einen zusätzlichen Verlust von rund 1 dB mit einkalkulieren.

Mit isolierter Litze wäre ich sehr vorsichtig! Wenn Drähte/Litze mit Isolation eingesetzt werden sollten, dann nur mit einer sehr guten (z.B. Teflon) Isolation. Es ist mit einem mehr oder weniger großen Verkürzungsfaktor (mit bis über 10 %) zu rechnen. Man kann dann die Überlänge nicht einfach an den Enden abschneiden. Das würde mindestens das Vor/Rück - Verhältnis stark beeinflussen. Es müssten die Elemente mehr an den langen Seiten gekürzt werden. Um den Verkürzungsfaktor zu bestimmen würde ich einen z.B. 10 m Dipol aus blanken Draht bauen und ausmessen. Danach dann einen in der Länge gleichen und mit der isolierten Litze aufgebauten Dipol ausmessen. Durch eine schrittweise Kürzung bis auf Sollfrequenz könnte dann der Verkürzungsfaktor ermittelt werden.

Von weicher PVC-Isolierung (normale Elektriker-Litze) möchte ich aber völlig abraten. Neben zusätzlichen dielektrischen Verlusten würde sich mit der Zeit, durch die Witterung und Sonneneinstrahlung, die Isolation stark verändern und auch ablösen. Auch die Litze ändert durch Dehnung ihre Längen. Das hätte zur Folge das sich die Resonanzen und elektrischen Eigenschaften der Elemente stetig und nachteilig verändern.

So sollte der Balun aussehen. Auf einem 50mm-Abflussrohr mit einer Länge von ca. 120mm werden 9 Windungen Koaxialkabel aufgebracht. Als Kabel eignen sich z.B. H-155, H-2007, RG-142 oder RG-400. Es werden ca. 1,75m benötigt. Das aufgewickelte Kabel ergibt eine Balunspule mit ca. 3µH. Das XL beträgt somit auf 15m ca. 400 Ohm. Die Leistungsbegrenzung der Antenne ist so nur abhängig durch das verwendete Koaxialkabel. Bei welcher Leistung tropft der Alu-Antenndraht ab?

Der Balun kann natürlich auch so aufgebaut werden. Eingebaut in eine Schutzdose für 220V-Verbindungen. Erdacht von Martin, DO1MF und realisiert von Carsten, DO5CA. Das Rohr für die Balunspule hat ca. 35 mm Durchmesser und ist mit 13 Windungen H-155 bewickelt.

Der erste Moxon-Beam ist fertig gestellt und bei Carsten, DO5CA in luftiger Höhe montiert. Die zweite Antenne ist jetzt auch fertig und muss noch zum QTH von Martin gebracht werden.

Der Balun ist am Speisepunkt befestigt. Die beiden Drähte zum Speisepunkt am Balun sind mit einer Lüsterklemme noch für die Messung der Reflektoren kurzgeschlossen.

Das sind unsere eingesetzten Messgerätschaften.

Die N-Buchse ist zum Messen des 15m-Band-Reflektors an der Zweidrahtleitung angebracht.

Hier ist die N-Buchse an der Haarnadelschleife des 10m-Band-Reflektors befestigt. Der Antennenanalyzer ist mit Kabelbindern am Boom fixiert damit mit einer Hand auf der Leiter in Abgleichhöhe gemessen werden kann.

Nach der Resonanzmessung und einer Längenkorrektur der Haarnadelschleife am Reflektor wird diese mit einer Alu-Presshülse wieder verschlossen.