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Magnetfuß-Antennen brauchen eine gute Masse-Kopplung!
Alexander, DL4NO hat eine schöne Zusammenfassung über den Mobilbetrieb mit Magnetfuß-Antennen geschrieben.
Bild: © DL4NO
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Käufliche Magnetfußantenne fürs 2-m-Band
Außen hui...
...innen pfui! (leider ohne Massefolie!)
Oberseite mit „Masseplatte“ und Koax-Kabel-Anschluß
Ring-Magnet-Unterseite
Masse:
Das Massegeflecht des Koax-Kabels ist mittels Lötöse an eine eiserne „Masseplatte“ verlötet, welche sich oberhalb des Ringmagneten befindet. Die Koppelkapazität der Masseplatte zum Autoblechdach stellt die „HF-Masseverbindung“ der Magnetfußantenne zur Karosserie her und sollte normalerweise für ein gutes SWR sorgen.
Durch die kapazitive Kopplung wird der Fußpunktimpedanz der Antenne eine Kapazität in Serie geschaltet. Ist deren kapazitiver Blindwiderstand zu hoch, dann, verschlechtert sich der Wirkungsgrad der Antenne. Ziel ist also eine gute Koppelung, d. h. ein niedriger Blindwiderstand.
Noch eine Kaufantenne mit den gleichen Ringmagnet-Abmessungen wie oben, vermutlich auch ohne Folie unter dem Magneten? Wenn man die Filzabdeckung in der Mitte leicht mit dem Finger eindrückt, dann gibt diese deutlich nach. Oder, wenn man mit dem Finger darüberstreicht oder draufklopft, dann hört ich das eher hohl als „massiv“ an.
Frage:
Wie kann man prüfen, ob sich unter dem Magneten eine Metallfolie befindet, ohne den Magnetfuß zu öffnen bzw. zu zerstören?
Antwort:
Man nimmt ein Multimeter, schaltet es auf Durchgangsprüfung und kontaktiert das schwarze Kabel mit der Koax-Buchse (Masse). Dann verbindet man das rote Kabel mit einer Stecknadel und piekt in die Unterseite.
Wenn es (am Außenrand) nicht piept, dann gibt es keine Massefolie unter dem Magneten! Die Prüfung in der Mitte (also unter der inneren Filzabdeckung) ergab „Durchgang“!
Nach dem Entfernen der Filzabdeckung kam eine Schraubverbindung zum Vorschein, die Massekontakt hat. Will man eine gute Massekoppelung nachrüsten, dann könnte man sich eine Konstruktion (z. B. mit einem „Metallbecher“ im Innenloch des Magneten) überlegen, der Kontakt zur Schraube hat...
PIN-Diode + HF-Drossel im Antennenstecker
Hat man einen Magnetfuß mit guter Massekopplung sowie Antennenbuchse gefunden, will diesen aber zwecks Einbau von PIN-Diode und HF-Drossel nicht aufbrechen, dann kann man die Bauteile auch in den HF-Stecker integrieren.
4 Mini-Neodym-Magnetfußantennen (Bilder: © DO9WA)
HUSTLER-Magnetfußantenne (Modell UGM)
Selbstbau-Magnetfußantenne
Da die allermeisten (Billig-)Magnetfußantennen keine „vernünftige“ Massekopplung bieten und man käufliche Magnetfußantennen für einen Doppler-Peiler ohne Umbau (meistens) nicht verwenden kann (es müssen PIN-Dioden und HF-Drosseln eingebaut werden), habe ich mich für den Selbstbau entschieden.
Ringmagneten gab's günstig bei POLLIN, fehlte also nur noch ein PVC-Kunststoffeinsatz für die Aufnahme des Koax-Kabels sowie der MU-Einpreßbuchse. Also ran an die Drehbank...
Magnetfuß mit λ/4-Antennenstäben fürs 2-m-Band und 70-cm-Band
Magnetfuß mit Bodenblech
8-fach-Antennenumschalter mit Mini-Neodym-Magneten
Magnetfuß mit Bodenblech und großflächiger Kupferklebefolie
Bei einer mangelhaften kapazitiven Koppelung der „Masseplatte“ zum Autoblechdach kommt bei einer Magnetfußantenne nur ein mehr oder minder gutes SWR zustande. Zu Hilfe kommt das Koax-Kabel, welches als (einziger) Radial wirkt. Aber, von Rundstrahlcharakteristik kann dann keine Rede sein! Abgesehen davon holt man sich mit der schlechten Kopplung die HF übers Koax-Kabel ins Fahrzeuginnere...!
Für den „normalen Funkbetrieb“ mag das ausreichen, aber nicht für einen Doppler-Peiler!
Die Kopplung muß also verbessert werden, z. B. mit einem zusätzlichen Bodenblech im „Innenring“ des Magneten, welches am Koax-Kabel angelötet/geerdet wird. Eine weitere Verbesserung verspricht eine über die komplette Unterseite aufgeklebte Kupferklebefolie...
Magnetfuß mit PIN-Diode und HF-Drossel
Konstruktionszeichnung
Fragen
- Wie viel Kapazität braucht man, damit die HF-Koppelung zum Autodach „gut“ wird?
- Verbessert ein zusätzliches Bodenblech (C4) die Kopplung?
- Macht es Sinn, eine geerdete Kupferfolie (C5) über die gesamte Unterseite zu kleben?
Antworten
Die kann man bekommen, wenn man die Einzel- und die Gesamtkoppelkapazitäten für jede Antennenkonfiguration berechnet und diese miteinander vergleicht. Dazu muß der Aufbau einer Magnetfußantenne mit allen Abmessungen sowie die Materialkonstanten εr des jeweiligen Dielektrikums bekannt sein:
Aufbau und Koppelkapazitäten
Ein Plattenkondensator mit Luft als Dielektrikum würde durch den großen Abstand ziemlich wenig Kapazität aufweisen. Wenn man aber einen metallischen Ringmagneten zwischen die beiden Platten „schiebt“, dann wird daraus ein Doppel-Plattenkondensator! Die zwei Einzel-Kondensatoren (C1 und C2) haben jeweils erheblich kleinere Abstände (h1 und h2) und somit auch höhere Kapazitäten. Aber, die Kondensatoren sind in Serie geschaltet, d. h. die kleinere Kapazität überwiegt. Im „Innenring“ des Magneten, also im Bereich wo sich nur Luft befindet, bildet sich eine (sehr kleine) Kapazität (C3) aus, die parallel zu den anderen beiden liegt.
Übrigens, damit eisenhaltige Magnete nicht rosten sind sie oberflächenvergütet (Passivierung), d. h. sie sind an der Oberfläche elektrisch nicht leitend. Beim Auflegen bzw. Verkleben der Metallplatte über dem Magneten gibt es keinen Kurzschluß, sondern es bildet sich vielmehr ein Kondensator (C1) aus.
Aufbau einer Magnetfußantenne
Kapazitäten über den Außenring des Magneten
Kapazität über den Innenring (Luft-Plattenkondensator)
Ein Bodenblech (C4) verbessert den Luftkondensator (C3)
Kupferfolie unter dem weißen Plastikgehäuse (Kaufantenne 1)
Reihen- und Parallelschaltung von Kondensatoren
C1 und C2
Durch den geringen Klebespalt der Masseplatte zum Magneten ergibt sich eine relativ hohe Kapazität (C1). Im Vergleich dazu ist die Kapazität durch den „großen“ Luftspalt des Magneten zum Autoblechdach (C2) mit ca. einem Zehntel von C1 relativ gering. Durch die Reihenschaltung „addieren“ sich die Einzelkapazitäten C1 und C2 wie bei einer Parallelschaltung von Widerständen: Die kleinere Kapazität C2 überwiegt! D. h., je kleiner der Luftspalt (bzw. je dünner der Kratzschutz) desto besser die Koppelung!
C3 und C4
Der Einfluß von C3 ist durch den großen Plattenabstand und der geringen Fläche vernachlässigbar. Trotzdem ist er in den folgenden Vergleichstabellen enthalten. Der Anteil von C3 an der Reihenschaltung von C1 und C2 liegt bei ca. 2 %. Beim Bodenblech (C4) steigt der Anteil durch den geringen Plattenabstand auf ca. 30 %!
C5
Der Einfluß einer großen (leitenden und geerdeten) Fläche unter dem Magneten ist enorm! Die Fläche (und somit die Massekopplung) geht quadratisch mit dem Radius ein!
Auswertung
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...folgt noch...
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Hinweis
Die Wölbung des Autodachs geht („Masse-technisch“) nicht negativ ins Peilergebnis ein. Die 8 Stäbe meiner Magnetfußantennen habe ich im Fußpunkt allerdings so „verbogen“, daß sie alle senkrecht und parallel zueinander stehen. Alle Magnetfüße sind numeriert und mit je 2 Markierungen versehen. Auf dem Autodach habe ich fast „unsichtbare“, schwarze Striche mit einem wasserfesten Stift aufgemalt, so daß sich die Antennen beim Neu-Aufbau immer an der gleichen Stelle befinden. Man braucht sich keine Sorge um den Autolack zu machen, die Markierungen verblassen in der Sonne schneller als man denkt. Also, immer regelmäßig nachmalen...
Grundlagen
1) Die Koppelkapazität C eines Plattenkondensators hängt linear vom Plattenabstand d und von der Fläche A ab:
Je größer die Flächen A und je kleiner deren Abstand d, desto höher die Koppelkapazität C bzw. desto besser ist die Magnetfußantenne für den Doppler-Peiler-Einsatz geeignet.
2) Die Kreisfläche A hängt quadratisch vom Durchmesser D ab, womit die Koppelkapazität C ebenfalls quadratisch vom Durchmesser abhängt:
Das heißt, ein großer Durchmesser der Platten ist wichtiger als ein geringer Abstand. Somit schneiden die kleinen Neodym-Magnetfußantennen überhaupt nicht gut ab, siehe Tabelle 3.
3) Der kapazitive Blindwiderstand XC hängt linear von der Koppelkapazität C ab:
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Letzte Änderung am: 2.9.2023