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Ofenrohr Antenne

Mit meiner ersten Anschaffung für den KW Bereich bin ich nicht sehr zufrieden. Die Empfangsleistung lässt zu wünschen übrig. Die 40 und 20m Bänder sind überaus verrausch das hängt zum Teil auch daran daß ich nache dem Wiener Stadtgebiet bin und im dicht besiedelten Bereich natürlich viel Unrat in der Luft ist.

Bei der Suche im Internet bin ich über eine interessante Konstruktiuon gestolpert die den Berichten nach erstaunliches erwaten lässt. Trotz Garten will ich keine langen Antennen Konstuktionen verspannen. Daher suche ich nach kompakten Lösungen. Nachfolgend einige der gefundenen Quellen die mich zum Bau angeregt haben
OE1CKW
DL2ABC
Bierfass Antenne
HB9MTN

Diese Kapazitiv Antenne ist in Wahrheit eigentlich ein Dipol, wie man genau bei HB9MTM nachlesen kann. Die eine Hälfte ist die Spule und das Ofenrohr, die andere Hälfte ist die Speiseleitung bis zur Mantelsperre.

Stove Pipe Antenna

I'm not really satisfied with my initial HF antenna. The sensitivity is poor and I catch a lot of noise especially 40 and 20 meters. I live close to the city of Vienna it is obvious that I have noise around.

Searching the WEB I stepped over a strange project. The reports claim that the antenna is amazing. I live in a house but don't want to run long antenna wires. So I browsed for new solutions. Here are some of the links:
OE1CKW
DL2ABC
Bierfass Antenne
HB9MTN

The capacity antenna is actually a dipole, check the link of HB9MTM. One half is the could and the pipe, the other halve is the feeding line.

 

Das obige Bild zeigt die wichtigsten Bauteile ein 70mm Abflussrohr und ein 80mm Ofenrohr als Strahler. Etwas Litze für die Spule und das war's auch schon

The picture above shows the main components. A 70mm pipe and a 80mm stove pipe. Some wire fro the coil that's it.

 

Das Polocalrohr ist mit 4 Winkeln an der Bodenplatte montiert. Die Bodenplatte hat unten noch 4 Filzfüße bekommen um Kratzer am Boiden zu vermeiden.

ThThe pipe was mounted with 4 L brqackets on the aluminium board. Unterneath it I mounted 4 felt protectors you never know whre I will put the antenna.

 

Die Spule besteht aus etwa 50 Windungen Lautsprecherkabel. Ich habe mit Absicht etwas dickeres Material und vor allem eine Litze verwendet. Damit will ich eine etwas höhere Güte erreichen. Weiters erlaubt die Litze ein einfaches Abstimmen der Antenne mittels einer Nadel die durch den Mantel in die Litze gesteckt wird.
Während der Montage habe ich den Draht mit Klebeband gesichert. Die Spule wurde dann später noch weiter nach oben verschoben für die endgültige Montage.

The coil has about 50 windings of speaker cable. I used intentionally a bit thicker material and litz wire. I expect better quality. Second reason is the coil is trimmed by inserting a pin into the wire. The lutz wire makes this an easy job.
I secured the wire with some tape during mounting. Later I shifted the coil up to the final position.

 

Der PL Stecker wird nur mit dem Mittelleiter verbunden. Der Außenleiter führt nur bis zum Stecker und endet dort.

The PL socket gets only the middle contact. The outside part ends at the socket.

 

Für die korrekte Funktion der Antenne braucht es eine Mantelsperre. Diese besteht aus je 3 Windungen rechts und links gerum mit RG58 auf einem Ferritkern. Der Kern stammt aus einer Modellbahn Digital Zentrale MX1 um bei der DCC Signalerzeugung oberwellen zu filtern. Ob das Kernmaterial ausreichend gut ist muß ich noch ermitteln, bzw den Kern tauschen.
Mit der Mantelsperre wird das Zurücklaufen des Signals am Schirm des Kabels in den Verstärker verhindert. Die Speiseleitung von der Antenne zurück muß λ/4*0,66 lang sein, dann kommt die Mantelsperre. Für verschiedene Bänder benötigt man passende Speisekabel. Ich plane das durch zusammensetzen von Kabeln zu erreichen. Das 40m Band braucht ein 6,6 Meter langes Kabel.

For correct operation the antenna needs a RF-choke. It is built with 3 windings right and left side with a RG58 cable. The ferrite core was removed from a model railroad DCC command station. It was used there to acoud HF interferance from the layout. I don't know if the core is good enough for the antenna. If not I have to replace it later.
The chocke blocks the back feed to the transmitter. It needs to be installed at λ4*0,66 distance from the antenna. So for differnect bands you need adjusted length of the feed cable. I plan to have several cables which I connect together to get the final length. 40m band requires 6,6 meters

 

Der PL Buchse wurde festgeschraubt. Darüber ist die Verbindung zur Spule und dem Abstimmdraht zusehen.

The PL socket got secures. Above it there is the connection from the feederline the coil and the trimming wire.

 

Die erste Messung der Antenne war etwas enttäuschend. Nach dem Abgleichen der Antenne an der Spule war schön die Schmalbandigkeit der Antenne zu sehen aber ein SWR von 2,5 am Minimum war deutlich mehr als ich erwartet habe. Die Impedanz lag bei 21Ω statt der von mir erwarteten groben 50Ω
Nach kurzer Suche war das Geheimnis bald gefunden. Die Speiseleitung von 3,3m ist nach Formel für das 20m Band. Da sind dann auch die Messwerte gleich viel schöner.

The very first measurement of the antenna was quite disappoining. After calibration of the Antenna with the coil the graüh shows a quite narrow behaviour. The SWR of 2,5 at the minimum is simply disappointing bad. The Impadance was 21Ω instead of the expected roughly 50Ω
Checking the setup uncovered my fault. The feeding line of 3,3m is following the formula for the 20m band. Here the results are much nicer.

 

Die mechanische Konstruktion der Antenne ist in obiger Grafik beschrieben. Die Abmessungen sind im Grunde recht unkritisch. Wenn die Teile andere Abmessungen haben ist das egal. Der Strahler in meinem Fall das Ofenrohr bildet einen Kondensator der gemeinsam mit der Spule in Resonanz sein muß um abstrahlen zu können. Die Kurzschlussleitung an der Spule sorgt für die nötigen Werte. Am besten schaut man sich das mit einem Antennenanalysator an. Ist keiner vorhanden kann man am Empfänger die gewünschte Frequenz einstellen, das passende Kabel zwischen Antenne und Mantelsperre einsetzen und dann hören. Durch umstecken des Spulenabgriffs hört man deutlich wo die Antenne in Resonanz ist.

Zur Berechnung der Antenneneigenschaften will ich auf dei Seite von DK3RED verlinken.

The mechanical design of my solution is shown in the drawing above. The measurements are quite uncritical. If some parts have different sizes it is not so important. The antenna works as a resonator of the coil and the stove pipe which builds a capacity. The shortcut line to the coil allows you to adjust the resonance. The best way to define the antenna is to use an antenna analyzer. If you have no analyzer just tune to the desired frequency, install the correct cable between the antenna and the choke and listen to the noise. Just set the pin to different positions on the coil and you will hear it where the antenna is in resonance.

To calculate a antenna I'd like to link to the page of DK3RED it's in english.

 

An der fertige Antenne sieht man den Abstimmdraht für die Spule mit der Pinnwand Nadel die einen Teil der Spule kurzschließt. Ich verwende als Abgriff einen Pin einer Pinnwand. Das Ding hat eine gut benutzbare Form. Man muß die Spitze durch den Mantel der Isolierung stoßen um den Teilabgriff herzustellen. Mein Pin hat sich überaus gut löten lassen. Feinere Nadeln gehen auch, bei Stahlnadeln ist das Löten aber meist unmöglich.
Eine Alternative zu dem Stift sind Nadeln die bereits in der Spule stecken. An diesen befestigt man mit einer Krokoklemme den Überbrückungsdraht.

Zum Abstimmen bitte nur die Antenne ohne Leistung berühren. Daher meine obige Empfehlung die Antenne mit einem Analysator abzustimmen und dann erst die Endstufe anschließen. Die Spannungen an der Antenne können je nach Leistung sehr hoch werden und dadurch Verletzungen bei Menschen verursachen.

Meine Spule mit etwa 50 Windungen reicht locker für das 40m Band. Für längere Bänder bräuchte man noch mehr Windungen bei 80m etwa 100-120 und vor allem sehr lange Zuleitungen, abermals bei 80m berechne ich 13,2m bis zur Mangelsperre. Das will ich mir nicht antun daher habe ich es bei den ohnehin großzügig bemessenen 50 Windungen belassen.

The finished antenna shows the calibration wire on the side. It ends in a pin which is pushed into the coil to shortcut a part of it. I use here a pin of a pin wall. The pin has a nice shape and can be easily manipulated. My pin was easy to solder. Finer pins might use steel material which is impossible to solder.
A good alternative is to push several pins into the coil and use a alligator clip to connect the shortcut wire.

To trim the antenna keep in mind there should be no power on it. Therefor my recommendation to trim it with an analyzer. The voltage on the antenna becomes very high depending on the power. It will injuries when you touch it.

My coil has about 50 windings which is good enough for the 40m band. for longer bands you need more windings. For 80m about 100-120 but also long feeding lines between the antenna and the choke. For 80m I calculate 13,2m. I don't want to have this so I'm fine with my 50 windings.

 

Die Antennen HW erlaubt das Abstimmen auf 7m als auch auf 14m. Man erkennt an den beiden Screen Shots die Impedanz liegt knapp unter 50 Ohm, lässt sich daher gut mit üblichen Endstufen betreiben. Mein IC 7300 hat einen Tuner eingebaut der das noch anpasst.
Das SWR von etwa 2 gefällt mir nicht wirklich da bin ich noch am schauen ob und wie ich das verbessern kann. Meine Hoffnung liegt da bei der Mantelwellensperre hoff' da kann ich noch was verbessern.

The HW allows to tune the antenna to 7m as well as 14m. As you can see on the screen shots above the impedance is slightly unter 50 ohms. This fits nicely to usual HAM radio equipment. My IC 7300 has a built in tuner this works fine.
The SWR of roughly 2.0 is not really good. I need to invest some time to find out if that can be better. My idea is to check the RF choke.

 

Bisher habe ich mit der Antenne auf 7m und 14m einige Versuche in FT8 gemacht. Direkte Vergleiche mit den anderen Antennen stehen noch aus. Davon berichte ich demnächst.

Up to now I used the antenna for FT8 on 7m and 14m. Direct comparison with the other antennas is open. I plan to report about this very soon.