Beschreibung 1:1 Balun für Dipol-Antennen, u.a.

Wenn eine Dipolantenne mit einem Koaxialkabel vom Gerät gespeist wird, ist es immer ratsam, einen „BalUn“ zu verwenden.
BalUn steht für Ballanced – Unballanced.
Damit können wir ein unsymmetrisches Speisesystem (Koaxialkabel) an ein symmetrisches Antennensystem (Dipolantenne) anpassen.
Der Hauptgrund für die Verwendung eines BalUn ist, dass das Koaxialkabel nicht Teil des Antennensystems wird und daher mit diesem strahlt.
Dies führt zu allen möglichen unangenehmen Effekten, wie Interferenzen, Störungen, gestörtes Strahlungsdiagramm der Antenne, unruhigerer Empfang. Letzteres liegt daran, dass der Mantel des Koaxialkabels nicht nur beim Senden strahlt, sondern auch als Empfangsantenne fungiert. Es wird ein Ferrit-Toroid verwendet, der Mantelströme dämpft.
Die wichtigste Eigenschaft eines BalUn ist die maximale Dämpfung von Mantelströmen bei minimalem Verlust/Verzerrung des Signals.
Es gibt im Internet und sogar in der Literatur viele Informationen darüber, wie man einen BalUn baut, aber leider gibt es auch viele Designs, die nicht oder kaum funktionieren.
Dieser Entwurf ist einer, der nachweislich gut funktioniert!

Das Gehäuse

Wir beginnen mit dem Anzeichnen und Bohren des Lochs für den Koaxial Steckeranschluss. Der Durchmesser dieser Bohrung beträgt 16 mm. Das Bohren dieser relativ großen Löcher ist am einfachsten mit einem „Trapezbohrer“. (Google ist Ihr Freund, falls Sie noch nie von so etwas gehört haben)   Nachdem ich das 16-mm-Loch gebohrt hatte, setzte ich das Chassisteil in das Loch, um die Position der Befestigungslöcher zu bestimmen. Hier habe ich mich entschieden, das Chassisteil mit 4 Schrauben zu befestigen, aber 2 sind auch eine Option. Diese Löcher können mit 3,5 mm gebohrt werden.   Anschließend markieren und bohren wir die Löcher für den Antennenanschluss und die Zugentlastung. Besonders bei längeren oder permanenten Antennen empfiehlt es sich, eine Zugentlastung zu verwenden. Das Loch für die Edelstahlöse wird mit 6 mm gebohrt und das Loch für den Antennenkabelanschluss mit 5 mm. Natürlich können Sie die Positionen dieser nach eigenem Ermessen bestimmen.

Der Ringkern

 Jetzt ist es an der Zeit, mit dem wichtigsten Teil zu beginnen: dem Ringkern!
Wir haben uns bei diesem Bausatz für Draht mit PTFE-Abschirmung entschieden.
Das hat den Vorteil, dass er relativ dünn ist, so dass die Windungen maximalen Kontakt mit dem Ferritring haben. Nun gibt es andere Alternativen, aber nicht mit diesem hervorragenden Isolationswert (600 – 1000 Volt) und Temperatureigenschaften bis zu 200 Grad. Wir beginnen damit, dass wir zwei Drähte mit einem Kabelbinder sichern, das macht es viel einfacher. Wickeln Sie dann die ersten 10 Windungen auf die Hälfte des Ringkerns, wie auf den Fotos unten gezeigt.
Achten Sie darauf, dass die Wicklungen eng aneinander liegen, da der Platz auf diesem Ringkern begrenzt ist.
Wickeln Sie dann 10 Windungen auf die zweite Hälfte. Achten Sie darauf, dass die Drähte genau wie im Beispiel gewickelt sind, vertauschen Sie nicht die Farben oder Wickelrichtungen. An der Unterseite des Ringkernwandlers liegen nun die beiden roten Drähte aneinander und die weißen Drähte an der Außenseite.
An der Oberseite des Ringkernwandlers ist es genau umgekehrt, dort liegen die weißen Drähte in der Mitte aneinander und die roten Drähte außen. Wenn dies nicht der Fall ist, beginnen Sie erneut, da etwas schief gelaufen ist.   

Verringern

UPDATE: HF Kits hat eine Lösung für die Befestigung des Toroids gefunden. Ab sofort liegt jedem Balun-Bausatz in einem 82×80 mm Gehäuse eine Montageplatte mit M3-Schrauben bei. Mit dieser Montageplatte lässt sich der Ringkernwandler leicht mit ein paar Kabelbindern befestigen. Siehe Fotos unten    Verbinden Sie die Primärseite des Ringkerns (unten, wo sich die roten Drähte treffen) mit dem Koaxialstecker. Verbinden Sie die beiden roten Drähte mit dem Kern des Koaxialsteckers und die weißen Drähte mit dem Chassisteil mit einem Kabelschuh.   Entfernen Sie die Kunststoffteile des Kabelschuhs, damit eine Lötverbindung hergestellt werden kann. Schließen Sie nun die andere Seite des Transformators an die Anschlüsse für die Drahtantenne an. Die beiden roten Kabel an die eine Seite und die beiden weißen Kabel an die andere Seite. Verwenden Sie dazu die mitgelieferten M5-Kabelschuhe. Verwenden Sie die mitgelieferten gezahnten Federscheiben oberhalb und unterhalb des M5-Kabelschuhs (sie befinden sich beide im Inneren des Gehäuses und nicht auf der Außenseite), damit sich der Bolzen beim Anschließen eines Antennendrahts nicht dreht. Legen Sie eine flache Unterlegscheibe auf die Außenseite und dann eine M5-Mutter. Auf den Fotos unten wurde noch keine Montageplatte angebracht. Der Stelltransformator kann eventuell getestet werden, indem Sie einen Widerstand von etwa 50 Ohm (z.B. 47 Ohm) zwischen die beiden Dipolklemmen legen. Dann sollte das SWR-Meter ein Stehwellenverhältnis von etwa 1 zu 1 anzeigen. Das Testen mit einem Draht von halber Wellenlänge (zweimal die Dipolhälfte einer Viertelwelle) ist natürlich auch möglich!  

Anwendungen

Mit einem 1:1 BalUn sind viele Antennenvarianten denkbar.
Natürlich sollte die Antenne am Speisepunkt eine Impedanz von etwa 50 Ohm haben.
Es ist einfach, eine Einband-Dipolantenne zu bauen.
Es sind auch Multiband-Varianten denkbar.
Dazu können Sie mehrere Antennen an denselben Speisepunkt anschließen (Katzenschnurrbart).
Es ist auch möglich, mit Traps oder Spulen oder einer Kombination der zuvor genannten Möglichkeiten zu arbeiten.  

Einband-Dipolantenne

Wenn zwei Drähte, die jeweils eine Viertel Wellenlänge lang sind, am BalUn befestigt werden, entsteht eine Einbandantenne von einer halben Wellenlänge. Die Wellenlänge und die Antennenlänge können Sie leicht in der Tabelle weiter unten nachschlagen, aber auch mit der folgenden Formel berechnen:

     u 
λ = --- 
     f

  In dieser Formel ist λ die Wellenlänge in Metern, u ist die Lichtgeschwindigkeit in Metern pro Sekunde und f ist die Frequenz in Hertz.
Im folgenden Beispiel wird die Wellenlänge aus dem 20-Meter-Band bestimmt.
In diesem Fall wird die Frequenz von 14,1 MHz verwendet.
Zunächst werden einige Nullen gegeneinander verrechnet und dann die Ausgabe berechnet.

     u     300.000.000      300
λ = --- = ------------- = ------ = 21.28 mtr
     f     14.100.000      14.1

Wir haben nun die volle Wellenlänge berechnet.
Um eine Viertelwelle zu erhalten, muss das Ergebnis durch 4 geteilt werden.
Um eine halbe Wellenlänge zu erhalten, muss das Ergebnis durch zwei geteilt werden.
Antennendraht hat immer einen gewissen Verkürzungsfaktor.
Dieser hängt von dem leitenden Material, dem Durchmesser und der Isolierung ab.
Im Allgemeinen liegt der Verkürzungsfaktor bei etwa 95%.
Die Gesamtlänge unserer 20 Meter langen Dipolantenne (Halbwelle) wird also wie folgt berechnet:

     u / 2             300.000.000 / 2              150
λ = ------- * 0,95 =  ----------------- * 0,95 =  ------ * 0,95 = 10,1 mtr
       f                 14.100.000                14.1

 

Tabelle der Wellenlängen

Band	Frequntie MHz	Golflengte λ	Halve golflengte λ/2	Kwart golflengte λ/4
160 meter	1,81 MHz	165,75 Meter	82,87 Meter	41,44 Meter
80 meter	3,6 MHz	83,33 Meter	41,66 Meter	20,83 Meter
60 meter	5,35 MHz	56,07 Meter	28,04 Meter	14,02 Meter
40 meter	7,1 MHz	42,25 Meter	21,13 Meter	10,56 Meter
30 meter	10,1 MHz	29,70 Meter	14,85 Meter	7,43 Meter
20 meter	14,15 MHz	21,20 Meter	10,60 Meter	5,30 Meter
17 meter	18,1 MHz	16,57 Meter	8,29 Meter	4,14 Meter
15 meter	21,2 MHz	14,15 Meter	7,08 Meter	3,54 Meter
12 meter	24,95 MHz	12,02 Meter	6,01 meter	3,00 Meter
10 meter	28,4 MHz	10,56 Meter	5,28 Meter	2,64 Meter

Beachten Sie, dass in der Tabelle der Verkürzungsfaktor nicht enthalten ist.
Die Antenne wird also in der Praxis etwa 5% kürzer sein.  

Mehrband-Dipol-Antennen

Katzenschnurrbart Dipol

Es ist auch möglich, mehrere Halbwellen-Dipolantennen an denselben Speisepunkt zu koppeln.
Die Längen werden auf die gleiche Weise gewählt wie bei der obigen Einband-Dipolantenne.
Auf diese Weise können mehrere Bänder mit der Dipolantenne betrieben werden.
Der Abstand zwischen den beiden Strahlern kann recht klein sein, so dass das SWR nicht beeinträchtigt wird.
Allerdings wird das Strahlungsdiagramm der Antenne leicht beeinträchtigt. Wenn Sie dies vermeiden wollen, machen Sie den Abstand (Winkel) so groß wie möglich.
Es ist auch möglich, einen Teil horizontal und einen Teil als umgekehrtes V aufzuhängen, wie in der Abbildung unten gezeigt.
Es ist auch möglich, dem Ganzen eine weitere Antenne hinzuzufügen.
Im Internet finden Sie mehrere Beispiele für 4-Band-Katzenschnurrbart-Antennen.

Einstellen

Hängen Sie die komplette Katzenschnurrbart-Dipolantenne mit etwas zusätzlicher Drahtlänge an den gewünschten Standort.
Beginnen Sie immer damit, den längsten Dipol zuerst für die niedrigeren Frequenzen zu dimensionieren.
  Denken Sie immer daran: Schneiden kann man, trimmen nicht ? schneiden Sie also nicht zu enthusiastisch.
Wenn der längste Dipol ein akzeptables durchschnittliches SWR aufweist, können Sie mit der Dimensionierung des kurzen Dipols beginnen.
In der Praxis wird die Antenne etwas kürzer sein als ein einbandiger Dipol.
Achten Sie immer darauf, dass Sie an beiden Seiten gleich viel abschneiden, damit die Antenne symmetrisch bleibt.  

Dipol mit Spulen

Durch die Verwendung von Spulen in der Dipolantenne geschieht etwas Besonderes.
Da die Spule eine hohe Impedanz für die höheren Frequenzen bildet, ist das letzte Stück Draht (nach den Spulen) nicht beteiligt.
Die gesamte Antenne einschließlich der Spulen nimmt nur an den niedrigeren Frequenzen teil.
Bei der Variante für das 20- und 40-Meter-Band funktioniert das 10,1 Meter lange Drahtstück für das 20-Meter-Band.
Mechanisch ist die gesamte Antenne nur 13 Meter lang, bildet aber durch die Spulen eine elektrische Länge von 20 Metern für das 40-Meter-Band. Damit ist dies eine Halbwellenlänge für das 40-Meter-Band. Der Nachteil der Arbeit mit verkürzten Antennen ist die begrenzte Bandbreite auf den niedrigen Frequenzbändern.

Beispiele

80/40/(15) Multiband-Dipolantenne

Eine 100 uH-Spule wird aus einem 19mm PVC-Rohr hergestellt.
Legen Sie 150 Windungen eng aneinander.

Die Spulen

   Wickeln Sie die Spule so eng wie möglich, achten Sie darauf, dass kein Zwischenraum zwischen den Wicklungen vorhanden ist. Fixieren Sie das Ganze mit etwas Klebeband. Bohren Sie zwei kleine Löcher neben der Spule, um die Enden nach innen zu bringen.    Bohren Sie zwei weitere Löcher, wie in der Abbildung oben gezeigt, um die Litze durchzustecken. Dies wird die Zugentlastung sein. Machen Sie einen Knoten in die Litze und ziehen Sie daran.   Schneiden Sie nun den überschüssigen Draht und Litzendraht ab, so dass gerade noch genug Länge zum Löten bleibt. Stellen Sie sicher, dass der Wickeldraht ordnungsgemäß von seiner Lackschicht befreit ist. Dies kann mit einem scharfen Messer oder Schleifpapier erfolgen. Löten Sie den Litzendraht an die Spule und stecken Sie ihn in das Rohr. Bringen Sie nun den Schrumpfschlauch an und erwärmen Sie ihn gleichmäßig, bis er gut sitzt.

Einstellen

Hängen Sie die komplette Dipolantenne mit etwas zusätzlicher Drahtlänge an der gewünschten Stelle auf. Beginnen Sie immer mit der Dimensionierung des Drahtstücks für die höheren Frequenzen. Dies sind also die Drähte, die direkt mit dem BalUn verbunden sind.
  Denken Sie immer daran: Abschneiden kann man, Trimmen nicht ? schneiden Sie also nicht zu enthusiastisch.
Wenn das höhere Band ein durchschnittliches, akzeptables SWR aufweist, können Sie damit beginnen, die Drahtstücke nach den Spulen abzuschneiden.
Achten Sie immer darauf, dass Sie auf beiden Seiten gleich viel abschneiden, damit die Antenne symmetrisch bleibt.  

Dipol mit Fallen

fortgesetzt werden….

 

Mehr Infos

Wie genau sieht es mit dem BalUn und dem Anpasstransformator aus?

 

Interessiert?

1:1 Balun BausatzDipolantennen-Bausätze mit 1:1 BalUnMehrband-Dipolantennen-Bausätze mit 1:1 BalUn