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ANTENNEN

Log-Periodic-Antenne nicht nur für TV

Leistungsstarke

Breitbandantenne für DVB-T

Jürgen Schäfer, DL7PE

Bild 1:

Die fertige

13 Element

LPDA-Antenne

In diesem Beitrag wird der Bau einer Log-Periodic für DVB-T

mit hohem Gewinn und einer relativ großen Bandbreite

beschrieben, die mit entsprechenden Änderungen der Maße,

z.B. auch im 70-cm-Band einsetzbar ist.

hne Antenne läuft auch beim

digitalen Antennenfernsehen

nichts. In der Nähe der DVB-T-

Sendemasten reicht meist eine Staban-

tenne. Wer weiter weg wohnt, braucht

mehr! Im Internet beschäftigen sich

viele Artikel mit dem Selbstbau von

DVB-T-Antennen. Meist handelt es sich

um weniger geeignete simple Anten-

nenkonstruktionen, welche nicht wirk-

lich weiterhelfen. Eine brauchbare Bau-

anleitung, die auch für schwierige Emp-

fangsverhältnisse Erfolg verspricht,

sucht man vergebens. Deshalb habe ich

mich daran gemacht, eine wirklich gut

funktionierende Richtantenne mit ho-

hem Gewinn selbst zu berechnen und

zu bauen.

Es sollte eine passive Antenne ohne ei-

gene Stromversorgung für die Bänder

IV/V werden, d.h., für den UHF-Be-

reich von 470 bis 860 MHz (Bild 1) . In

diesem Bereich befinden sich die meis-

ten Fernsehkanäle, und die Abmessun-

gen können klein gehalten werden.

Auch hier gilt, eine gute Antenne ist

der beste HF-Verstärker.

Zur Person

Jürgen Schäfer,

DL7PE

Jahrgang 1940, Ama-

teurfunkgenehmigung

1969, Klasse B. Inge-

nieur der Fertigungs-

technik, zunächst in der Fertigungspla-

nung und Steuerung in einem großen

Elektronikkonzern, später Projektleiter

in Australien und USA. Inzwischen als

Direktor eines Joint Venture Unterneh-

mens im Ruhestand.

Spezielle Aktivitäten bei der Entwick-

lung von kleinen Antennen. Hierzu und

in anderen Elektronikbereichen zahlrei-

che Veröffentlichungen in Fachzeit-

schriften

Hobbys: Fernost-Reisen, Wirtschaft, fo-

tografieren, videofilmen und mit dem

PC bearbeiten

Anschrift:

Zugspitzstr. 122a

82467 Garmisch-Partenkirchen

jw.schaefer@t-online .de

Bild 2: Verschiedene Versuchsantennen

Bild 3: Abgesägte Nippel für die Befestigung, die Form passt gut

in die Senkung am Boom

Was ist DVB-T?

DVB-T ist die Abkürzung für „Digital

Video Broadcast-Terrestical“ und be-

zeichnet die terrestrische Verbreitung

digitaler Fernsehsignale, welche dann

über eine Haus-, Zimmer- oder Außen-

antenne zu empfangen sind.

Doch was, wenn der Bildschirm dunkel

bleibt? Anders als beim herkömmlichen

Analogfernsehen gibt es bei DVB-T kein

schlechtes Bild mit Bildschnee oder

Streifen. Das Signal kommt entweder

einwandfrei an oder eben nicht, ledig-

lich Aussetzer sind möglich, die sich

dann in so genannten Artefakten (um-

Bild 5: Schnittbild Speichenmontage im

Vierkantrohr, (1) Fahrradspeiche 2 mm

Durchmesser, 292 mm lang, (2) Gewin-

denippel abgesägt (oben), (3) Al-Vier-

kantrohr 10 mm x 10 mm x 1 mm, (4)

Abisoliertes Koaxialkabel RG-58, (5)

Gewindenippel abgesägt (unten)

Bild 4:

Das Koaxialspeisekabel

wird unterhalb des kalten

Elementes eingeführt

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CQ DL 7-2009

ANTENNEN

gangssprachlich Klötzchen) oder einem

eingefrorenen Bild bemerkbar machen.

Das muss aber nicht sein! Mit einer gu-

ten Antenne kann man auch noch in

fast aussichtsloser Situation zu einem

guten Empfang kommen, und ich

möchte alle ermuntern, es doch einmal

zu versuchen, auch wenn es bisher gar

nicht ging! Bei mir funktioniert es nun

über eine Distanz von ca. 100 km und

das noch indirekt über Reflexion von

den Bergen.

merhin sind dies 25 von insgesamt 29

möglichen Sendern (inkl. Österreich)!

Keine Aussetzer, keine Artefakte! Das

gilt auch für mein Notebook mit zusätz-

lichem DVB-T-Stick für den Fernseh-

empfang.

Was ist eine LPDA?

Die Besonderheit dieser Antennen liegt in

ihrer Breitbandigkeit bei gleichzeitiger

Richtwirkung. Diese Antennenform wur-

de erstmalig 1958 in der Universität von

Illinois von D.E. Isbell vorgestellt. Durch

konstruktive Besonderheiten (etwa der

Variierung des Elementeabstandes) lassen

sich sowohl extrem breitbandige LPDAs

mit geringerem Gewinn, als auch weni-

ger breitbandige LPDAs mit höherem Ge-

winn herstellen. Bandbreiten bis ca. 30:1

sind möglich.

Der Antennengewinn hängt zudem

natürlich von der Anzahl der Dipolele-

mente ab (Tabelle 2) . Er bewegt sich in

der Größenordnung von 6 bis 10 dB. Bei

unserer Antenne wurde ein optimaler

Elementabstand gewählt, der einen maxi-

malen Gewinn erwarten lässt.

Bei der LPDA strahlen in Abhängigkeit

von der Frequenz etwa drei aktive Ele-

mente im so genannten Phasenzentrum,

wobei das mittlere Element mit der hal-

ben Wellenlänge in Resonanz kommt. Die

benachbarten Elemente strahlen – wie bei

der HB9CV – stets gegenphasig mit etwas

höherer bzw. etwas niedrigerer Resonanz-

frequenz. Durch die erzwungene Phasen-

umkehr ist die Strahlungsrichtung immer

hin zum Speisepunkt gerichtet.

Der untere Frequenzbereich startet an

den langen Antennenelementen. Mit

höher werdenden Frequenzen wandert

dieses Phasenzentrum dann nach vorne

hin zu den kürzeren Elementen. Diese

Antennen sind gleichermaßen gut als

Sende- und Empfangsantennen geeignet.

Auf weitere Grundlagen der LPDAs

möchte ich hier nicht vertiefend einge-

hen, der interessierte Leser kann das in

den einschlägigen Antennenbüchern

nachlesen.

Antenne für

besondere Gelegenheiten

Solche Antennen braucht man:

• bei schlecht versorgten Randgebie-

ten, wo eine Stabantenne nicht mehr

ausreicht

• für den Wohnwagen unterwegs

• bei portablen DVB-T-Empfängern

• für Fernsehempfang mit Laptops (z.B.

per DVB-T-Stick)

• bei sehr starken Reflexionen kann

auch im Stadtgebiet eine Richtantenne

notwendig sein

• im Umland ist eine Richtantenne mit

Antennengewinn unvermeidlich

Unsere Gegend um Garmisch-Parten-

kirchen war zum Zeitpunkt der Manu-

skripterstellung noch nicht mit DVB-T-

Signalen versorgt.

In ganz Deutschland sind es bisher nur

ca. 20% der Teilnehmer, vorwiegend in

Ballungsgebieten, die mit einfachen An-

tennen auf das neue Medium zurück-

greifen können. Eigene Versuche mit

handelsüblichen Stabantennen ließen

den Bildschirm schwarz.

Hier kommen mir nun meine Erfahrun-

gen aus den Versuchen mit mehreren

2-m-/70-cm-Amateurfunk-LPDAs (Log.

Periodische Dipolantenne) zugute. Da-

mit kann ich verschiedene Amateur-

funkumsetzer aus München über Refle-

xion arbeiten. Mit hoher Sendeleistung

50/25 W, kann ich aus ganz Süd-

deutschland ca. 25 Relaisstationen aus

dem Tal heraus erreichen. Wenn das

schon für geringe Sendeleistungen im

Amateurfunk funktioniert, dann müss-

ten sich doch auch die relativ starken

Signale der kommerziellen digitalen

TV-Sender erst recht empfangen lassen.

Das war schließlich der Auslöser, eine

eigene LPDA für DVB-T zu bauen.

Mit der hier beschriebenen, nur ca.

35 cm langen Richtantenne, kann ich

nun vom Standort Garmisch (aus dem

Tal) sämtliche UHF-DVB-T-Signale aus

München in einwandfreier Qualität aus

dem Zimmer heraus empfangen. Im-

Bild 6: Oben Blatt 1, unten seitenverkehrt Blatt 2 (rot)

Tabelle 1

Kanal f [MHz]

21 474

22 482

23 490

24 498

25 506

26 514

27 522

28 530

29 538

30 546

31 554

32 562

33 570

34 578

35 586

36 594

37 602

38 610

39 618

40 626

41 634

42 642

43 650

44 658

45 666

Kanal f [MHz]

46 674

47 682

48 690

49 698

50 706

51 714

52 722

53 730

54 738

55 746

56 754

57 762

58 770

59 778

60 786

61 794

62 802

63 810

64 818

65 826

66 834

67 842

68 850

69 858

Tabelle 1:

Kanal-Frequenz-

Zuordnung

Literatur

[1] Quelle: www.ueberall

fernsehen.de/empfangsprognose.html

[2] Günter Lindemann, Duoband

LPDAs

Tabelle 2:

Übersicht

verschiedener UHF-

Band IV/V LPDAs

Die 13-Element-LPDA

Sehr hilfreich war ein von Günter Lin-

demann, DL9HCG, für 2 m/70 cm er-

stelltes Basic-Programm. Damit konnte

ich zunächst diverse Vorberechnungen

schnell erledigen, um mir ein Bild der

zu erwartenden Abmessungen und Ge-

winne zu machen (Tabelle 3) .

Auch hat sich DL9HCG die Mühe ge-

macht und in seinem Beitrag diverse

Bauvorschläge für 2 m/70 cm Duo-

Tabelle 2

Anzahl Gewinn Boomlänge Boomlänge

der Elemente (dBd) Antenne (mm)mit Halterung*)

3 5 ,7 47 130

5 6 ,5 88 170

7 7 ,3 130 220

9 7 ,7 169 250

11 8,2 210 290

13 9,1 257 340

15 9,4 300 380

24 10,2 493 570

*) ohne HF-Drossel, sonst 40 mm länger!

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CQ DL 7-2009

ANTENNEN

T4 (Manuskriptnummer)

band-LPDAs nachbaufertig ausgearbei-

tet, die durchweg hervorragend funk-

tionieren.

Doch nun zur versprochenen TV-Richt-

antenne. Mein erster Versuch mit einer

nur aus drei Elementen bestehenden

Antenne (Bild 2) brachte keinen guten

Erfolg, da nur manchmal ein Empfang

möglich war und dann auch nicht alle

Sender zu sehen waren.

Der zweite Anlauf mit 13 Elementen

war dann optimal, was Leistung und

Materialeinsatz betrifft. Eine weitere

Verdoppelung der Elemente auf 26,

brächte nur noch gut 1 dB und lohnt

sich deshalb nicht.

Gewinn und gleichzeitig als Duobander

für 2 m und 70 cm funktioniert. Vom

Baumarkt konnte ich für den Boom ein

10 mm quadratisches Aluminiumrohr für

2,75 € erstehen. Die Länge von 1 m

reicht gut aus für das Antennenprojekt.

RG-58-Koaxialkabel war vorhanden und

wurde trotz der geringen Fehlanpassung

für die LPDA verwendet. Der TV-Anten-

neneingang hat 75 " . Da ich es nicht

außen befestigen wollte, was man gut

kann, gab es ein Platzproblem im Alu-

Vierkantrohr. Das Koaxialkabel soll näm-

lich durch den „kalten“ Boom von hinten

nach vorne an den Einspeisepunkt ge-

führt werden. Das sieht optisch besser

aus und gibt gleichzeitig noch einen Wit-

terungsschutz bei Außenbetrieb (Bild 4) .

Im Innenvierkant werden 9,2 mm (5 mm

Koaxialkabel und 4,2 mm des Nippels)

gebraucht, zur Verfügung stehen aber nur

8 mm.

Lösung: Den PVC-Mantel vom Koaxialka-

bel auf ca. 35 cm Länge abisolieren. Dann

sind es nur noch 3,6 mm im Durchmesser

statt 5,0 mm und es passt nun in den ver-

fügbaren Platz (Bild 5) . Die Isolierung

des Koaxialkabels kann noch etwas in das

Langloch im kalten Boom eingefädelt

werden.

Tabelle 3

Element Länge LElementabstand

Nr. in mm in mm

1 8 4 20 mm

zur Vorderkante

2 8 8 1 7

3 9 5 1 8

4 101 19

5 107 19

6 113 20

7 121 21

8 128 22

9 135 23

10 143 23

11 150 24

12 159 25

13 168 26

– – 100 mm zur

hinteren Kante*)

*) 100 mm bei Verwendung einer HF-

Drossel, sonst ca. 50 mm, Gesamtlänge

ohne Drossel 330 mm

Der Aufbau

Als Elemente wurden Fahrradspeichen

verwendet. Neben der vorhandenen gal-

vanischen Oberfläche haben diese den

Vorteil, dass sie aus einem besonders fes-

ten Material bestehen und am Ende be-

reits ein Gewinde für eine sehr stabile

Boombefestigung zur Verfügung steht.

Dieses Gewinde ist normalerweise gerollt

und nicht geschnitten, was den Vorteil

hat, dass es bei Belastung keine große

Kerbwirkung an der Befestigungsstelle

gibt. Wer schon einmal Elemente mit ge-

schnittenem Gewinde benutzt hat, weiß

diesen Vorteil zu schätzen. Die zugehöri-

Tabelle 3:

Maßangaben zu den

Antennenblättern

Abmessungen

der Antennenblätter

Es sind nun zwei völlig gleiche Antennen-

blätter herzustellen, die dann im Abstand

von ca. 3 bis 6 mm nebeneinander isoliert

angeordnet werden müssen und sich

dann zu einer LPD-Antenne ergänzen

(Bilder 6 und 7) .

Die errechneten Längen (Tabelle 3)

sind gegenüber dem Programm etwas

korrigiert worden, da die Durchmesser

der Elemente bei dieser Antenne nur

2 mm betragen. Alle Längen rechnen

ab Oberfläche Boom. Das Gewinde ist

dabei nicht eingeschlossen und muss

zur Gesamtlänge hinzu addiert werden,

wenn die Elemente vorher auf Länge

geschnitten werden sollen. Es ist rat-

sam, genügend Überlänge einzuplanen

und die Fertiglängen erst nach Montage

abzuschneiden. Zum Schneiden kann

ein großer Seitenschneider genommen

werden. Die Schnittkanten sollten glatt

gefeilt werden. Wem die Enden der Ele-

mente noch zu scharfkantig sind, kann

diese z.B. mit einem Stück Ventilgum-

mischlauch, wie am Muster der 3-Ele-

ment-Antenne, entschärfen!

In Bild 8 sieht man auch die asymmetri-

sche Anordnung der 13 Bohrungen im

Abstand von 3,5 mm.

Bild 7(oben):

Beide Antennen-

blätter werden

isoliert montiert zu

einer Antenne

Bild 8 (rechts):

Boom aus

Al-Vierkantrohr

gen Nippel werden als Befestigungsele-

mente verwendet. Es werden doppelt so

viele Nippel wie Speichen benötigt.

Sie müssen noch mit einer kleinen Me-

tallsäge gekürzt werden (Bild 3) .

Speichen sind teuer, man bezahlt pro

Stück mit Nippel ca. 0,50 € als Ersatzteil

beim Fahrradhändler. Deshalb habe ich

bei einem bekannten Internetauktions-

haus ein Paket mit 144 Speichen plus

Nippel für 1 € von Privat ersteigert. Da-

mit habe ich nicht nur die hier beschrie-

bene Antenne und andere Muster ge-

baut, sondern auch besonders leichte und

fast nicht sichtbare 5-Element-Strahler für

die Amateurfunkbänder hergestellt, wie

meine 5-Element-Antenne, die nicht viel

größer als eine HB9CV ist, jedoch mit

besserer Richtwirkung, deutlich höherem

Bild 9:

Bohrungsausführung

mit blanker

Senkung

Bild 10:

Isolierung der

beiden Boomhälften

mittels

Isolierplatten

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ANTENNEN

Das Alu-Material wird meistens eloxiert

angeboten. Eloxal isoliert, und daher

müssen alle elektrischen Kontakte an der

Kontaktfläche metallisch blank gemacht

werden! Bei den Elementen wird das

durch die Senkungen erreicht (Bild 9) .

Die beiden Boomelemente werden mit

den Isolierplatten auf Abstand montiert

und bilden zusammen eine Lecherleitung

(Bild 11) .

An der Lecherleitung muss ein steigender

Wellenwiderstand eingestellt werden.

Das resultiert aus den unterschiedlichen

Fußpunktwiderständen an den Dipol-Ele-

menten. Kurze Elemente haben einen

kleineren Schlankheitsgrad als die langen

Elemente und somit variiert der Fuß-

punktwiderstand.

Der Abstand am Einspeisepunkt wird mit

etwa 3 mm und am Boomende mit etwa

6 mm eingestellt. Die Isolierplatten haben

auf der einen Seite Langlöcher, damit las-

sen sich die Abstände auf beste Anpas-

sung einstellen. Erfahrungsgemäß kön-

nen diese Antennen über eine große

Bandbreite ein VSWR von 1,2:1 bis 2:1

aufweisen! Gefertigt wurden die Isolier-

platten aus 3 mm Polystyrol (Bild 12) .

Wer dieses Material nicht zur Hand hat,

kann auch Plexiglas oder Epoxy-Leiter-

plattenmaterial nehmen, von dem vorher

die Kupferschicht entfernt wurde. Bitte

nicht die Schraubenköpfe ohne Unterleg-

scheiben montieren. Polystyrol könnte zu

fließen beginnen und der mechanische

Halt ginge verloren.

Am Boomende kann eine elektrische

Kurzschlussbrücke angebracht werden.

Damit kann das VSWR noch geringfügig

verbessert werden. Soll die Antenne aber

mit einem DVB-T-Konverter oder TV-

Gerät mit Spannung an der Antennen-

buchse betrieben werden (zur Unterstüt-

zung des Antennenvorverstärkers), dann

darf diese Kurzschlussbrücke nicht vor-

handen sein!

Einflüsse vom Zuführungskabel mini-

miert werden.

Das ist aber wichtiger für Antennen, mit

denen auch gesendet wird. Für diese rei-

ne Empfangsantenne ist eine Drossel

nicht unbedingt erforderlich und kann

auch weggelassen werden. Dann redu-

ziert sich die Boomlänge von 380 auf ca.

330 mm.

Die HF-Drossel besteht aus drei Win-

dungen des Koaxialkabels. Als Kern wur-

de ein Kunststoff Flaschendeckel von

40 mm Durchmesser verwendet. Kern

und Windungen sind mit drei Kabelhalte-

bändern an der Trägerplatte festgelegt.

Bild 11:

Booms als

Lecherleitung mit

steigendem

Wellenwiderstand

Der Standfuß

Hier wurde nach einer pragmatischen

Lösung gesucht. Es bot sich ein 1,3 kg

schwerer Türstopper für 2,99 € an, der

mit knapp 10 cm Durchmesser eine

gute Standfestigkeit aufweist. Im Zen-

trum wurde ein 15 mm Loch in den

gusseisernen Körper gebohrt und eine

passende Hartholzstange eingetrieben.

Auf diese Holzstange wurden zwei

Wickel aus Tesakrepp aufgebracht, wel-

che genau für den Innendurchmesser

des schwarzen Kunststoffrohres (aus ei-

nem Gelben-Sack-Ständer) passen (Bild

16) . Beide Befestigungsbügel für das

Standrohr wurden aus einer 3-mm-Ge-

windestange (1 €) über das 25-mm-

Kunststoffrohr gebogen und auf Länge

abgesägt.

Bild 12:

Zwei Isolierplatten

aus 3 mm starkem

Polystyrol

Bild 13: Lötstützpunkte für den Koaxialkabelanschluss

Fazit

Die Antenne übertraf alle Erwartungen.

Sie ist handlich und wer sie erst einmal

gebaut hat ist begeistert und wird sie

nicht wieder hergeben! Bester Aufstel-

lungsort wäre der Balkon mit möglichst

freier Sicht zum Sender. Soll die Anten-

ne permanent im Freien aufgestellt

werden, so empfiehlt sich eine Abdich-

tung der offenen Vierkantrohre und ei-

ne Versiegelung der Elemente-Verbin-

dungen zum Boom.

Einspeisung und HF-Drossel

Eingespeist wird die Antenne über das

Koaxialkabel vorne an den Lötpunkten

vor den kurzen Elementen (Bilder 13

und 14) . Das Abschirmgeflecht wird di-

rekt mit dem „kalten“ Boom verbunden

in dem es auch liegt, während der Innen-

leiter mit dem isolierten „heißen“ Boom

gegenüber verbunden wird.

Vom Amateurfunk her benutze ich meine

Antennen an der Antennenanschlussseite

meistens noch mit einer HF-Drossel (Bild

15) . Eine ideale HF-Drossel würde den

Strom auf dem dahinter liegenden Speise-

kabel auf 0 A reduzieren. Damit können

Bild 14 (oben):

Koaxeinspeisung;

die Anschlussstelle

wurde mit einem

2-Komponenten-

Kunststoff wetter-

fest abgedichtet

Bild 16 (links):

Standfuß

mit Standrohr

Bild 15: HF-Drossel aus aufgewickeltem

Koaxialkabel

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