Leiterplattenbasierte LPDA

Hallo allerseits!

Vor einigen Jahren erschien in der Zeitschrift "UKW- Berichte" (03/2005) ein Artikel zum Entwurf einer leiterplattenbasierten LPDA. Der Autor entwarf die Antennenstruktur gem=E4=DF den einschl=E4gigen Entwurfsverfahren (siehe z.B. "Rothammels Antennenbuch" Kapitel 27), nutzte dar=FCber hinaus jedoch die M=F6glichkeit, durch unterschiedliche Elementenbreiten, einen konstanten Wellenwiderstand f=FCr alle Dipole zu realisieren. Die Vermessung erster Prototypen hinsichtlich VSWR und Strahlungsdiagramm ergab jedoch keine zufriedenstellenden Ergebnisse: Das VSWR schwankte im Arbeitsfrequenzbereich extrem und das Strahlungsdiagramm wies keine eindeutige Hauptkeule auf. Nach l=E4ngerem Experimentieren kam der Autor zu dem Schluss, dass die beobachteten Probleme auf die zur Elementenspeisung dienende Bandleitung zur=FCckzuf=FChren waren, welche bei diesem Entwurf v=F6llig mit FR4 ausgef=FCllt war. Die Welle auf der Bandleitung breitete sich somit deutlich (ca. 50%) langsamer aus als die von den Dipolen der aktiven Zone abgestrahlten Wellen. Dadurch waren die Phasenverh=E4ltnisse der von den Dipolen abgestrahlten Wellen nicht mehr im richtigen Verh=E4ltnis zueinander. Dies erkl=E4rt - zumindest auf den ersten Blick - plausibel die r=E4tselhaften Messergebnisse f=FCr VSWR und Strahlungsdiagramm. Der Autor l=F6ste das Problem, indem er die beiden H=E4lften der Antennenstruktur auf zwei Leiterplatten verteilte und diese so aufeinanderlegte und mit Abstandshaltern fixierte, dass das Dielektrikum der Bandleitung aus Luft bestand. Die Vermessung dieser Antennenvariante ergab endlich die gew=FCnschten Eigenschften hinsichtlich VSWR und Abstrahlcharakteristik.

Den Ergebnissen dieses Artikels zum Trotz, finden sich im Internet diverse Artikel zu Entw=FCrfen leiterplattenbasierter LPDA, bei denen die speisende Bandleitung mit Leiterplattenmaterial (zumeist FR4) gef=FCllt ist und die durchaus zufriedenstellende Messergebnisse (VSWR, Strahlungsdiagramm) liefern.

Ich selbst habe vor einigen Monaten eine kommerzielle LPDA anhand der einschl=E4gigen Entwurfsverfahren analysiert und das Design f=FCr einen nach unten hin erweiterten Frequenzbereich =FCberarbeitet. Die zugrundeliegende kommerzielle Antenne hat einen Arbeitsfrequenzbereich von 450MHz bis 960MHz und besteht aus einer zweilagigen Kupferstruktur auf FR4 Leiterplattenmaterial, bei der die zur Speisung der Dipole dienende Bandleitung mit FR4 gef=FCllt ist. Ziel des Redesigns war eine Erweiterung des Frequenzbereichs nach unten hin bis 315MHz. Zu diesem Zweck wurde die Antennenstruktur um 3 l=E4ngere Dipole erg=E4nzt. Nach Fertigung der neuen Antennenstruktur wurde diese Vermessen. Die Messung der R=FCckflussd=E4mpfung ergab durchaus zufriedenstellende Werte

10dB im gesamten Arbeitsfrequenzbereich. Eine Messung des

Strahlungsdiagramms war bislang leider nicht m=F6glich.

Somit steht also gegen die - auf den ersten Blick durchaus plausibel erscheinende - Aussage des Artikels in den UKW-Berichten, das Design diverser kommerziell gefertigter Antennen, die Aussagen diverser Artikeln im Internet, sowie auch die Messergebnisse meines eigenen LPDA-Entwurfs.

Ich hoffe, jemand von Euch kann mir einen Hinweis zur Aufl=F6sung dieses scheinbaren Widerspruchs geben.

MfG / vy 73 de

Ilka Harders, DL2IH

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Milka
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Hallo!

Milka schrieb:

Nundenn, wie du selbst angemerkt hast gibt es durchaus komerzielle LPDA's auf jegwelchen Basismaterialien. Ob das alles wirklich immer FR4 ist wage ich zu bezweifeln. Eine zerlegte Hirschmann (ohne Random) hier ist doppelseitig auf einem unbekanntem Harzmaterial ohne sichtbare oder an den Schnittkanten spörbaren Fasereinlagerungen. Beim fräßen oder ansägen erhält man eine absolut glatte Schnittkante. Die 470-800MHz LPDA-Panels welche für Funkmikrofone/IEM/Reportagefunk usw. verwendet werden, sind auch nicht auf FR4. Zumindest das zerbrochene Sennheiser-Panel sah mir eher nach einem Keramiksubstrat aus.

Aber dennoch habe ich vor einiger Zeit mal zwei LPDA's testweise auf FR4 geätzt. Doppelseitig, jede Dipolseite abwechselnd Oberseite/Unterseite. Gespeißt über eine einseitig mit dem Schirm großflächig auf den Boom aufgelötete SemiRigrid. Der Innenleiter an der Spitze (kürzestes Dipol) durch eine Bohrung geführt und dort an den heißen Boom.

Also sogesehen auch eine symmetrische Streifenleitung mit FR4 als Dielektrikum. Funktioniert sowei auch. Sind bestimmt noch verbesserungswürdig, aber es ist eine deutliche Rückdämpfung und eine saubere Keule über den angestrebten Frequenzbereich feststellbar. Für meine Zwecke reicht's...und das Finetuning kommt mal irgendwann, wenn ich viel Zeit habe. Aber bis zur Rente dauert's bei mir noch...:-)

Grüße aus Dortmund

Jürgen Hüser, DG7GJ

--
www.funktechnik-hueser.de
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Jürgen Hüser

Koennte es von Rogers gewesen sein?

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Manchmal werden die auf "Alumina" gemacht, die weisse Keramik auf der Hybrids gefertigt werden.

Die billigsten UHF-Chosen werden auch auf Pertiknacks gedruckt (kein Scherz).

--
Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com/

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Use another domain or send PM.
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Joerg

Hallo J=FCrgen!

m

l)

Genauso ist auch die von mir =FCberarbeitete LPDA aufgebaut.

Genau diese Streifenleitung, welche mit dem Dielektrikum der Tr=E4gerplatte (hier also FR4, kann aber auch ein anderes Material sein; in jedem Fall ist epsilon_r > 1) ausgef=FCllt ist, gibt mir R=E4tsel auf. Gegen=FCber einer mit Luft gef=FCllten Streifenleitung wird sich die Welle auf der mit Dielektrikum gef=FCllten Streifenleitung langsamer ausbreiten, wodurch die Phasenverh=E4ltnisse quasi "durcheinandergeraten" - so jedenfalls die Argumentation im UKW- Berichte-Artikel.

Das ist auch meine Beobachtung. Die Frage, die mich nicht losl=E4sst ist "Wieso?"

vy 73 de Ilka, DL2IH

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Milka

Jürgen Hüser schrieb:

Kommerziell, vergleichsweise billig:

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Kent erwähnt irgendwie, dass er diese in einigen Iterationen empirisch optimiert hat.

--
cheers, J"org               .-.-.   --... ...--   -.. .  DL8DTL

http://www.sax.de/~joerg/                        NIC: JW11-RIPE
Never trust an operating system you don't have sources for. ;-)
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Joerg Wunsch

Wieso nicht? zwischen den Dipolen ist auch FR4 oder Pertinax, nicht nur auffm Boom.

w.

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Helmut Wabnig

Schick mir eine, ich möcht's SWR anschaun..... Und den Gain.

w.

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Helmut Wabnig

Ich hatte mal so eine.....und schnell wieder verkauft auf Ebay... hüstel hüstel... w.

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Helmut Wabnig

-v, bitte.

-- cheers, J"org .-.-. --... ...-- -.. . DL8DTL

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NIC: JW11-RIPE Never trust an operating system you don't have sources for. ;-)

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Joerg Wunsch

Hallo nochmal...

Vor einiger Zeit hat ein Kollege von mir mal von einer LPDA von Sennheiser die Lackschicht abgeschmirgelt, um die Antennenstruktur vermessen zu k=F6nnen. Dieses Exemplar habe ich mir heute noch mal angeschaut und das Basismaterial ist definitiv FR4.

vy 73 de Ilka, DL2IH

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Milka

man eine

Zumindest die mir vorliegende LPDA von Sennheiser hat definitiv kein Rogers als Basismaterial sondern FR4 (siehe voriges Posting). Mir ist Rogers als Leiterplattenmaterial auch nur im Verbund mit z.B. FR4 bekannt. Da Rogers erheblich spr=F6der ist als FR4 h=E4tte ich bei reinem Rogers auch gewisse Bedenken hinsichtlich der mechanischen Stabilit=E4t. Habe allerdings noch nie reines Rogers in der Hand gehabt und lasse mich da gerne eines besseren belehren. Nichtsdestotrotz haben selbst Rogers oder andere HF-taugliche Materialien (laut Materialauswahl in AppCAD) ein epsilon_r > 2. Somit breitet sich die Leitungswelle immer noch um ca. 70% langsamer aus als auf einer mit Luft gef=FCllten Bandleitung.

Alumina hat laut Materialauswahl in AppCAD ein epsilon_r > 9, was zu einer extremen Verringerung der Wellenausbreitungsgeschwindigkeit auf ca. 30% gegen=FCber der Ausbreitung in Luft f=FChren w=FCrde.

MfG / vy 73 de

Ilka, DL2IH

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Milka

R4

te.

Boom

ipol)

.

le

Das Feld der Dipole breitet sich aber nicht nur in der Leiterplattenebene im FR4 aus sondern zum =FCberwiegenden Teil in der umgebenden Luft. Die von den Dipolen der aktiven Zone abgestrahlten Wellen breiten sich somit mit nahezu Lichtgeschwindigkeit aus, w=E4hrend die Welle auf der FR4-gef=FCllten Bandleitung sich nur mit ca. 50% der Lichtgeschwindigkeit ausbreitet. Dadurch =FCberholen die von den Dipolen abgestrahlten Wellen quasi die auf der Bandleitung und die Phasenverh=E4ltnisse geraten durcheinander. ... oder sie m=FCsten es eigentlich, tun es aber irgendwie - laut meinen Messergebnissen - doch nicht. Irgendwo ist da ein Denkfehler drin, aber ich finde zum verrecken nicht wo...

MfG, vy 73 de

Ilka, DL2IH

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Milka

.

Boom

ol)

Bei der von mir =FCberarbeiteten LPDA auf FR4 ist der Return Loss im gesamten Nutzfrequenzbereich > 10dB, demnach VSWR < 2:1. Da ich im Antennendesign keine Ursache f=FCr signifikante Verluste erkennen kann, spricht das akzeptable VSWR meines Erachtens daf=FCr, dass die Antenne die ihr zugef=FChrte Leistung auch abstrahlt.

MfG, vy 73 de

Ilka, DL2IH

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Milka

Wird so sein.

2:1 ist für eine print LPDA hervorragend.

w.

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Helmut Wabnig

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