MiniVNA: Sehr geringe Fußpunkdimpedanz an zu kurzer Antenne richtig messen

  • Hi,

    ich konstruiere gerade eine SOTA-optimierte Vertikalantenne, die zunächst von den Constraints in mechanischer Hinsicht und von der optimalen Geschwindigkeit zum Aufbau bestimmt wird. Der Mast ist ca. 5m lang. Im Prinzip ist es eine Art Up-and-Outer mit einem vertikalen Strahler von ca. 4.8m und einem ebenso langen einzelnen Radial, das nicht immer optimal und schon gar nicht abgestimmt ausgebracht werden kann.


    Der Strahler ist also etwa 0,12 Lambda lang. Die Antenne muss für 7.031 MHz und sollte für 10.118 und 14.060 MHz anpass-/nutzbar sein.


    Die Constraints und der Ansatz sind gegeben. Abstrahlverhalten und Effizienz sind erstmal egal, diese werden dann experimentell ermittelt. Mit Vorversionen (siehe https://www.thingiverse.com/thing:2808309) hat das Prinzip auch erstaunlich gut funktioniert.


    Die Antenne wird idR mit einem Automatiktuner (Elecraft T1) angepasst, weil sich die Fußpunktimpedanz immer recht spürbar ändert, je nach Berg/Untergrund /(Fels, Schnee, trocken, nass...), Ausbringung etc.


    Nun möchte ich die Anpassung für 40m optimieren, indem ich ein LC-Glied vorschalte und/oder eine Verlängerungsspule in den Strahler einbaue.


    Bevor ich damit aber anfange, muss ich ein ungefähres Verständnis der "rohen" Fußpunktimpedanz der Antenne bzw. des Bereiches haben, mit dem ich rechnen muss.


    Dazu habe ich gestern am Fußpunkt meinen MiniVNA Tiny direkt dort angeschlossen und ein paar Messungen für 7.031 MHz gemacht:


    R = ca. 0

    X = ca. -500 bis -600 Ohm

    Phasenverschiebung: ca. -9.5 bis -11.5°


    Für eine Vertikalantenne mit gleicher Strahlerlänge erhalte ich rechnerisch


    R = 5.44 Ohm

    X = - 740 Ohm


    Von der Größenordnung her passt das X, nur der Realteil mit 0 Ohm scheint mir ein Meßfehler meines Setups zu sein.


    Wie könnte ich zu einer genaueren Messung kommen? Was muss ich bei der Messung der Fußpunktimpedanz einer sehr niederohmigen, zu kurzen Antenne beachten?


    Es geht übrigens nicht um einen exakten Wert; ich muss nur die erforderlichen Wertebereiche für L und C des LC-Gliedes kennen.


    Sonstige Tipps sind natürlich auch sehr willkommen :-).


    Danke im voraus!


    73 de Martin, DK3IT

  • naja, ob die reale Komponente nun 5 oder 0 ist, liegt in der Messungenauigkeit des Setups, ändert aber nicht wirklich was an der Eigenschaft der Antenne; wie du ganz richtig sagst, liegt der Messwert nicht weit vom theoretisch errechneten Wert weg, als Kompromiss kannst du mit einem Wert, der etwa in der Mitte liegt rechnen für die Impedanzanpassung


    wenn es nicht möglich ist, den Strahler physisch länger zu machen, würde ich statt einer Ladespule versuchen, eine Dachkapazität zu bauen; damit wird die Anpassung breitbandiger als mit einer Ladespule in der Nähe des Speisepunktes

  • Danke!


    Zu Verlängerungsspule vs. Dachkapazität: Der Strahler ist an einem superleichten 5m-Mast (Stipprute). Eine Dachkapazität wäre sicher nett, mir fällt aber keine Konstruktion ein, die einfach und robust ist, auf einem Gipfel bei Sturm an der Spitze eine filigranen Stipprute diese nicht zum Brechen bringt etc.


    Dieses Design: https://www.thingiverse.com/thing:2450117


    funktioniert relativ gut - vielleicht 50 % der Performance einer Inverted Vee mit Traps und grob 1/4 Lambda auf jeder Seite. Sie ist aber relativ empfindlich in der Abstimmung.

  • Wie könnte ich zu einer genaueren Messung kommen?

    Der VNA berechnet die R und jX aus der gemessenen Phasenverschiebung. Wenn man sich den trigonometrischen Einheitskreis in der komplexen Ebene vorstellt, dann entspricht der Realteil des Zeigers dem cosinus und der Imaginärteil dem sinus eines Winkels. Der Winkel Φ ergib sich aus arctan (sin Φ / cos Φ). In deinem Falle beträgt der Winkel arctan (5,44 / 740) = 0,41Grad


    Es ergeben sich bei so extremen Inpedanzverhältnissen sehr kleine Phasen-Winkel. Jeder kleine Messfehler beim Ermitteln so kleiner Phasenwinkel führt zu großen Fehlern bei der Errechnung von R und jX. Ein einfacher VNA stößt bei Phasenwinkeln unter 1 % zwangsläufig an die Grenzen seiner Auflösung und seiner Messgenauigkeit.


    73

    Günter

    "For every complex problem there is an answer that is clear, simple, and wrong" (H.L. Mencken)