Leiterplattenbasierte LPDA

29/03/2010 - 13:28 von Milka | Report spam
Hallo allerseits!

Vor einigen Jahren erschien in der Zeitschrift "UKW-
Berichte" (03/2005) ein Artikel zum Entwurf einer
leiterplattenbasierten LPDA. Der Autor entwarf die Antennenstruktur
gemàß den einschlàgigen Entwurfsverfahren (siehe z.B. "Rothammels
Antennenbuch" Kapitel 27), nutzte darüber hinaus jedoch die
Möglichkeit, durch unterschiedliche Elementenbreiten, einen konstanten
Wellenwiderstand für alle Dipole zu realisieren. Die Vermessung erster
Prototypen hinsichtlich VSWR und Strahlungsdiagramm ergab jedoch keine
zufriedenstellenden Ergebnisse: Das VSWR schwankte im
Arbeitsfrequenzbereich extrem und das Strahlungsdiagramm wies keine
eindeutige Hauptkeule auf. Nach làngerem Experimentieren kam der Autor
zu dem Schluss, dass die beobachteten Probleme auf die zur
Elementenspeisung dienende Bandleitung zurückzuführen waren, welche
bei diesem Entwurf völlig mit FR4 ausgefüllt war. Die Welle auf der
Bandleitung breitete sich somit deutlich (ca. 50%) langsamer aus als
die von den Dipolen der aktiven Zone abgestrahlten Wellen. Dadurch
waren die Phasenverhàltnisse der von den Dipolen abgestrahlten Wellen
nicht mehr im richtigen Verhàltnis zueinander. Dies erklàrt -
zumindest auf den ersten Blick - plausibel die ràtselhaften
Messergebnisse für VSWR und Strahlungsdiagramm. Der Autor löste das
Problem, indem er die beiden Hàlften der Antennenstruktur auf zwei
Leiterplatten verteilte und diese so aufeinanderlegte und mit
Abstandshaltern fixierte, dass das Dielektrikum der Bandleitung aus
Luft bestand. Die Vermessung dieser Antennenvariante ergab endlich die
gewünschten Eigenschften hinsichtlich VSWR und Abstrahlcharakteristik.

Den Ergebnissen dieses Artikels zum Trotz, finden sich im Internet
diverse Artikel zu Entwürfen leiterplattenbasierter LPDA, bei denen
die speisende Bandleitung mit Leiterplattenmaterial (zumeist FR4)
gefüllt ist und die durchaus zufriedenstellende Messergebnisse (VSWR,
Strahlungsdiagramm) liefern.

Ich selbst habe vor einigen Monaten eine kommerzielle LPDA anhand der
einschlàgigen Entwurfsverfahren analysiert und das Design für einen
nach unten hin erweiterten Frequenzbereich überarbeitet. Die
zugrundeliegende kommerzielle Antenne hat einen Arbeitsfrequenzbereich
von 450MHz bis 960MHz und besteht aus einer zweilagigen Kupferstruktur
auf FR4 Leiterplattenmaterial, bei der die zur Speisung der Dipole
dienende Bandleitung mit FR4 gefüllt ist. Ziel des Redesigns war eine
Erweiterung des Frequenzbereichs nach unten hin bis 315MHz. Zu diesem
Zweck wurde die Antennenstruktur um 3 làngere Dipole ergànzt. Nach
Fertigung der neuen Antennenstruktur wurde diese Vermessen. Die
Messung der Rückflussdàmpfung ergab durchaus zufriedenstellende Werte

10dB im gesamten Arbeitsfrequenzbereich. Eine Messung des


Strahlungsdiagramms war bislang leider nicht möglich.

Somit steht also gegen die - auf den ersten Blick durchaus plausibel
erscheinende - Aussage des Artikels in den UKW-Berichten, das Design
diverser kommerziell gefertigter Antennen, die Aussagen diverser
Artikeln im Internet, sowie auch die Messergebnisse meines eigenen
LPDA-Entwurfs.

Ich hoffe, jemand von Euch kann mir einen Hinweis zur Auflösung dieses
scheinbaren Widerspruchs geben.

MfG / vy 73 de

Ilka Harders, DL2IH
 

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#1 Jürgen Hüser
29/03/2010 - 19:38 | Warnen spam
Hallo!

Milka schrieb:

Ich hoffe, jemand von Euch kann mir einen Hinweis zur Auflösung dieses
scheinbaren Widerspruchs geben.



Nundenn, wie du selbst angemerkt hast gibt es durchaus komerzielle
LPDA's auf jegwelchen Basismaterialien.
Ob das alles wirklich immer FR4 ist wage ich zu bezweifeln.
Eine zerlegte Hirschmann (ohne Random) hier ist doppelseitig auf einem
unbekanntem Harzmaterial ohne sichtbare oder an den Schnittkanten
spörbaren Fasereinlagerungen. Beim fràßen oder ansàgen erhàlt man eine
absolut glatte Schnittkante.
Die 470-800MHz LPDA-Panels welche für Funkmikrofone/IEM/Reportagefunk
usw. verwendet werden, sind auch nicht auf FR4.
Zumindest das zerbrochene Sennheiser-Panel sah mir eher nach einem
Keramiksubstrat aus.

Aber dennoch habe ich vor einiger Zeit mal zwei LPDA's testweise auf FR4
geàtzt. Doppelseitig, jede Dipolseite abwechselnd Oberseite/Unterseite.
Gespeißt über eine einseitig mit dem Schirm großflàchig auf den Boom
aufgelötete SemiRigrid. Der Innenleiter an der Spitze (kürzestes Dipol)
durch eine Bohrung geführt und dort an den heißen Boom.

Also sogesehen auch eine symmetrische Streifenleitung mit FR4 als
Dielektrikum.
Funktioniert sowei auch.
Sind bestimmt noch verbesserungswürdig, aber es ist eine deutliche
Rückdàmpfung und eine saubere Keule über den angestrebten
Frequenzbereich feststellbar.
Für meine Zwecke reicht's...und das Finetuning kommt mal irgendwann,
wenn ich viel Zeit habe. Aber bis zur Rente dauert's bei mir noch...:-)

Grüße aus Dortmund

Jürgen Hüser, DG7GJ

www.funktechnik-hueser.de

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