J- Pole Antenne: Berechnung und Performance


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Eine der ersten Fragen, die man sich bei der Entscheidung für einen Antennentyp stellt, betrifft die "Performance", um es mal neudeutsch zu formulieren.Soll man sich die viele Arbeit antun, das viele Geld ausgeben? Lohnt das? Hier bieten sich neben Recherchen im Internet (ich habe zu Anfang auf entsprechende Links hingewiesen) auch eigene "Forschungen" an. Heute gibt es Antennen- Berechnungs- und Simulations- Software als Freeware aus dem Internet: MMANA z.B ist solch ein einfach zu bedienendes Programm. Es sind bei Youtube viele Tutorien zu finden, z.B dieses: MMANA Tutorial

Wichtige Kriterien für eine Antenne sind Erhebungswinkel, Antennengewinn und Anpassung. Die Anpassung habe ich mit dem FA Antennen- Analysator FA-1 gemessen. Es ist eines der wichtigsten Messgeräte, das ich habe. Es wird nicht mehr angeboten, aber mittlerweile gibt es diverse neue Geräte mit vergleichbaren Messmöglichkeiten.

1. Simulation mit MMANA: Ermittlung der Strahlerlänge und des Speisewiderstandes

Die erste Frage, die zu beantworten ist, betrifft die Länge des Strahlers und den Wert des Speisewiderstandes an dessen Ende, der ja an das 50Ω Koaxkabel angepasst werden soll.

Hier kommt das Simulationsprogramm MMANA ins Spiel. Erst gilt es, den Antennen- Widerstand am unteren Strahlerende zu ermitteln. Da dort das Spannungsmaximum ist, erwarten wir einen Widerstand im kΩ- Bereich. MMANA speist ein "Normsignal" in den Messpunkt ein und benötigt dazu 2 Anschlüsse. Es gibt aber nur einen Draht als Strahler! Was tun? Nach einigem Probieren habe ich herausgefunden, dass MMANA folgenden Trick akzeptiert: Man schliesst eine Leitung von 1cm Länge am unteren Ende des Strahlers an und setzt das untere Ende des 1cm- Stücks auf Z=0 (Erde). Das Mess- Signal speist man in der Mitte der Hilfsleitung ein. Dann kann MMANA simulieren und es kommen erwartete Werte heraus. Das Ergebnis ist nach Anpassung der Strahlerlänge eine Stromverteilung als Halbwelle. Man muss den imaginären Widerstands- Anteil jX minimieren, dann kann man R ablesen. Die untenstehenden Bilder zeigen die Werte für die Bänder 10m, 15m, 17m und 20m.


Die nebenstehenden Abbildungen sind die graphische Darstellung der Simulation in der Reihenfolge Abmessung - Berechnung - Stromverteilung für 10m.

Die nebenstehenden Abbildungen sind die graphische Darstellung der Simulation in der Reihenfolge Abmessung - Berechnung - Stromverteilung für 15m.

Die nebenstehenden Abbildungen sind die graphische Darstellung der Simulation in der Reihenfolge Abmessung - Berechnung - Stromverteilung für 17m.

Die nebenstehenden Abbildungen sind die graphische Darstellung der Simulation in der Reihenfolge Abmessung - Berechnung - Stromverteilung für 20m.


2. Simulation mit MMANA: Anpassung mit der λ/4- Methode


Mit den Werten des Speisewiderstandes kann man jetzt in das MMANA Programm gehen und unter "Tools/HF-komponente/Stichleitung" eine neue Berechnungsebene öffnen. Mit Hile dieses Tools kann man die Anpassung des hochohmigen Strahler- Endes an das 50Ω Koaxialkabel berechnen. Man muss nur die "R" und "X" Werte in die Felder unter "Z" und die Werte für das Koaxkabel (Zo=50) und (Vf=0,67) eintragen. Wenn es nicht schon dasteht, muss noch die Frequenz eingetragen werden. Dann "TUNE" drücken und -voila!- unter "Lösung1" stehen die Angaben, die man so dringend braucht: L1 ist die Länge des Koaxkabels bis zum Abgriff zum TRX, L2s (s für shorted= kurzgeschlossen) ist die Länge des kurz geschlossenen Kabelstückes. Rechts ist eine kleine Graphik, die das Prinzip nochmal darstellt.

Diese einfache Methode der Ermittlung der Anpass- Längen durch MMANA habe ich erst entdeckt, nachdem ich einige Koaxkabel nach der Methode "trial and error" zerschnippelt habe und sie dann nur noch für die jeweils höheren Bänder zu gebrauchen waren - weil zu kurz. Letztendlich decken sich die simulierten Werte ziemlich genau mit den Werten, die durch Versuch ermittelt wurden. Zumindest macht man bei etwas Längen- Zugabe keinen Fehler. Die längen- Angaben auf der vorigen Seite sind an meiner Antenne gemessen und funktionieren so ganz ordentlich. Trotzdem werde ich noch weiter "forschen", inwieweit Verbesserungen beim SWR möglich sind. Aber letztlich ist es fast egal, ob das SWR nun 1 ist oder 1,5.


Die nebenstehenden Abbildungen zeigen die Ergebnisse der Anpassleitungs- Berechnung für 10m, 15m, 17m und 20m

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3. Kontrolle der Anpassung


Das Ergebnis aller Bemühungen kann nun in der harten Realität nachgemessen werden: Wie sieht es mit dem SWR aus? Die unten zu sehenden Werte habe ich mit meinem FA Antennenanalysator gemessen. Ich denke, damit kann man zufrieden sein!
Das SWR kann am FA-Antennen- Analysator abgelesen werden. Gemessen mit ca.5m Abstand von der Antenne.
leer 10m 15m 17m 20m

4. 3D Darstellung der räumlichen Abstrahlung einer J-Pole Antenne


Zu guter letzt gehört auch die "Elevation", also der Erhebungswinkel der Strahlung, zur Performance einer Antenne. Für DX- Betrieb sollte er möglichst niedrig sein. Die MMANA Simulation hilft auch hier, man kann horizontale Abstrahlung (bei der Verikal- Antenne fast Rundumstrahlung), vertikale Abstrahlung und eine 3D Grafik berechnet bekommen. Ich zeige hier stellvertretend für alle Bänder eine 3D Grafik.

MMAMA berechnet auch den Gewinn der Antenne. Da aber der Wert in dBi angegeben wird und der bei einer Vertikalantenne anders als bei Antennen mit mehreren Elementen nicht von Aussagekraft ist, verzichte ich auf diese Angabe.

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leer Beispiel der 3D Grafik für die Rundum- Abstrahlung einer J-Pole Antenne leer


Bernd Novotny  •  Fasanenweg 32  •  24214 Gettorf