Aktiver verkürzter Dipol, Optimierung des Eigenrauschens

  • Hallo zusammen,


    wie im Thread Neuer Verstärker für Breitband Magnetantenne bereits angesprochen, möchte ich einen Verstärker für verkürzte Dipol-Empfangsantennen entwickeln und mit euch diskutieren.


    Warum ein Dipol und nicht das bekannte Prinzip "MiniWhip"?

    Nach meinen Erfahrungen ist ein Dipol dem Monopol in mehrerlei Hinsichten überlegen:

    - Der Antennengewinn ist unabhängig von der Länge der Zuleitung

    - Die Nullstelle im Richtdiagramm des Dipols kann zur Störunterdrückung genutzt werden

    - Die Antenne empfängt nur dort, wo "ich es will", es wird kein QRM entlang der Zuleitung aufgenommen


    Nachdem der Mehraufwand für einen symmetrischen Aufbau nun auch nicht sehr groß ist, steht die Entscheidung fest.

    Bisher verwende ich übrigens seit 2018 einen Klon von Günters SIMWA, eine sehr gut durchdachte und performante Schaltung.


    Das größte Optimierungspotenzial sehe ich im Eigenrauschen bei angeschlossenem Dipol. Es setzt sich aus meiner Sicht zusammen aus:

    - dem recht großen Eigenrauschen der FET Eingangsstufe

    - Gleichtaktstörungen auf der Zuleitung durch unvermeidbare Asymmetrien im Dipol bzw. seines Umfelds

    - evtl. Intermodulationsprodukten. Die kapazitätsarmen FETs verstärken ja bis mehrere 100 MHz und werden damit auch von Frequenzen "zugestopft", die nach dem Ausgangstreiber (Übertrager etc) nicht mehr zu sehen sind


    Damit habe ich eine Frage an alle Mitleser. Welchen Rauschpegel erreicht ihr bei 14 MHz mit euren aktiven E-Feld Antennen, bei welcher Antennengröße (Kapazität)?

    Ich hatte keinen Wert kleiner S2 erreicht, definitiv höher als mit einem passiven Dipol.


    Versuchsweise möchte ich den Antennenverstärker explizit nicht hochohmig machen, sondern entweder im Bereich weniger kOhm oder sogar niederimpedant als Transimpedanzwandler.

    Ein Transimpedanzwandler erreicht eine sehr hohe Leistungsverstärkung bei geringstem Rauschen, ein invertierender OpAmp Verstärker könnte eben etwas mehr Leistung aus der Antenne holen.

    Bsp: ein verkürzter Dipol mit 10 pF pro Arm hat bei 3 MHz eine Impedanz von 10 kOhm am Einspeisepunkt, zumindest bei "großen" Aktivantennen braucht es also nicht die super hochohmigen Eingänge.


    Was sagt ihr dazu? Oder kennt ihr sogar ähnliche Ansätze?


    73

    Bernhard

  • Hallo Bernhard,


    die Idee mit dem Dipol ist im Prinzip nicht schlecht, hat aber Vor- und Nachteile:

    Vorteile:

    - Es wird nur der Dipol als Empfangsantenne verwendet, also nicht mehr das Kabel und somit keine Störmöglichkeit an der Zuleitung

    - Symmetrische Antennen sind auch unempfindlicher gegen Störnebel, bzw. können für den besten Empfang ausgerichtet werden


    Nachteile:

    - Der erste Vorteil ist auch der größte Nachteil: Die MiniWhip empfängt nicht mit dem kleinen Kupfer-Rechteck, sondern mit der Zuleitung, d.h. der Empfang in 10m Höhe wird durch die 10m Zuleitung bestimmt. D.h. der Dipol braucht Länge um einigermaßen Feldstärke einsammeln zu können. Kurzer Dipol entspricht MiniWhip mit kurzer Zuleitung, was bekanntlich keine guten Ergebnisse bringt

    - Ohne jetzt genau den Verstärker zu betrachten: eine symmetrische Eingangsstufe hat meist 2 Transistoren, entspricht 2 Rauschquellen.


    Also wenn Platz für eine ausreichende Länge der Dipolzweige besteht, kann es gut funktionieren. Wenn eine gute Höhe möglich ist, aber nur kurze Dipole, könnte die MiniWhip besser sein. Der beste Beweis ist die gut positionierte MiniWhip vom WebSDR in Twente.


    Wäre mal interessant einen Vergleich zu haben zwischen Dipol und Empfangsschleife (magnetisch). Ich schätze die Schleife gewinnt, wenn in gleicher Höhe positioniert, selbst wenn man dem Dipol seitlich etwas mehr Platz als der Schleife gibt.


    vy73 Karsten

  • Hallo Karsten,


    nach meiner Vorstellung ist die MiniWhip ein Verstärker, der am einen Ende ein kleines Koppelelement mit Ck und am anderen Ende eine beliebig große Kapazität durch die Zuleitung Cz hat. Die Gesamtkapazität gegen die Quelle entspricht also der Reihenschaltung aus beiden und damit quasi Ck, die Zuleitung empfängt hier nichts "extra".


    Der SNR lässt sich natürlich durch größere Koppelemente ein Stück weit verbessern, hier ist weniger die Länge als vielmehr die Fläche relevant.

    Capacitance of antenna elements

    Je ein Stück Rohr mit 20 mm Durchmesser und 1 m Länge (vll 12 pF) reichen beim klassischen FET Eingang (vll 2 pF) für eine quasi verlustfreie Anpassung aus, also lässt sich das SNR so nicht weiter steigern.

    Aus diesem Grund geht es hier ja nicht um das konventionelle Prinzip, sondern um andere Möglichkeiten zur Reduktion des Eigenrauschens.

    eine symmetrische Eingangsstufe hat meist 2 Transistoren, entspricht 2 Rauschquellen

    Full ack.


    73

    Bernhard

  • Hallo Bernhard,


    da gab es mal einen Vortrag in Weinheim von Pieter-Tjerk de Boer, PA3FWM zur Funktion der Mini Whip, der auch im Netz veröffentlicht hat:

    Fundamentals of the MiniWhip antenna


    Kurzzusammenfassung: durch eine lange Zuleitung werden auch die Felder konzentriert -> Lange Zuleitung macht den Empfang.


    vy73, Karsten

  • Hallo Bernhard,

    hier meine Gedanken dazu:

    War es nicht so, dass sich das Rauschen um SQR(n) verringert, wenn n derselben Rauschquellen parallelgeschaltet werden? Würdest Du also den beiden Eingangs-FETs m-fach weitere FETs parallelschalten, würde sich die Eingangskapazität n-fach erhöhen, das Rauschen (aber leider nur) mit SQR(n) sinken, dabei ist n die Summe der direkt parallelgeschalteten FETs pro Seite. Man liefe gefühlt im Kreis und das SNR wird nicht besser, weil sich die Eingangskapazität mehr vergrößert als das Rauschen abnimmt. Würde man die Arme des Dipols deutlich dicker machen (Rollen aus NiRo-Gitter oder aus 100mm-Cu-Regenfallrohr), könnte man den Effekt der Eingangskapazität wohl ausgleichen, das Rauschen wäre trotzdem um den Faktor SQR(n) geringer. Aber diese Konstruktion wäre auch etwas "mächtiger".
    Wenn es eine "niederohmige Dipolkonstruktion" gäbe, der diese vergrößerte Eingangskapazität nicht so viel ausmacht - dann wäre das eine kleine Loop, klein relativ zur Wellenlänge, ein magnetischer Dipol. Dann könnte ein Transimpedanzverstärker, Eingangsimepdanz winzig - Ausgangsimepdanz 50 Ohm, aufgebaut wie die Moving-Coil-Verstärker der HiFi-Freaks, mit bis zu 16 parallelgeschalteten bipolaren Transistoren pro Seite (reduziert das Rauschen um den Faktor 4), die Lösung sein. Auch die Loop hat eine Nullstelle, aber sie spricht vorwiegend auf den magnetischen Anteil der EM-Welle an - und das ist dann nicht das, was Du willst.

    73 Andy