- Zwei 70 cm Yagis mit jeweils 7 Elementen
- Gestockter Aufbau für hohen Gewinn bei breitem Öffnungswinkel
- Von der Simulation zum praktischen Aufbau
- Wettbererbserprobung im UHF-Contest 2022
Motivation und Vorüberlegungen
Nach mehreren Contestteilnahmen mit einer kleinen 5-Element-Yagi wurde schnell klar:
Für ernsthaften Wettbewerb im 70-cm-Band ist mehr Gewinn erforderlich. Realisiert wurde schließlich eine gestockte Yagi Antenne für 70 cm.
Anforderungen
Die neue Antenne sollte:
- leicht und gut transportabel sein
- für kurzzeitigen Portabelbetrieb geeignet
- mechanisch passend zu GFK-Mast und Mini-Rotor
- wettbewerbsfähig im 70-cm-Contest
- kostengünstig und mit gut verfügbaren Materialien realisierbar
Konzept
Ich erinnerte mich an einen Vortrag von Martin Steyer, DK7ZB beim Funktag in Kassel 2019 über sogenannte Ultralight-Yagis.
Die dort vorgestellten Konzepte zeigten, dass sich mit optimierter Elementauslegung und leichter Bauweise ein sehr gutes Verhältnis aus Gewinn, Gewicht und mechanischer Stabilität erreichen lässt.
Ziel war jedoch nicht nur eine einzelne größere Yagi, sondern:
→ Mehr Gewinn bei moderatem mechanischem Aufwand
Statt einer langen Einzelantenne fiel die Entscheidung auf die Stockung von zwei Yagis.
Warum gestockt und 2× 7 Elemente?
Die Stockung bietet mehrere Vorteile:
- ca. 2,5 bis 3 dB höherer Gesamtgewinn gegenüber einer einzelnen 7-Element-Antenne gleicher Länge
- flachere vertikale Abstrahlung, niedrigerer Elevationswinkel
- breitere Hauptkeule in der Horizontalen – vorteilhaft um die Antenne weniger drehen zu müssen
- mechanisch kompakter als eine sehr lange Einzel-Yagi, weniger Durchbiegung des Boomrohres
Damit ergibt sich eine gute Kombination aus Gewinn, Transportfähigkeit und Praxistauglichkeit im Contestbetrieb.
Designvorgaben
- Mittenfrequenz 432 MHz
- Gewinn mindestens 13 dB gegenüber Dipol
- Gewicht unter 500 g
- Transportlänge max. 100 cm
- Montagehöhe Rotor ca. 7 m
- Impedanz 50 Ohm
- Belastbarkeit bis ca. 200W
- Kosten unter 30 €
Praktische Umsetzung
Simulation mit EZNEC
Ausgehend von dem Entwurf einer 7-Element ultralight Yagi von DK7ZB wurden die Elementlängen und Positionen auf dem Boom mittels EZNEC simuliert und modifiziert. Dabei wurde beide Antennen zusammen simuliert und ein geeigneter Stockungsabstand ermittelt. Für alle Elemente wurde ein Durchmesser von 3,2 mm festgelegt und als Speiseimpedanz wurden 50 Ω möglichst ohne Imaginärteil angestrebt. Nach mehreren Iterationsschritten konnten folgende Ergebnisse erzielt werden.
Anpassung
Die folgende Grafik zeigt die Anpassung im unteren Bereich des 70 cm Bandes. Auf 432,25 MHz werden -32,7 dB erreicht, im gesamten dargestellten Frequenzbereich ist die Anpassung deutlich besser als -20 dB.
Azimuth Diagramm
Der 3 dB Öffnungswinkel ist ca. 43°
Elevations Diagramm
- Antennen Gewinn13,4 dBd
- Öffnungswinkel hor. (3dB)42,6dB
- Öffnungswinkel vert. (3dB)19,6dB
Material und Aufbau
Stockungsabstand
Damit sich das abgestrahlte Signal der beiden Antennen konstruktiv überlagert muss der Abstand zwischen den Antennen stimmen. Bei der Simulation mit ezNEC wurde daher nicht eine einzelne Antenne berechnet, sondern beide Antennen zusammen. Der Abstand wurde schrittweise geändert und die Auswirkung auf den Gewinn, das Antennendiagramm und die Anpassung beobachtet.
Ein für meine Zwecke geeigneter Abstand ist 950 mm.
Einspeisung
Gleichmäßige Aufteilung des Signals mit Koaxkabeln
- zwei gleiche Antennen mit jeweils 50 Ohm Impedanz
- Phasengleiche Einspeisung (parallel schalten)
- Aber Transformation erforderlich
- Entweder Variante 1: 50 Ω auf 25 Ω
- oder Variante 2: 50 Ω auf 100 Ω
Gewählt wurde Variante 1,
allerdings nicht mit Koaxkabeln, sondern mit einem bereits vorhandenen λ/4 Anpasstopf.
Dieser hat bei 432 MHz eine Länge von
und einen Wellenwiderstand von ca. 35,4 Ohm
Erprobung im Contest
IARU UHF-Contest Oktober 2022
Conteststation: ICOM IC-746 mit Eigenbau Transverter 28 MHz / 432 MHz, Senderausgangsleistung 20 Watt
Ergebnis: 10 Länder: DL, F, HA, HB9, I, OE, OK, OM, PA, S5
ODX: OM6A 729km
Europa (IARU Region 1) – Wertungsgrppe SO-LP 435 MHz
Platz 21 in Europa (119 Teilnehmer)
Platz 3 national – Stationen aus Deutschland
Im Bild sieht man den IC-746 Transceiver mit aufgesetztem 70 cm Transverter.
Rechts daneben steht ein Icom IC-202 mit Transverter für das 23 cm Band.
Übersicht der Contestverbindungen
Der Kreis hat einen Radius von 500 km. Der eigene Standort auf der Schwäbischen Alb ist zwar mit mehr als 900 m über NN recht hoch gelegen, hat aber in mehreren Richtungen hohe Berge. Insbesondere der nahegelegene Schwarzwald in Richtung Westen und die Alpenkette in Richtung Süden sind schwer zu überwindende Hindernisse.
Kartengrundlage: © OpenStreetMap-Mitwirkende
Fazit
Das Antennenprojekt hat sich gelohnt. Mit überschaubarem Material- und Bauaufwand konnte eine kompakte Antennengruppe realisiert werden, die sich inzwischen bei mehreren Contest-Einsätzen zuverlässig bewährt hat.
Im 70-cm-Band erfolgt die Ausbreitung überwiegend über Troposphärenstreuung und Beugung. Die erzielbaren Distanzen hängen stark von Wetterlagen, Inversionsschichten und Geländetopografie ab. Durch den zusätzlichen Antennengewinn und die schmalere vertikale Abstrahlung werden auch schwache Signale am Reichweitenlimit besser nutzbar. Bei angehobenen Bedingungen sind so stabile Weitverbindungen im oberen Bereich des tropobedingt machbaren möglich.
Die gestockten 2 × 7 Elemente liefern einen deutlichen Gewinnzuwachs gegenüber der zuvor eingesetzten Einzelantenne. Auch mit vergleichsweise geringer Ausgangsleistung von 20 Watt sind regelmäßig Verbindungen im Grenzbereich der troposphärisch möglichen Reichweiten bis etwa 700 km erreichbar.