UHF-Milsat Satcom: Eine faltbare Turnstile-Antenne

Eine leicht zu transportierende und platzsparend zu verstauende Antenne für den Funkempfang von UHF-Satelliten musste her – so mein Gedanke, nach dem ich versuchte, meine vor langer Zeit gebaute Satcom-Antenne  mal eben von A nach B zu transportieren.

Zur Erinnerung: Die „Jagd“ nach Signalen von Militärsatelliten im UHF-Bandbereich ist eine durchaus spannende Sache. Doch um die Jagd gelegentlich aufzunehmen ist eine Antenne mit festen Strahlern, Direktoren und Reflektoren einfach zu unhandlich und nimmt zudem viel Platz weg.

Die Idee

Vor diesem Hintergrund ist mein folgend beschriebenes Antennen-Projekt entstanden: Eine faltbare Turnstile-Antenne für UHF (Mottenfrequenz: 255.550 Mhz), basierend auf der im Internet kursierenden Bauanleitung von I6IBE. Doch statt starrer Strahler/Reflektoren-Elemente bediene ich mich für die Konstruktion der Elemente einem Metall-Maßband, aus welchem ich die Kreuzdipole, die Reflektoren und Direktoren anfertige.

Das Antennen-Layout nach I6IBE.

Die Umsetzung

Als Boom für die Antenne nutze ich ein 20x20mm Vierkant-Alu-Rohr. Die Halterungen für die Antennen-Elemente, die aus dem Metallmaßband hergestellt sind, habe ich in CAD extra konstruiert und in PLA (0,2mm Layer-Höhe, 80 Prozent Infill) mit dem 3D-Drucker angefertigt.

Der Turnstile-Boom mit abnehmbaren Direktoren-Segement.

Die Einzelteile der faltbaren UHF-Antenne. Nicht im Bild sind Schrauben, Muttern, Elemente, SMA-Buchse und die Koaxkabel.

CAD-Modell der Stativhalterung und der Endkappe, die die SMA-Buchse aufnimmt.

Die 50 Ohm-Kabel sind RG 174, die Anpassungsleitung besteht aus 75 Ohm-TV-Koax-Kabel. Die von I6IBE angegebenen Längen für das Koax sind einzuhalten. Um die 90 ° Phasenverschiebung der Kreuzdipole für die zirkulare Polarisation zu erreichen, ist eine ¼ Lambda-Schleife anzufertigen – RG58 ist jedoch mit Phasenverschiebungsschleife für den vorhandenen Boom einfach zu sperrig, daher nutze ich das dünnere RG174 für die 50 Ohm-Kabel.

Am unteren Ende des Booms ist ein Endstück für die Aufnahme einer SMA-Buchse angebracht, dieses Teil ist ebenfalls aus PLA gedruckt, genau wie auch die Stativhalterung, in der ein passende 1/4“-UNC-Mutter eingepresst und verklebt wird.

Das Ad-on: Ein abnehmbares Direktoren-Segment

Um den Antennengewinn zu steigern, habe ich abweichend von der Konstruktion von I6IBE noch ein Direktoren-Segement als steckbares Teil entworfen. Die Direktoren haben dabei einen Abstand zu den gekreuzten Dipolen von 260 mm (das entspricht 0,15 Lamda). Die Direktoren-Elemente sind, wie bei Yagi-Antennen üblich, 5 Prozent kürzer als die Elemente des Dipols.

CAD-Modell: Es zeigt die Halterung für das Direktoren-Element, welche auf dem Kreuzdipol-Haltekreuz sitzt.

Der gedruckte Bolzen hält das Direktoren-Element später zuverlässig an seinem Ort.

Die gedruckte Halterung für das Direktoren-Segment.

Ein Nagel dient als Sicherungsstift.

Direktoren-Segment: Frisch gebaut…

Der Zusammenbau

Zunächst habe ich die Bohrungen für Schrauben der Elementhalter mit einem 4,1mm Bohrer in den Elementen angebracht. Anschließend lötete ich die Lötfahnen an die Kreuzdipol-Elemente. Es folgte die Montage des Reflektoren- und des Dipolelements. Nach dem Zuschnitt der Koaxkabel und deren Verlötung untereinander wurden diese schließlich mit den Dipol-Elementen verlötet. Daraufhin wurden die Kabel in das Boom-Rohr eingefädelt und schließlich die SMA-Buchse in das gedruckte Endstück montiert und letztlich mit dem Koax-Strang verlötet. Die Kunststoffteile habe ich in einem letzten Arbeitsgang mit UHU Hart am Alu-Boom verklebt.

Hauptmaterial: Stahlmaßband und Al-Vierkantrohr (20×20).

Der Materialaufwand ist überschaubar.

Die beiden Hälften der Element-Halter. Die Unterteile (rechts) sind für Reflektor, Dipol und Direktor nutzbar. Das Oberteil (links) für Direktor und Reflektor. Für den Kreuz-Dipol ist ein gesondertes Druckteil nötig.

Passgenau: Die beiden Kreuzhälften liegen gut aufeinander.

Das Stahlmaßband wird mit einer Blechschere zugeschnitten. Jedes Element ist zunächst 5% länger und wird später iterativ nach entsprechender Messung verkürzt.

Die Elemente aus Stahlmaßband werden in den gedruckten Kreuzhaltern durch Schrauben fest verklemmt.

Mit Tape werden die Reflektoren-Element zunächst am Haltekreuz fixiert.

Ohne 3.Hand geht es nicht…

Die Lötfahne ist am Dipol fixiert.

Blick auf den offenen Kreuzdipolhalter (Prototyp) mit den Dipol-Elementen.

Der Kreuzdipol ist verkabelt.

Die beiden Koax-Leitungs-Stränge sind miteinander verlötet.

Der Kabelstrang aus Phasenverschiebungsleitung und Anpassung. Der Strang verschwindet später im Boom der Turnstile.

Die SMA-Buchse sitzt.

Die fertige Antenne

Seitenansicht der Turnstile-Antenne. Das zusätzliche Direktoren-Segement ist abnehmbar.

Blick auf die Turnstile-Antenne.

Detailansicht: Mount für das abnehmbare Direktoren-Segment.

Handlich: Das Direktoren-Segment einmal exemplarisch gefaltet.

Mit Klebeband werden die Direktoren-Elemente zusammengebunden.

 

Material zum Bau 

Für die Turnstile-Antenne werden benötigt:

1 Stück Al-Vierkantrohr 20x20x440mm

8 Stück M4x25 Schrauben mit Muttern

1 Stück 3m Metallmaßband (16 mm Breite)

1 Stück 1/4“ Mutter (UNC)

1 Stück SMA-Einbaubuchse

4 Stück Lötfahnen

RG-174 50 Ohm Koaxkabel

75 Ohm TV-Koaxkabel

Isolierband oder Schrumpfschlauch

Kleber zum Befestigen der Kreuzhalterungen am Vierkantrohr (Uhu Hart).

Sparylack (schwarz)

Die Druckteile stehen bei thingiverse zum download bereit.

 

Für das Direktoren-Segment wird folgendes Material benötig:

1 Stück Al-Vierkantrohr 20x20x257mm

4 Stück M4x25 Schrauben mit Muttern

1,2 Meter Metallmaßband (16mm Breite)

Die Druckteile stehen ebenfalls bei thingiverse zum download bereit.

 

 

Test der Antenne

 

Im Betrieb zeigt die um ein Direktoren-Segment ergänzte Version der UHF-Turnstile einen Gewinn von ca. 2-3 dB gegenüber der Turnstile-Antenne ohne Direktoren-Segment.

Der Test der Antenne (ohne Direktoren-Segment) ist sehr vielversprechend gewesen. Mit dem Antennen-Analyzer habe ich bei 255.550 Mhz ein VSWR vom 1,591:1 gemessen. Die Impedanz (Z) liegt laut Messung bei 43.73 Ohm. Im praktischen Betrieb ergab sich mit der Turnstile-Antenne ein SNR > 20 dB (RX-Setup: Turnstile mit LNA4All, Airspy R2), wobei sich eine sehr gut verständliche Voice-Modulation (NFM) zeigte.

Im praktischen Betrieb ist mit der Turnstile-Antenne ein gutes SNR zu erzielen.

 

Messung der Turnstile-Antenne.

Die Messung der Turnstile mit Direktoren-Segment hat beim Messen ein VSWR von 1.534:1@255.550 Mhz und eine Impedanz von 44.99 Ohm gezeigt. Die am Airspy-SDR gemessene Verstärkung liegt bei ca. 2-3 dB gegenüber der Turnstile ohne Direktoren-Segment.

Messung der mit Direktoren-Segment ausgeführten Turnstile-Antenne.

Die Antenne hat nun ihr einheitliches Farbkleid bekommen:

Nach der Lackierung…

Nun ist die Antenne auch farblich fertig.

Jetzt geht es mit der Antenne in den Rx-Einsatz.

Horrido und stay tuned!

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