DL7JV
Selbstbau einer HF2V , Vertikalantenne für 40 und 80 m
1.Update: Verbesserung an Spule und Kondensator (2007)
2. Update: Erweiterung für 20 m (2008)
3.Update: 5-Band Betrieb, 80 + 40 + 20 + 15 + 10 m (2009)
Nach verschiedenen Versuchen mit selbstgebauten vertikalen 1/4 Lambda Monobandantennen kam bei mir der Wunsch nach einer vertikalen Mehrbandantenne für 40 und 80m auf. Allerdings setzt eine Groundplane ein gutes Radialnetz voraus, sonst funktioniert sie nicht gut. Ich habe um den Fußpunkt einige Zaunmatten und 10m lange Drähte ausgelegt.
Zuerst betrachtete ich die Sperrkreis- Groundplane. Dort kommt nach einer 1/4 Wellenlänge, bezogen auf die höhere Betriebsfrequenz (7 MHz), der Sperrkreis. Danach kommt die Verlängerung für die tiefere Betriebsfrequenz (3,5 MHz). Das heißt, nach ca. 10m Alurohr oder Draht kommt der Sperrkreis für 40m, dann noch ein mal 10m Alurohr oder Draht für 80m dazu. Gesamthöhe ist fast 20m! Um die Gesamthöhe von 20m zu reduzieren wird im oberen Teil (über dem 40m Sperrkreis) eine Verlängerungsspule eingebracht. Das reduziert die Länge erheblich, aber auch die Bandbreite. Ich verwarf die Idee eine Sperrkreisantenne zu bauen, da sie mir zu lang erschien. Auch der bau des Sperrkreises war zu knifflig, da dieser Leistungen bis 750 Watt vertragen sollte. Versuche mit einem Koaxialkabel- Sperrkreis aus RG-58 ergaben, daß er sich schon bei Leistungen um 250 Watt erwärmte und sich dann das SWR erhöhte.
Dann betrachtete ich im Rothammel die Zweiband- Groundplane mit Multiband- Sperrkreisen von VK2AZN. Die Größe und Funktion schien mir ideal, allerdings fand ich, bis auf die Angaben im Rothammel, keine konkreten Bauanleitungen.
Meine Suche im Internet brachte mich auf die Seite von EI7BA. Er betreibt seit vielen Jahren einen HF2V- Nachbau. Auch mit einer prima "L" Lösung für 160m.
Die "Butternut HF2V" ist eine 2 Band Vertikalantenne für 40 und 80m. Optional, mit Erweiterung, auch für 30 und 160m, also die 4 tiefen Bänder. Sie ist 10m lang und verträgt etwa 1kW Sendeleistung. Der Preis in Deutschland beträgt ca. 350€.
Funktionsprinzip HF2V
Bei der HF2V wird, vereinfacht beschrieben, die Verlängerungsspule für 3,5 MHz auf einen ca. 10m langen Strahler berechnet, und die Resonanzfrequenz von 7 MHz, an der Spule abgegriffen und über einen 200pF Kondensator ausgekoppelt.
Der Kondensator sitzt mit einem Kontakt direkt an der Spule. Der andere Kontakt schließt mit einem Aluminiumbügel den unteren Teil der Spule bei Erregung mit 7MHz kurz. Bei Erregung mit 3,5 MHz ist der Kondensator hochohmig, der Kurzschlußbügel ist unwirksam.
Materialauswahl und Beschaffung
Also fing ich an die passenden Aluminiumrohre zu besorgen. Das ging noch einigermaßen. Ich hatte noch Altmaterial und ergänzte dies mit Rohren aus dem Baumarkt. Für den oberen Teil kann man auch GFK- Ruten oder Teleskope verwenden.
Beim Kondensator fingen die Sorgen an. Er muß eine Kapazität von 200pF haben, Stromfest sein, und eine Spannungsfestigkeit von ca. 12kV aufweisen. Es gibt ihn in Deutschland für die "Butternut HF2V" als original Ersatzteil von Bencher via Wimo für über 30€. Ansonsten habe ich geeignete "Doorknob capacitor" nur über USA Import gefunden. Da ist das Porto teurer als das Teil.
Aber ich hatte Glück. In einer Internet- Auktion erstand ich für 6€ vier neue russische 100pF / 16kV Kondensatoren. Auf einem AFU- Flohmarkt währe vielleicht auch noch eine Möglichkeit gewesen. Siehe auch den Text und Bild unten, 1. Update.
2 Stück dieser Kondensatoren verlötete ich parallel. 2 x 100pF ergibt dann 200pF.
Um die 2 großen Luftspulen wickeln zu können benötigte ich 4 bis 5mm dicken, 15m langen Aluminiumdraht. Diesen Aluminiumdraht habe ich bis heute nicht auftreiben können. Es gibt anscheinend nur 3mm Blumendraht aus Alu.
OM Bodo, DL2FCN schreibt dazu:
Ich habe hier 4,7 mm Durchmesser Aludraht (Butternut Spulen 5,13 mm Durchmesser) als Blitzschutzleitung, frage mal beim Blitzschutz Unternehmen nach. Vielleicht wirst Du da fündig.
Die Spule habe ich dann zuerst mit Silberdraht auf 70mm PVC- Wickelkörper bewickelt. Der Silberdraht war aber zu dünn und erwärmte den oberen Teil der Spule mit 400 Watt Sendeleistung ziemlich stark. Später habe ich dann den Silberdraht gegen dickere Schaltlitze H07VK ausgetauscht. Bei der Drahtstärke gilt: Umso dicker, umso besser.
Der Isolator zwischen der unteren und der oberen Spule ist der Schwachpunkt des Systems. PVC ist im Test aufgrund der Spulenerwärmung verbogen. Weil kein passender Isolator aus Keramik, Glas oder ev. Teflon vorhanden war, entschied ich mich für Hartholz. Das gibt dem mechanischen Aufbau auch mehr Halt. Das Holz sollte wasserfest versiegelt werden.
Aufbau
Die Aluminiumrohre stecken teleskopartig zusammen. Die 4 dünneren Stangen der oberen 4000mm sind vorgebohrt und mit je 2 Blechschrauben pro Verbindungsstelle verschraubt.
Die 3 dickeren Rohre im mittleren Bereich sind mit der Kreissäge geschlitzt und mit Rohrschellen verklemmt. Sie ergeben eine Länge von 3500mm.
Das untere Teil der Antenne ist 2500mm lang, trägt den Multibandkreis und hat die Einspeisung.
An der Einspeisung, die mit 50 Ohm Koaxialkabel erfolgt, befindet sich eine Spule mit 17 Windungen auf 20mm mit einer ungefähren Länge von 140mm. Sie leitet statische Aufladungen ab. Der Draht sollte wegen der Stabilität starr sein. Kupferlackdraht mit 1 bis 2mm ist OK. Am unteren Teil der Einspeisung wird das Radialnetz angeschlossen. Hier ist auf besonders gute Kontaktierung mit einem breiten Masseband zu achten.
OM Bodo, DL2FCN schreibt dazu:
Die Spule am Fußpunkt ist nicht nur zur Erdung da sondern dient auch der Anpassung auf 160 und 80 m. Man kann mit dem hintrimmen das SWR etwas verbessern, man muss sich diese Spule wie die abstimmbare Stichleitung bei einem Dipol vorstellen (hairpin match).
Die beiden Spulen des Multibandkreises sind oben beschrieben. Die Kapazität ist Wetterfest in eine Aufputzdose montiert. Die mechanische Befestigung und Kontaktierung erfolgt mit Schrauben und Muttern auf passende Aluminiumstreifen.
Abgleich
Vorab, ein gutes SWR sagt nichts über die Leistungsfähigkeit der Antenne aus. Über die Leistungsfähigkeit entscheiden Übergangswiderstände, Radialnetz und Verluste in den Spulen.
Den Abgleich der Antenne habe ich nur gehör mäßig und mit dem im Transceiver eingebauten SWR- Meter durchgeführt.
Am Anfang empfehle ich die beiden Spulen 3 bis 4 Windungen länger als notwendig zu bemessen. Man sollte 2 kleine Kurzschlußbrücken mit Krokodilklemmen anfertigen. Damit kann man die Spulenwindungen überbrücken und die Resonanz vor einstellen.
Der Transceiver steht direkt am Fuß der Antenne, mit einem 50 Ohm Koaxialkabel angeschlossen, auf Empfang. Sein Lautsprecher wird kräftig aufgedreht und man hört es Rauschen.
Zuerst wird die Antenne auf 7 MHz eingestellt. Da bei Erregung mit 7 MHz der Kondensator niederohmig ist, ist über den Aluminiumbügel die untere Spule elektrisch kurzgeschlossen und unwirksam.
Auf 7 MHz ist nur die obere Spule wirksam. Die obere Spule wird mit einer Kurzschlußbrücke gehör mäßig auf maximale Lautstärke eingestellt. Ist die Resonanz gegen 6 MHz zu tief, ist die Spule zu lang.
Auf 3,5 MHz sind beide Spulen wirksam. Da die obere Spule schon eingestellt ist, wird sie nicht verändert. Die untere Spule wird mit der zweiten Kurzschlußbrücke gehör mäßig auf maximale Lautstärke eingestellt. Ist die Resonanz gegen 3,0 MHz zu tief, ist die Spule zu lang.
Nach dem gehör mäßigen Einstellen wird, wechselseitig auf beiden Bändern, das SWR mit geringer Leistung geprüft. Beim drehen am VFO erkennt man am Stehwellenverlauf eine Tendenz. Zuerst gleicht man das SWR auf 7 MHz, dann auf 3,5 MHz fein mit den Kurzschlußbrücken ab.
Wenn man die obere Spule für 7 MHz verändert, ändert sich auch das SWR auf 3,5 MHz.
Wenn man die untere Spule für 3,5 MHz verändert, ändert sich das SWR auf 7 MHz nicht.
Jetzt notiert man sich die wirksamen Windungszahlen der beiden Spulen. Die überschüssigen Windungen werden entfernt.
Bei meinem Wickelkörper mit 70mm Durchmesser habe ich bei der oberen Spule 10 Windungen ca. 210mm Länge und bei der unteren 16 Windungen mit ca.320 mm Länge.
Der erneute Feinabgleich geschieht mit zusammenschieben oder auseinanderziehen der Windungen auf dem Wickelkörper.
Auf 7 MHz reagiert der Resonanzverlauf durch verändern der Spulenlage recht träge, das kommt von der hohen Bandbreite von über 500kHz.
Auf 3,5 MHz ist die Bandbreite nur ca. 50kHz. Geringe Veränderungen an der Spule verändern den Resonanzpunkt erheblich.
Betriebserfahrungen
Noch während die Krokodilklemmen an den Spulen hingen, machte ich Nachmittags auf 80m in CW zwei QSO mit deutschen OM´s. Sie bestätigten ein lautes Signal. Mein Empfang war ausgezeichnet. Weil ich am gleichen Tag noch eine andere Antenne baute, kam ich erst gegen Mitternacht mit der fertigen HF2V zurück auf 80m. Mein alter IC-701 prasselte recht laut, ein Gewitter lag in der Luft. Auf 7005kHz dann VK6HD. Ein Anruf mit 100 Watt und das QSO kam zustande. Er gab 599 und er war bei mir auch 589. Mein lieber Mann. Später am Computer sah ich, das VK auf 80m für mich Erstverbindung war, und das mit über 23000 QSO im Log.
Am Wochenende darauf machte ich mit der HF2V beim IARU Contest mit. In den Abendstunden und in der Nacht machte ich dort auf 40 und 80m 336 Verbindungen in alle Erdteile mit 400 Watt.
1. Update, Verbesserungen der Spulen und des Kondensators
Um keine Erwärmung, und somit Verluste, in den Spulen zu haben ersetzte ich den Spulendraht durch starren, PVC isolierten, Kupferdraht mit 6 mm Durchmesser. Um den Draht am Wickelkörper zu befestigen lötete ich passende, versilberte, Kabelschuhe an die Drahtenden.
Die beiden kleinen russischen Kondensatoren erwiesen sich als nicht stromfest. Die folge war, daß sich das SWR auf dem 80 m Band bei Erregung der Antenne um ca. 100 kHz nach oben verschob. Es musste mit dem Antennentuner nachgestimmt werden.
Mit etwas Glück fand ich ein halbes Jahr später zwei bessere Kondensatoren von der Firma Dralonic. Diese wurden früher in der Rundfunktechnik eingesetzt und stammen aus einer Lagerauflösung. Die technischen Daten lauten...
Außer dem 200 pF erstand ich noch einen Kondensator mit gleichen Werten mit einer Kapazität von 400 pF. Mit diesem Wert ist es möglich die Antenne, nach EI7BA, auf 160 m zu Erregen. Dieser Aufbau, wo die Antenne als hoher Befestigungspunkt und Einspeisung dient, ist als "L" mit einem zusätzlichen Draht ausgeführt.
Update 2, Erweiterung für 14 MHz
Der Wunsch, diesen fast 10 m hohen Vertikalstrahler, neben 80 und 40 m, auch auf dem 20 m Band zu benutzen liegt nahe. Dazu habe ich folgende Veränderungen vorgenommen:
1. Den für 7 MHz wirksamen oberen Spulenteil habe ich mit einem 68 pF Kondensator überbrückt. Bei Erregung mit 14 MHz ist dieser Kondensator leitend. Dann überbrückt er die Spule und sie ist unwirksam. Bei Erregung mit 7 oder 3,6 MHz ist er hochohmig. Dann ist die Spule wirksam. Der 200 pF Kondensator ist bei Erregung mit 14 MHz auch leitend und überbrückt den unteren Spulenteil. Somit ist bei 14 MHz nur die mechanische Strahlerlänge wirksam, die gesamte Spule wird elektrisch kurz geschlossen.
2. Die Strahlerlänge habe ich auf ca. 7,5m Gesamtlänge gekürzt. Das ergibt für das 20 m Band 3/8 Lambda und dort einen Fußpunktwiderstand von ca. 100 Ohm.
3. Um Frequenzabhängig, nur auf 14 MHz, einen höheren Fußpunktwiderstand zu erreichen habe ich in die Zuleitung einen Virtelwellentransformator aus 75 Ohm Koaxialkabel eingebaut. Dieses 75 Ohm Kabel wird antennenseitig direkt am Speisepunkt der Antenne angeschlossen. Geräteseitig kann mit beliebig langem 50 Ohm Kabel verlängert werden. Als Übergang werden PL-Stecker und ein PL /PL Adapter verwendet. Die Anpassungsleitung aus 75 Ohm- Koaxialkabel (z.B. RG-11), muss eine wirksame Länge von 1/4 Lambda haben. Bei der Berechnung dieser Kabellänge ist der Verkürzungsfaktor des verwendeten Kabeltyps zu beachten.
wirksame Länge = (Wellenlänge : 4) x Verkürzungsfaktor (z.B. 0,66 für RG-11)
Bei RG-11 ist das 3454 mm. Bei "foam line type" ist das 4115 mm.
4. Das VSWR auf 14 MHz stellte ich durch Längenänderungen um 7,5 m an der Antennenspitze auf 1:1,3 ein.
5. Nach der Längenänderung des Antennenstrahlers von 10 auf 7,5 m musste die Spule für 40 und 80 m neu auf optimales VSWR abgeglichen werden. Der Abgleich war völlig unkritisch und durch verschieben der Spulen auf dem Kunststoffrohr möglich. Kürzen war nicht erforderlich. Zuerst gleicht man auf 7 MHz, dann auf 3,6 MHz ab. Die Bandbreite auf 3,6 MHz verringerte sich nur wenig.
Betriebserfahrungen zum 3-Band Betrieb, 20 + 40 + 80 m
Trotz der Längenänderung von 10 auf 7,5 m konnte ich auf 7 und 3,6 MHz keine nennenswerte Veränderung bezüglich der Abstrahlung der Antenne feststellen. Auf 7 MHz spielt die Antenne am Besten. Für 14 MHz Vergleiche ich die Antenne mit meiner 1/4 Lambda Marconi GP aus Kupferdraht. In diesem Vergleich schneidet die Marconi GP, aufgrund ihrer flacheren Abstrahlung bei DX, ein wenig besser ab. Das subjektiv schlechtere Verhalten der 3-Band Vertikalantenne auf 14 MHz könnte auch durch diverse Übergangswiderstände an den Verbindungen zwischen Aluminiumrohr und Spulenanschlüssen, Kondensatoren usw. herrühren.
Die Vorteile dieser 7,5 m hohen 3-Band Vertikal ohne Umschalter sind die relativ unauffällige Erscheinung bei geringem Platzbedarf, gute Nachbausicherheit, flache Abstrahlung für DX und der Spaßfaktor - denn 20, 40 und 80 m sind die Bänder mit den besten Funkaktivitäten.
Update 3, erneuter Wechsel der Kondensatoren und Betriebserfahrungen auf 10 + 15 + 20 + 40 + 80 m
Nach zwei Jahren Betrieb mit dieser Antenne, immer mit Auf.- und Abbau, möchte ich folgende Ergänzungen machen.
Der ziemlich große, oben beschriebene, 200 pF Kondensator ist während des Contest- Betriebes kaputt gegangen. Wahrscheinlich hat er beim Auf.- und Abbau einen Schlag bekommen. Er wurde durch 2 Stück 100 pF, kleinere russische Keramik Kondensatoren, ersetzt. Diese Kondensatoren sind in Größe und Aufbau den original Butternut Typen ähnlich. Ich reduziere jetzt die Sendeleistung für 80 m auf etwa 250 Watt denn die Hochspannung an dieser Stelle ist sehr hoch.
Der 68 pF Kondensator schließt elektrisch die obere Spule nicht nur auf 20 m, sondern auch auf den höheren Bändern kurz.
Das VSWR ist auf dem 15 m Band noch unter 3 (25 % Verlust). Anpassung mit einem unsymmetrischen Antennentuner ist möglich. Auf dem 15 m Band gelangen mir im Frühjahr 2009 DX-Verbindungen u.a. mit Amerika und dem indischen Ozean.
Das VSWR auf dem gesamten 10 m Band ist gut, wenn man als Zuleitung ein Koaxialkabel nimmt das über 12 m lang ist. Die Strahlerlänge von ca. 7,5 m entspricht 3/4 Lambda. Das verspricht genügend Steilstrahlung. Bandöffnungen, Sporadic-E Verbindungen und Bakenbeobachtungen sind möglich.
Links zum Thema "HF2V":
http://www.bencher.com/hf2v2.html
http://www.bencher.com/pdfs/00156IZV.pdf
http://www.thebrowns.fsnet.co.uk/butternu.htm
http://www.qsl.net/ei7ba/80&40mVertic.htm
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Christian DL7JV, 2007 - 2009