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Bauanleitung einer Rahmenantenne

Grundlegende Berechnungen

Doch bevor wir uns mit der Nachbau der Rahmenantenne beschäftigen, wollen wir sie zunächst mathematisch betrachten.

Wenn Sie erfahren möchten, wie eine Rahmenantenne funktioniert, empfehle ich Ihnen, zunächst diesen Beitrag durchzuarbeiten.

Eine Rahmenantenne besteht im Wesentlichen aus einem Schwingkreis. Ein Schwingkreis berechnet sich nach folgender Formel:

Rechenbeispiel


Wir stellen fest: Bei einer Induktivität von 180 uH und einer Kapazität von rund 50 bis 500 pF deckt ein Schwingkreis den Rundfunk-Mittelwellenbereich von 530 bis 1695 kHz ab. Ich habe diese Werte bewußt gewählt, um mit einem üblichen Drehkondensator arbeiten zu können, den man beispielsweise aus einem ausgediensten Kofferadio gewinnen kann. Diese Drehkos weisen in der Regel diese Kapazitätswerte auf.

Nun benötigen wir noch eine Spule von 180 uH. Diese werden wir uns selber anfertigen ; sie ist - zumindest optisch - das auffälligste Bauelement der Rahmenantenne. Die Berechnung einer Spule ist jedoch gar nicht so einfach. In die Berechnung fließt sowohl Geometrie, als auch ein elektrischer Wirkungsfaktor ein, der aus der Güte der Spule resultiert. Aus den 1920-er Jahren stammt folgende Tabelle, aus der man die wichtigsten Kennwerte näherungsweise ablesen kann:

© Tabellen und Formeln für Radioamateure von Hans Günther, Dr.H.Krönke, F.Herkenrath, Frank'sche Verlagsbuchhandlung Stuttgart, 1924

Hierbei sein anzumerken: 1,0 englischer Fuß = 304,8 mm und 1,0 Zoll = 25,4 mm. Folgerichtig wäre also ein 6 Fuß hoher Rahmen mit 40 Windungen und 7/16 Zoll Abstand am günstigsten -> Wirkungsfaktor 9,3. Dies entspricht einer Rahmenhöhe von 183 cm mit 40 Windungen bei 1,1 cm Abstand. Eine Rahmenantenne dieser Dimension wäre etwas ungünstig in der Handhabung.

Bei dieser Betrachtung geht es um die optimalen Verhältnisse, die in der Praxis aus der Güte der Spule und somit auch aus der Güte des gesamten Schwingkreises resultieren. Bei einer Rahmenantenne muss man jedoch stets einen Kompromiß aus der zu mit Feldlinien durchsetzenden Fläche und der möglichen geometrischen Größe finden. In der weiter unten befindlichen Bauanleitung belassen wir es daher bei einem etwas kleineren Rahmen.

Bauformen von Spulen

In der Praxis gibt es verschiedene geometrische Möglichkeiten, die Luftspule einer Rahmenantenne zu wickeln.

Ich stelle nun einige Formen vor, für die ich Ihre Abmessungen jeweils für die unterste Frequenz des Mittelwellenbandes (531 kHz) und einen Drehkondensator von 50-500 pF berechnet habe. Der Drahtdurchmesser beträgt jeweils 1,2 bis 1,4 mm Kupferlackdraht, beziehungsweise 0,8 bis 1,2 mm seidenumsponnene HF-Litze.

Runde zylindrische Spule, ohne Abstand zwischen den Wicklungen gewickelt

Induktivität µH 180
Windungszahl wsoll 37
Spulenlänge l (mm) 55
Windungsdurchmesser D (mm) 121
Länge des Drahtes ld (mm) 14113

Runde zylindrische Spule, mit Abstand zwischen den Wicklungen gewickelt

Induktivität µH 180
Windungszahl wsoll 16
Spulenlänge l (mm) 290
Windungsdurchmesser D (mm) 643
Ganghöhe g (mm) 19
Windungsabstand a (mm) 18

Quadratische zylindrische Spule, ohne Abstand gewickelt

Induktivität µH 180
© Dr. paed. habil. Lothar König
Windungszahl w 16
Seitenlänge s (mm) 569
Diagonale 2r (mm) 805
Ganghöhe g (mm) 19
Länge des Drahtes ld (mm) 14113

Flache, mehrseitig mit Abstand gewickelte Rahmenspule

Induktivität µH 180
© Dr. paed. habil. Lothar König
Windungszahl w 16
Anzahl Segmente n 8
mittlerer Radius r (mm) 334
Wicklungslänge Ecken ls (mm) 300
Innenradius ri (mm) 184
Außenradius r a (mm) 484
Seitenlänge innen si (mm) 260
Seitenlänge außen sa (mm) 685
Länge des Spuhlendrahtes l d (mm) 33567
Windungsabstand Ecken a (mm) 19
Ganghöhe Ecken geck ( mm) 20

Bauanleitung einer Rahmenantenne für Mittelwelle nach DL3RTL

Der grundlegende Gedanke dieser Schaltung beruht auf einem Kompromiß den oben erbrachten Erkennisse bezüglich einer hohen Güte des Schwingklreises und Materialien, welche leicht zu beschaffen sind.

Das meiste bekommt man im Elektronikfachhandel, z.B. Conrad Elektronik, Reichelt und Co. Auch ein ausgedienstes Kofferradio kann weiterhelfen. Beim Ausschlachten sollte man unbedingt den Drehkondensator weiterverwenden.

Die Holzlatten udn Eisenwinkel bekommt man wohl in jedem Baumarkt, und eine kleine Grundplatte bekommt man meist aus zum Zuschnitt dazugeschenkt, wenn man nett nachfragt.

Antelle des Kupferlackdrahtes empfehle ich seidenumsponnene HF-Litze.

Der Anwendungsbereich erstreckt sich von ca. 510 kHz bis 1750 kHz.

Stückliste

Material Anzahl Bemaßung Bezug
Holzlatten 2 ca. 120 cm (Profil 30 x 10 mm) Baumarkt
Grundplatte aus Holz 1 ca. 20x20 cm Restetonne im Baumarkt
Drehkondensator (Drehko), Dielektrikum: Luft 1 mind. 500 pF Endkapazität altes Radio, Funkamateur
Koaxkabel 50 Ω - ca. 2m z.B. RG-58, z.B. Reichelt
Eisenwinkel 7 - Baumarkt
Holzschrauben 28 - Baumarkt
Kupferlackdraht 1 Rolle à 20m, 0,5MM(2) Ebenfalls Reichelt
Antennenstecker 1 passend für den 50Ω-Eingang Ihres Empfängers Ebenfalls Reichelt

Aufbau der Rahmenantenne

Elektrische und mechanische Kennwerte der Rahmenantenne

Induktivität µH ∼180
Windungszahl w 11
Abstand erste bis letzte Wicklung ls (mm) 110
Windungsabstand (Ganghöhe) gs (mm) 10
Seitenlänge innen si (mm) ∼520
Seitenlänge außen sa (mm) ∼650
Seitenlänge Träger m (mm) 900


Schritt-für-Schritt-Anleitung

Zunächst fertigen Sie aus den Holzleisten ein Kreuz. Zur Fixierung habe ich in der Mitte vier der Eisenwinkel verwendet, vgl. Fotos. Nun säge man vom äußeren Ende jeder Latte im Abstand von einem Zentimeter 12 kleine Schlitze in das Holz. Am besten leicht schräg zum Mittelpunkt, da der Draht später in diesen Schlitzen gespannt wird und ansonsten wieder herausrutschen könnte. Das Holzkreuz auf den Boden legen und den Draht vom äußeren Ende her Richtung Mittelpunkt in 11 Windungen zu einer großen Spule wickeln. Die Enden des Drahtes mit den beiden Anschlüssen des Drehkondensators verbinden -> die Drähte auf direktem Wege und mit mind. 10 mm Abstand zur Spule kurz zum Kondensator führen.

Tipp: Bei der Fertigung der Antenne auf Lötverbindungen verzichten, da Lötzinn einen schlechten Leitwert hat und an den Lötstellen dämpfend auf das Signal wirkt. Damit würde die Güte des Schwingkreises sinken und somit der Wirkungsgrad der Rahmenantenne sinken. Die Verbindungen daher besser klemmen, z.B. mit Lüsterklemmen arbeiten oder einfach Aderendhülsen verwenden. Bei Kuferlackdraht ist darauf zu achten, dass vor dem Verbinden zweiter Leiter der Lack an der Verbindungsstelle vorsichtig entfernt wird, da er isoliert und demnach nicht leitet.



Der Schwingkreis der Mittelwellenspule ist nun fertig. Wir benötigen aber noch den Anschluss des Koaxialkabels. Würden wir das Koaxkabel direkt an die Schwingkreisspule anklemmen, bräche die Spannung aufgrund der Belastung durch den Empfängereingang unweigerlich zusammen und der Empfang wäre zunichte. Wir müssen also induktiv auskoppeln. Dazu wickeln wir in die Schwingkreisspule zusätzlich eine weitere Spule: die Koppelspule. Diese entspricht etwa einem Zehntel der Windungen der Schwingkreisspule -> 11 / 10 = 1,1. Unsere Koppelspule muss für den Mittelwellenbereich also eine Windung haben.

Wichtig: Achten Sie darauf, dass Schwingkreisspule und Koppelspule den selben Wickelsinn haben, da die Schaltung sonst nicht funktionieren würde. Die Enden der Koppelspule verbinde man nun mit dem Koaxialkabel, an dessen Ende man den für den Empfänger benötigten Stecker anlötet (hier dürfen Sie dann doch ausnahmsweise löten).

Vielleicht ist Ihnen aufgefallen, dass die Antenne keine Erdung besitzt. Das ist richtig so und wichtig. Zum Schluß richte man das Holzkreuz auf und schraubt es mittels der beiden noch übriggebliebenen Metallwinkel auf die Grundplatte. Fertig ist die Antenne.

Eine Rahmenantenne lässt sich selbstverständlich auch für andere Wellenbereiche konzipieren. Ich selbst konstruierte zuletzt eine kombinierte Lösung für Mittel-, Lang- und Grenzwelle mit entsprechend höheren Windungszahlen. Je nach gewünschtem Band kann ich einzelne Bereiche der Spulen über einen Stufenschalter kurzschließen und diese somit elektrisch verkürzen.

Viel Freude an Ihrer neuen Rahmenantenne !