J-Antenne
für 2 m, Gewinn 5,7 dBi, für 750 Watt oder mehr Leistung geeignet!
English description
Manchmal wird die Antenne auch fälschlicherweise als Koaxialantenne
bezeichnet.
Die gesamte Antenne ist 1,5 m lang. Der Strahler ist Lambda/2 und unten
die Anpassung ist Lambda/4 lang. Antennen Lambda/2 sind sehr hochohmig
>>1000 Ohm. Unten das Rohr ist nichts anderes als eine
Transformationsleitung Lambda/4, die von 0 Ohm auf unendlich Ohm
transformiert, in dem Fall auf die knapp 2000 Ohm des Strahlers Lambda/2.
Irgendwo zwischen 0 Ohm und unendlich Ohm ist auch eine Stelle mit 50
Ohm zu finden. Das ist unten die Stelle, wo die Antennenbuchse sitzt,
65 mm von 0 Ohm entfernt. Diese Antenne hat eine sehr flache
Abstrahlung und benötigt keine Radiale. Gleichstrommäßig sind Strahler
und Außenteil direkt miteinander verbunden. Man kann das Außenteil
direkt an eine Erdung, Blitzableiter, anschließen. Die Antenne sollte
auch sehr interessant sein für kommerzielle Anwendungen wie
Betriebsfunk. Der Abstrahlwinkel ist sehr flach, also hohe Reichweite.
Das
Prinzip der J-Antenne ist schon seit einiger Zeit bekannt. In vielen
Veröffentlichungen Amateurfunk, auch Rothammel, findet man, die Antenne
hätte bauartbedingt ein eher hohes SWR. Das stimmt so nicht, man kann
sie in der beschriebenen Variante auf niedrigstes SWR abstimmen.
So sieht das Aufbauschema aus. Die Maße im Bild sind Millimeterangaben.
Material
50 cm Kupferrohr, Außendurchmesser 28 mm
T-Stück Innendurchmesser 28 mm
Endkappe Innendurchmesser 28 mm
Buchse N oder BNC
1 m Rohr Kupfer oder Messing, Außendurchmesser ca. 4 mm
53 cm Kupferdraht Außendurchmesser 3,7 mm
5 cm Kupferdraht Außendurchmesser 1,3 mm
Für den Innenleiter habe ich das Kupfer eines alten
Elektrokabels 10
mm² genommen. Man kann auch Rohr mit 3,5 bis 4,5 mm Durchmesser nehmen,
ist nicht kritisch. Für das Stückchen Draht, was den Innenleiter mit
der Antennenbuchse verbindet, habe ich den Innenleiter von
handelsüblichem Elektrokabel 1,5 mm² genommen. Auch dieser Durchmesser
ist nicht kritisch. Das T-Stück und die Endkappe müssen lötbar sein.
Installateure verwenden seit einiger Zeit gern Fittinge zum Pressen.
Die zum Löten habe ich ohne Probleme im Baumarkt erhalten. Dünnes
Messingrohr 4 mm gibt es teilweise in Baumärkten, man bekommt es auch
in Modellbaugeschäften.
Im Bild sieht man die halbfertige Anpassung. Da es T-Stücke in
unterschiedlichen Längen gibt, muß man selbst herausfinden, wie lang
die beiden Rohrstücke sein müssen. Im Musteraufbau ist das lange Stück
425 mm und das kurze Stück 40 mm lang. Insgesamt ist die Anpassung 510
mm lang. Die Rohrstücke sollte man so abschneiden, daß sie nicht ganz
bis zum Anschlag hineinragen, wichtig für die spätere Feinabstimmung.
Ich habe sie so abgeschnitten, daß sie etwa zu 2/3 hineinragen.
Nun biegt man am dünnen Draht, der an die Antennenbuchse geht, eine
Öse. Deren Durchmesser entspricht dem des Innenleiters der Anpassung,
also 3,7 mm. Anschließend bohrt man mittig in die Abschlußkappe ein
Loch mit 3,7 mm Durchmesser. Hat man keinen Bohrer mit 3,7 mm
Durchmesser, kann man auch einen mit 3,5 mm nehmen und weitet danach
das Loch etwas auf.
Anschließend steckt man die beiden Rohre in das T-Stück, wie im Bild.
Jetzt wird der Innenleiter durchgeführt. Man hält das Drähtchen mit der
Öse in das T-Stück und schiebt den Innenleiter durch diese. Der
Innenleiter wird anschließend durch das Loch der Kappe geschoben und
mit dieser verlötet. Er sollte etwa 1 mm überstehen. Beim Verlöten
befindet sich die Kappe auf dem Rohr und der Innenleiter wird am
anderen Rohrende mittig fixiert. Zum Verlöten habe ich eine Lötlampe
genommen, da die meisten Lötkolben nicht genug Hitze liefern. Zu
Dokumentationszwecken habe ich den mit der Kappe verlöteten Innenleiter
nochmal herausgezogen und das Drähtchen mit der Öse darübergeschoben.
Der Anschluß der Antennenbuche wird kniffeliger.
Zuerst verlötet man die Öse mit dem Innenleiter, geht gut mit einem
größeren Lötkolben. Die Öse sitzt genau 65 mm über der
Kappeninnenseite. Nun kürzt man das Zuleitungsdrähtchen soweit, daß es
die richtige Länge hat, um an die Buchse angeschlossen zu werden. Bei
meiner Antennebuchse war der Anschluß ein Röhrchen, wo der
Zuleitungsdraht genau hineinpaßte. Wenn die Flansche der Buchse auf dem
T-Stück aufliegen, muß das Drähtchen genau im Röhrchen sitzen. Bei den
meisten Buchsen kann man den Anschlußdraht noch soeben verlöten, wenn
man die Buchse zur Seite schiebt.
Geht das nicht, schiebt man das kurze Rohr der Anpassung ganz in das
T-Stück. Jetzt kann man die Kappe mit dem Innenleiter abziehen und nach
oben drücken. So ist genug Platz, um den Anschlußdraht an der
Antennenbuchse festzulöten.
Ist das geschafft, verlötet man die Masse der Antennenbuchse mit dem
T-Stück. Hilfreich ist es, wenn man die Buchse und das T-Stück an der
Lötfläche zuvor verzinnt hat. Man sollte rundrum löten, damit kein
Wasser eintreten kann. Das Verlöten ist nicht ganz einfach. Nur
Lötkolben reicht nicht und massiver Einsatz einer Lötlampe oder eines
Propanbrenners könnte die Antennenbuchse zerstören. Gut geht es, wenn
man das T-Stück mit der Lötlampe vorwärmt und die eigentliche
Lötung mit dem Lötkolben macht.
Oben muß noch das Rohr abgedichtet und der Strahler zentriert
werden.
Gut ist Kunststoff oder Platinenmaterial ohne Kupferbeschichtung
geeignet. Daraus baut man sich eine dicke Scheibe und klebt sie oben
bündig ein. Man nimmt sich z.B. Platinenmaterial FR4 und sägt aus
diesem eine Scheibe aus, deren Durchmesser geringfügig größer als der
Rohrinnendurchmesser ist. Dann bohrt man mittig ein Loch 3 mm. Jetzt
wird die Scheibe mittels einer Schraube und Mutter M3 in eine
Bohrmaschine eingespannt. Mit einer Feile bringt man die Scheibe auf
den richtigen Durchmesser. Wenn die Scheibe in das Rohr paßt, muß
natürlich noch das Loch auf den Durchmesser des Innenleiters vergrößert
werden.
Mit etwas Glück kann man auch den
Kunststoffschraubverschluß einer Getränkeflasche nehmen wie im Bild.
Wenn
man möchte, kann man noch Scheiben bauen, die den Innenleiter im Rohr
schön zentrieren. Ohne Zentrierscheiben bewegt sich bei Wind der
Innenleiter etwas. Das SWR-Meter zappelt dann ein wenig, da sich das
Transformationsverhalten ändert, wenn der Innenleiter kurzzeitig nicht
mittig ist. Man bohre das Loch so, daß die Scheibe soeben auf den
Innenleiter paßt. Sie hält dann von selbst.
Jetzt ist die Antenne fast fertig.
Der Innenleiter der Anpassung sollte so etwa 20 mm überstehen. Daran
kommt jetzt der Strahler, das dünne Rohr. Um den Innenleiter mit dem
Strahler zu verbinden, eignet sich ganz gut das Innenleben einer
größeren Lüsterklemme. Der Strahler hat ab Rohrende eine Länge von 98
cm. Somit ist das Rohr 96 cm lang, da ja der Innenleiter 2 cm übersteht.
Feinabgleich
Die Rohrstücke sind noch nicht mit dem T-Stück und der Kappe verlötet.
Sie sollten ohne Spiel ineinanderstecken. Wenn Spiel wider Erwarten
vorhanden sein sollte, haut man leicht mit einem Hammer auf die
entsprechende Stelle. Dadurch wird sie geringfügig oval. Verdreht man
das Rohr und den Fitting (T-Stück oder Endkappe) sitzt es jetzt
hinreichend fest.
Es sollte nochmals kontrolliert werden, ob der Anpassungsteil wirklich
51 cm lang ist, also die Rohre nicht bis zum Anschlag eingeschoben
sind. Der Anschlußdraht zur Antennenbuchse muß mittig im T-Stück sein.
Das ist dann gegeben, wenn der Abstand Mitte T-Stück zur Kappe außen
etwa 67 mm beträgt.
Zum Probieren kann man die Antenne ganz gut in einen Schraubstock
einspannen oder mit einer Schraubzwinge befestigen. Das Antennenkabel
wird angeschlossen und mit dem Funkgerät verbunden. Dazwischen kommt
noch ein SWR-Meter, möglichst direkt vor die Antenne. Ich habe zum
Abstimmen 145,000 MHz genommen. Wer die Antenne hauptsächlich für FM
simplex und Relais nimmt, sollte auf 145,500 MHz abstimmen.
Drückt man auf die Sendetaste, sollte schon jetzt das SWR < 2
sein.
Ist es deutlich höher, stimmt was nicht am Aufbau.
Nun verschiebt man das lange Kuperrohr und unten das kurze Stückchen,
bis das SWR optimal ist, also praktisch 1 erreicht. Man muß es
wechselseitig machen, da sich beide Größen beeinflussen. Verschiebt man
den unteren Teil, ändert man hauptsächlich das
Transformationsverhältnis. Das Verschieben des oberen Rohrs dient zur
Kompensation des Blindanteils, beeinflußt aber auch etwas das
Transformationsverhältniß. Ist die Antenne optimal abgestimmt, sollte
das SWR im gesamten Sendebereich FM < 1,5 sein.
Eigentlich ist jetzt der Zeitpunkt erreicht, wo man die Rohre mit dem
T-Stück und der Endkappe dauerhaft verlöten sollte. Ich rate aber dazu,
die Antenne im noch unverlöteten Zustand an dem Punkt auszuprobieren,
wo sie dauerhaft installiert werden soll. Sie ist etwas empfindlich
gegenüber Umgebungseinflüssen wie Metall in näherer Umgebung, Art der
Befestigung und Höhe. Ist die Antenne nicht für einen festen Standort
vorgesehen, sollte man die Feinabstimmung im Freien mindestens 1 m über
dem Boden durchführen.
Stimmt es jetzt, wird verlötet!
Beim Verlöten der Rohre muß man wieder vorsichtig sein. Selbst mit
einem größeren Lötkolben 100 Watt geht das nicht mehr. Man muß mit
einer Lötlampe oder einem Propanbrenner verlöten. Der ganze Aufbau darf
nicht zu heiß werden. Ansonsten könnte die Öse auf dem Innenleiter der
Anpassung verrutschen und auch die gerade angelötete Antennenbuchse
ihren Halt verlieren.
Das Unterteil, die Anpassung, muß dicht sein. Wenn
Wasser hineinläuft,
stimmt die Anpassung nicht mehr, das SWR verschlechtert sich deutlich.
Man sollte oben den Übergang von der Anpassung zum Strahler gut mit
Plastikspray einsprühen. Damit ist er wasserdicht und eine gute
Isolation ist gegeben. Regenwasser perlt dann ab. Bei 100
Watt
Leistung beträgt die Spannung zwischen Strahler und Anpassung etwa 500
Volt.
Hier sieht man das Antennendiagramm, Aufbauhöhe 6 m.
Die Antenne strahlt recht flach ab bei einem Erhebungswinkel von gerade
mal 4°. Im Probebetrieb hatte ich sie lediglich auf dem Dachboden
stehen, keine Außenmontage. Ich war etwas überrascht, als ich sofort
ein weit entferntes Relais hörte, was sonst nur mit einer guten
Außenantenne zu hören war.
Der Nachbau der Antenne lohnt sich auf jeden Fall. Sie ist besser als
viele deutlich längere Kaufantennen, die mit vollmundigen Versprechen
beworben werden. Durch die massive Bauweise sollte sie eine Ewigkeit
halten. Knickt mal bei einem Sturm der Strahler ab, kann man diesen
leicht ersetzen, er ist ja angeschraubt.
So ganz
nebenbei, man kann die Antenne auch horizontal betreiben!
Das
Strahlungsdiagramm wird dann eine "8", sehr ähnlich wie beim Dipol. Die
Flachstrahlung bleibt weiterhin erhalten. Der Gewinn liegt
dann
bei etwa 4 dBd, was eine kurze Yagi auch macht. Im Gegensatz zur Yagi
strahlt sie aber vorwärts und rückwärts gleichermaßen.