das sind meine Aufzeichnungen über den Bau des von Amsat angeregten 3-fach Helix-Feeds.
Nach dem erfolgreichen Bau eines einfachen Helix-Feeds, siehe HIER, will ich den nächsten Schritt gehen und einen Feed bauen der eine nicht so starke Abschattung des LNBs hat wie eine einfache Helix, wo diese genau vor der LNB Öffnung ist.
Nach einigen Gesprächen wurden mir von der Amsat verschiedene Unterlagen zugeschickt, welche auf Ideen von Prof. Dr. Karl Meinzer DJ4ZC, dem uns allen bestens bekannten Amsat-Urgestein, beruhen. Weiters haben noch Achim DH2VA und Michael DD5ER Beiträge zur Konstruktion geliefert und schließlich hat mir Peter, DB2OS, die Unterlagen zugänglich gemacht.
Wer mich kennt weiß aber, dass ich nicht einfach nur nachbaue, sondern ich möchte verstehen was ich da baue, möchte selbst auf die Nase fallen, verbessern, und schließlich zum bestmöglichen Ergebnis kommen. Hier folgen meine Aufzeichnungen zum Aufbau des 3-fach Helix-Feeds.
Ausgangsbedingungen und zu erwartendes Endergebnis:
Der Bau eines 3fach Feeds ist schon einiges an Arbeit. Diese möchte ich nicht vergebens investieren sondern zunächst mal wissen wie der aktuelle Stand ist und welche Verbesserungen man erwarten kann. Dann entscheide ich erst ob ich das ganze realisieren werde.
Um die Abschattung des LNBs zu messen benutze ich zwei Werte, den Transponder-Noise und das DATV-Baken-MER (welches gemessen werden muss wenn sonst niemand sendet, da jedes andere Sendesignal den Wert etwas ändert). Die Werte wurden bei schönem Wetter an einem 1,5m Gilbertini Spiegel gemessen.
| aktueller 1-fach Helix Feed | |||
| mit Helix und Kappe | ohne Helix mit Kappe | ohne Helix, ohne Kappe | |
| Transp.Noise | 5,8 | 7,5 | 7,7 |
| DATV-MER | 9,1 | 10,1 | 10,1 |
man beachte den Unterschied bei den Messungen mit/ohne Helix. Hier sieht man dass die Abschattung durch die Helix 1,7dB Transpondernoise sowie 1dB MER kostet. Das klingt erstmal nicht viel, wenn man aber schwache DATV Stationen empfangen will, so ist das eine ganze Menge (im normalen SSB Betrieb ist es völlig unerheblich, hier würde sich der Aufwand nicht lohnen).
Den Transponder-Noise messe ich mit dem QO-100 WebSDR. Das DATV Baken-MER messe ich mit einem Minitiouner-Express und der zugehörigen Windows-Software V0.9.
Anordnung der drei Helix Antennen:
Bei dieser Anordnung bin ich der Idee von Karl gefolgt:
der Reflektor hat einen Durchmesser von 250mm. In der Mitte befindet sich ein 50mm Loch wo genau das Horn des Megasat-LNBs hineinpasst.
Die drei Helix-Antennen sind ringsherum angeordnet, nach Hinweis von DD5ER müssen die Speisepunkte alle in die gleiche Richtung schauen um eine einfache, phasenrichtige Zusammenschaltung zu ermöglichen.
Stockungsabstand:
DG7YBN hat auf seiner Webseite einen Rechner für den Stockungsabstand. Auf dem geplanten Reflektor schafft man maximal 14cm Stockungsabstand. Nach dem DG7YBN-Rechner erreicht man das bei einem -3dB Öffnungswinkel von 53 Grad.
Jetzt stellt sich die Frage: wieviele Windungen muss eine der drei Helixen haben, damit wir in Summe 55 Grad Öffnungswinkel erhalten. Das ist auch ein Winkel der ungefähr zur Schüssel passt.
Wenn man die Überlegungen von meiner 1-fach Helix berücksichtigt, so würde man auf eine Windungszahl von unter 3 pro Helix kommen. Das ist jedoch nicht mehr möglich, da eine Helix mit weniger als 3,5 Wdg ihre zirkulare Polarisation verliert.Ich gehe deshalb auf das Minimum von 3,5 Wdg. Damit hat eine Helix 10,2 dBi und die 3er Gruppe ca. 14 dBi was einer einzelnen Helix mit 8,3 Wdg. entspricht.
Bau des Reflektors:
zunächst wurde eine DXF Datei mit den genauen Abmessungen erstellt. Der Ausbruch unten passt auf meinen Gilbertini Spiegel und muss bei anderen Spiegeln vermutlich geändert werden
dann wurde der Reflector gefräst:
das Loch in der Mitte passt genau für einen Megasat High Gain Twin LNB. Es ist 0,05mm kleiner, sodass der LNB stark klemmend reingeklopft wird. So ist das ganze sehr stabil.
Messungen an dieser Anordnung:
jetzt wird es spannend, denn ich möchte nur dann an diesem Projekt weiter arbeiten wenn es auch einige Vorteile bringt. Also wurde LNB mit Reflektor probeweise an der Schüssel montiert:
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zunächst erfolgte die Messung von Transponder-Noise sowie DATV-Balen-MER ohne Helix, also mit völlig freiem LNB. |
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hier wurden provisorisch drei Helixantennen zu je 3,5 Wdg mit Heißkleber auf die vorgesehenen Positionen montiert um die Abschattung des LNBs zu messen. |
| 3-fach Helix-Feed | ||
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mit Helix, ohne Kappe |
ohne Helix, ohne Kappe |
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| Transp.Noise | 7,2 | 7,7 |
| DATV-MER | 9,6 | 10,2 |
das Ergebnis ohne Helix entspricht genau dem oben gemessenen Werten mit der herkömmlichen Antennen, was auch kein Wunder ist da hier nur der reine LNB gemessen wird.
Sobald die 3 Helixantennen angeklebt wurden, geht der Transpondernoise um 0,5dB und das DATV Baken-MER um 0,6 dB zurück. Man merkt also eine gewisse Abschattung.
Jetzt vergleichen wir die Werte mit der 1-fach Helix:
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1-fach Helix |
3-fach Helix |
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| Transp.Noise | 5,8 | 7,2 |
| DATV-MER | 9,1 | 9,6 |
die Kappe macht noch ca. 0,1dB aus, ist also vernachlässigbar.
Das Ergebnis ist recht ermutigend. Die 3-fach Helix hat ein um 1,3dB besseres Transponderrauschen und das DATV Baken-MER ist um 0,5dB besser (vermutlich sogar noch mehr, da zwei Stationen den Transponder benutzt haben, im Gegensatz zur 1-fach Helix, wo nur die Bake aktiv war). Ich kann jetzt mit Minitiouner Stationen sehen deren Signal bei nur 50% des Bakenpegels liegen. Das war mit der alten Helix aussichtslos.
Montage und Abgleich der drei Helix Antennen:
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so sieht der fertige 3-fach Feed aus. Die Helix Antennen sind alle möglichst identisch aufgebaut und schauen alle in die gleiche Richtung. |
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Die Halterung ist ein Stab aus PP (Polypropylen). PP hat
optimale HF Eingenschaften und ist nach meiner Erfahrung das beste was
man auf 2,4 GHz benutzen kann, sowohl als Halterung als auch als
Wetterschutzhaube.
Die Helix ist mit dem üblichen Blechstreifen auf 50 Ohm angepasst. Jede Helix wurde individuell abgeglichen und die Kupfersteifen solange mit dem Dremel abgefräst bis ein SWR besser 1,10 : 1 erreicht war. |
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Die Kabel sind PTFE Kabel RG-142. Sie sind mit hilfe eines kleinen Messing-Adapterstücks direkt am Reflektor angelötet. Dadurch spare ich nicht nur die Kosten für Stecker sondern auch die Steckerverluste. |
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die Helix montiert am Gilbertini OS150 |
Zusammenschaltung der drei Antennen:
zunächst hatte ich einen einfachen Plan: eine Helix hat laut Literatur ca. 140 Ohm. Schalte ich diese einfach parallel, so erhalte ich fast genau 50 Ohm.
Als erstes wollte ich diese 140 Ohm messen und bestätigt haben. Also habe ich einen VNA mit seinem Kabel durch SOL-Kalibrierung abgeglichen, die Abgleich mit verschiedenen Abschlusswiderständen geprüft, und dann eine der drei Helixantennen angeschlossen. Ergebnis 36 Ohm, fast ohne L oder C Anteil. Wie bitte? nur 36 Ohm, wieso schreiben alle von 140 Ohm? Um der Sache nachzugehen, habe ich 4 Stunden gemessen was das Zeug hält. Sogar zwei unterschiedlichen VNAs kamen zum Einsatz, verschiedene Kabel, verschiedene Abgleichkits usw. Es hilft alles nichts, die Impedanz am Anfang einer Helix war ca. 36 Ohm. Auch ein ändern des Reflektorabstands und ähnliche Modifikationen halfen nicht.
Warum überall 140 Ohm steht, ich aber nur 36 Ohm messe ist mir bis heute ein Rätsel.
Jedenfalls kann ich auf so unklaren Verhältnissen nicht aufbauen und mußte den Plan der einfachen Parallelschaltung verwerfen.
Jetzt habe ich in alt erprobter Weise mit Kupferstreifen die Helixantennen einzeln auf 50 Ohm abgeglichen, was erwartungsgemäß problemlos funktioniert hat.
Zur Zusammenschaltung muss ich einen Koppler in Form eines Topfes bauen, eine Arbeit die ich mir sparen wollte, aber es geht kein Weg daran vorbei.
Der Koppler:
dieser ist auf einer eigenen Seite HIER beschrieben.
wird fortgesetzt ...
