Rahmenantenne für die AM-Bereiche      

von Günther Zöppel                    
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Angeregt durch die Ausschreibung im Elektroniklabor, wollte ich prüfen, ob sich für meine zahlreich vorhandenen AM-Altempfänger die Empfangsbedingungen durch eine Rahmenantenne etwas „aufpeppen“ lassen, vor allem im Vergleich zur bisher favorisierten Langdrahtantenne. Mit AM-Sendern sieht es ja nicht gerade rosig aus, nachdem viele bekannte Stationen 2015 endgültig abgeschaltet wurden. Die Herausforderung bestand also darin, die noch vorhandenen Sender, teilweise relativ weit weg, aufzuspüren. Dazu habe ich erstmal einen Vorversuch gestartet, indem ich mir eine Art Rahmenspule mit 20 Windungen weißen Schaltlitzendraht (d=1,5mm) auf einen gerade vorhandenen Pappkarton von 20 cm Breite x 18 cm Höhe x 8 cm Tiefe gewickelt habe. Dazu wurde ein gerade vorhandener Drehko, der aus einem alten Röhrenradio stammt, parallelgeschaltet. Die lt. Bild  ermittelten Werte von L= 155 µH, Cmin =15 pF und Cmax = 770 pf lassen lt. Thomsonformel einen Abstimmbereich von ca. 460 kHz bis 3,3 MHz erwarten, was sich beim Nachmessen mittels Generator und Oszilloskop auch bestätigte.







Sehr beeindruckt war ich vom Ergebnis : Auch tagsüber waren bereits einige Stationen hörbar, die sonst im Rauschen des Empfängers untergingen, z.B. Liblice (Tschechien) auf 639 kHz und Solt (Ungarn, Kossuth Radio) auf 540 kHz. Gegen Abend wurden dann aufgrund der bekanntlich verbesserten Ausbreitungsbedingungen im Mittelwellenbereich relativ viele Sender hörbar, teilweise aber auch ziemlich leise. Dazu musste das Radio einfach in die Nähe der auf Resonanz mit dem jeweiligen Sender stehenden Antenne gebracht werden, also die Kopplung sehr lose sein, um das Resonanzmaximum durch zu starke Belastung nicht zusammenbrechen zu lassen. Das Feld der resonanten Antennenspule koppelt dann auf den Ferritstab des Empfängers, beim Abstimmen merkt man einen deutlichen Dip mit einem enormen Lautstärkezuwachs. Durch probeweises Drehen des Provisoriums konnten die Empfangsmaxima gefunden werden – der Rahmen ist also wie eine Ferritantenne richtungsempfindlich. Da musste man doch gleich mal probieren, ob sich nicht durch eine größere wirksame Antennenfläche die noch leisen, zum Teil nur andeutungsweise vorhandenen  Sender besser empfangen lassen. Das brachte mich zur Konstruktion der hier vorgestellten Rahmenantenne.







Aus dem Schaltbild sind alle elektrischen Details sichtbar. Die Rahmenspule aus insgesamt 11 Windungen wurde bei der ersten und sechsten Windung angezapft, bei diesen beiden  und der letzten Windung herausgeführt  und die resultierenden Induktivitäten gemessen. Es ergaben sich bei einer Windung ca. 5 µH, bei 6 Wdg. ca. 76 µH und bei 11 Wdg. ca. 190 µH Induktivität. Ein weiterer gerade vorhandener Doppel-Drehko aus einem ausgeschlachteten Empfänger wurde ausgemessen und für gut befunden, seine Daten: Cmax = 710 pF (beide Pakete parallel), Cmin = 15 pF (Einzelpaket). Mit diesen Daten errechnete ich dann die Abstimmbereiche, die mittels Schalter S3 umschaltbar sind : 433 kHz – 2,98 MHz (Lo), 685 kHz – 4,71 MHz (Mid) und 2,67 MHz – 18,37 MHz (Hi). Ein Nachprüfen wie oben beschrieben bestätigte diese Tatsache. Um auch den Langwellenbereich mit abzudecken, benutzte ich eine Verlängerungsspule von L = 2 mH, die abschaltbar im Lo-Zweig liegt, damit wird die wirksame Induktivität bei offenem S2 auf 2 mH + 190 µH = 2,19 mH erhöht, und es ergibt sich ein Abstimmbereich von 128,5 kHz – 878 kHz. Da aber die Verlängerungsspule nicht zur wirksamen Antennenfläche gezählt werden kann, ergibt sich im Langwellenbereich eine etwas geringere Empfindlichkeit, da dann nur ein Teil der resonanten Antenne Energie aus dem Feld entnehmen kann. Trotzdem ist der Dip sehr gut ausgeprägt, und die Verbesserung des Empfangs  ist signifikant. Wer mit dieser Lösung Probleme hat, wird nicht darum herumkommen, sich einen Rahmen mit wesentlich höherer Windungszahl zu bauen, um auf die genannten ca. 2,2 mH zu kommen. Das ist aber mechanisch sehr aufwendig. Man kann auch durch die Vergrößerung der gesamten Konstruktion mehr wirksame Antennenfläche erzielen, umso mehr Energie wird aus dem Feld aufgenommen.
 
Grenzen setzt hier nur die zu empfangende Frequenz, weniger als eine Windung geht wegen des Drehkoanschlusses nicht. In allen Teilbereichen kann man zusätzlich die Frequenzgrenzen etwas einengen, indem man mittels S1 die Parallelschaltung der Drehkohälften aufhebt. Zur Ankopplung eines Empfängers kann man den oben beschriebenen Weg gehen, indem man einen Ferritantennen-Empfänger beistellt – oder man nutzt den 75Ohm- Ausgang, der die Rahmenantenne wegen nur einer Windung sehr gering belastet und gleichzeitig eine gewisse Impedanzanpassung darstellt. An der BNC-Buchse wurde probehalber ein „Tecsun2000“ angeschlossen, der auf externe Antenne geschaltet war. In allen mit meiner Rahmenantenne abstimmbaren  Frequenzen konnte dabei ein größerer Ausschlag des im Empfänger eingebauten S-Meters beobachtet werden, gegenüber vorher mit interner Antenne nachgewiesenem Sender. Wenn wieder etwas Zeit ist, werde ich im Antennenfuß noch einen rauscharmen FET-Verstärker einbauen, Platz ist ja ausreichend vorhanden, um evtl. noch mehr Empfindlichkeit „rauszukitzeln“.

Beim Inbetriebnehmen der Antenne machten sich auch einige Störer bemerkbar, besonders Schaltnetzteile von Beleuchtungen verursachten auf Mittelwelle eine Brumm-Modulation, die jedoch durch die Richtwirkung der Antenne ziemlich gut ausgeblendet werden können, indem man die gesamte Antenne verdreht.
 
Beschreibung des mechanischen Aufbaus 


 
Um die Kriterien des Wettbewerbes betreffs des problemlosen Nachbaus der gezeigten Antenne zu erfüllen, habe ich mich bei der Konstruktion nur von der Verwendung leicht erhältlicher preiswerter Materialien leiten lassen. Der Rahmen besteht aus Holzleisten mit quadratischem Querschnitt, 2 cm x 2 cm, wobei der Mittelstab ca. 1,20 m lang ist und die beiden Seitenstäbe je ca.50 cm. Die Stäbe wurden, wie aus den Bildern ersichtlich, mittels Metallwinkeln aus dem Baumarkt rechtwinklig zusammengeschraubt, ebenso wurde der Mittelstab mit vier gleichartigen Winkeln auf der Bodenplatte verschraubt.  Um den  Elektronikteil unterzubringen, wurde um den Fuß herum ein mahagonifarben gebeiztes Sperrholzgehäuse konstruiert, welches an der Vorderseite alle nötigen Bedienelemente hat, die dem Verwendungszweck entsprechend beschriftet wurden. Die Antenne selbst wurde mit 0,75 mm² isolierter Schaltlitze hergestellt, die durch  4mm-Löcher geführt wurde, welche wiederum an den Enden des Holzkreuzes mit je 1 cm Abstand gebohrt wurden. Beim Einfädeln muss man die ca. hier für 11 Wdg. nötigen 30 m Litze vom Vorrat abwickeln und am Stück durchziehen – dabei muss man mit einiger Sorgfalt vorgehen, um einer Verhedderung des Drahtes mit sich selbst vorzubeugen,  am besten Stück für Stück von Loch zu Loch durchziehen und den noch nicht durchgezogenen Draht provisorisch aufwickeln.   



Litze wurde deshalb verwendet, weil mehrere Adern – durch den Skin-Effekt bedingt, HF-technisch eine bessere Eignung versprechen als Volldraht. Die Koppelwicklung hat nur 1 Wdg. mit einer Kantenlänge von 50 cm, die Antenne selbst eine Außenkantenlänge von 1 m. Der Abstand von Wdg. zu Wdg. beträgt 1 cm, so kriegt man eine relativ kapazitätsarme Spule hoher Güte hin. Die Drahtenden wurden durch weitere Bohrungen in den Trägerstäben geführt und so vor Verrutschen gesichert, bevor sie durch Durchführungsstopfen auf der oberen Gehäuseseite geführt wurden. Die Verdrahtung der wenigen Komponenten erfolgte freitragend an den Anschlussösen der jeweiligen Bauteile, so dass ein relativ kapazitätsarmer Aufbau entstand. Da die Antenne auch im Freien für Versuche aufgestellt wird, sollte sie noch einen etwas schwereren Zusatzfuß erhalten, der durch eine ebenfalls aus dem Baumarkt meines Vertrauens stammende Waschbeton-Gehwegplatte von 40 cm x 40 cm mit 5 cm Stärke realisiert wurde. Diese wurde mit einem Steinbohrer durchbohrt und mit zwei M8-Schrauben versehen, woran die hölzerne Bodenplatte des Antennenfußes verschraubt ist. Die Schraubenköpfe an der Unterseite müssen etwas versenkt werden (Beton der Platte entsprechend ausbohren), um eine ebene Standfläche zu erhalten. Durch das Gewicht der Platte von ca. 20 kg ist bei der Windlast des Antennen-Gevierts von 1 m Kantenlänge  ausreichend Standsicherheit zu erreichen, auch bei etwas stärkerem Wind. Das Drehen in die Vorzugsempfangsrichtung geschieht dann einfach durch Ausrichten der Plattenkanten anhand der Himmelsrichtung, wenn man den Senderstandort kennt, ansonsten dreht man einfach bis zum Empfangsmaximum.
 
 
 
Fazit
 
Hätte ich früher gewusst, wie empfindlich und resonanzscharf  eine solche Antenne ist, hätte ich mich nicht mit dem zeitraubenden Verlegen, Abspannen und sicherheitstechnischen Anforderungen von Langdrahtantennen rumärgern müssen. Den schweren Betonfuß abgeschraubt, ist so eine Antenne ziemlich leicht zu transportieren und überall aufstellbar, so kann man sogar den günstigsten Standort suchen, während man bei stationären Langdrähten ziemlich festgenagelt ist ;-)



Die Empfangsergebnisse sind wirklich faszinierend, ich kann jedem „Wellenreiter“ nur empfehlen, sich auch einmal damit zu befassen und hoffe, auch mit den Bildern, genügend Hinweise für Nachbauwillige gegeben zu haben.
 
Quellenangaben:
http://www.fading.de/rahmenantenne.php
http://wetec.vrok.de/rechner/cskreis.htm
 
Günther Zöppel
Pockau, Ostern 2016



Faszinierende Empfangsergebnisse mit Mittelwellen-Taschenradio“Sternchen“ auch
 tagsüber !! Kopplung ohne Kabel, rein induktiv auf Ferritantenne des Radios.




Langsam wird´s finster, die Senderfülle auf Mittelwelle ist trotz abgeschalteter
deutscher Sender erstaunlich



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