Bild (1) Dreidimensionale Darstellung der Lindenblad-Antenne für linksdrehende Polarisation (LHCP).
Lindy - die Lindenblad-Antenne
Veröffentlicht im FUNKAMATEUR Heft 5 (1997) Seite 570
Betrachtet man Antennenanlagen von Satellitenstationen entsteht
der Eindruck, daß diese Anlagen zwangsläufig mit Rotoren
für Azimut und Elevation ausgerüstet sein müssen.
Für den Kontakt mit Satelliten auf niedrigen kreisförmigen
Umlaufbahnen
(LEO = Low Earth Orbit) geht es auch mit weniger
Aufwand. Jedoch kommt es bei Verwendung von einfachen Antennen,
wie Groundplane und Dipol oft zu Schwunderscheinungen durch Polarisationsdrehung
der Signale aus dem Orbit.
Abhilfe verspricht hier nach (1) die Lindenblad-Antenne, die
nicht viel größer als eine Turnstile oder Groundplane
ist. Howard, W6SHP nennt sie in (2) liebevoll Lindy.
Die Lindenblad-Antenne ist unter Funkamateuren wenig bekannt,
obwohl sie im VHF-Bereich für den Flugfunk verwendet wird.
Das omnidirektionale Strahlungsdiagramm und die zirkulare Polarisation
sind hervorragend geeignet für einen nullstellenfreien Empfang
von linearer polarisierten Signalen, die zufällig aus verschiedenen
Richtungen einfallen, wie sie von startenden und landenden Flugzeugen
ausgesendet werden. Ähnliche Bedingungen liegen bei Satelliten
auf LEO-Bahnen vor.
Die Lindenblad-Antenne besteht aus 4 Dipolen, die um einen imaginären horizontalen Kreis von etwa 0,3 Wellenlängen angeordnet sind. Jeder Dipol ist um 30° gegenüber der Horizontalebene geneigt.
Alle 4 Dipole sind in der selben Richtung geneigt: Entweder in Uhrzeigerrichtung (für RHCP, rechtsdrehende Zirkularpolarisation) oder entgegen dem Uhrzeigersinn (für LHCP, linksdrehende Zirkularpolarisation) aus der Perspektive eines Betrachters im Zentrum des Kreises. Das Prinzip ist in Bild (1) zu sehen.
Die Faltdipole erlauben eine einfache Impedanzanpassung. Bild (2) . Die vier Speiseleitungen dividiert sich die Impedanz der Dipole durch vier, so daß ein Koaxialkabel angeschlossen werden kann. Um die Anpassung zu optimieren kann man hier einen Impedanztransformator und/ oder einen Balun zwischen die Phasenleitungen und die Hauptspeiseleitung schalten.
Da alle Dipole in Phase gespeist werden, ist die Leistungsverteilung
und die Phasenlage einfach und das Antennengebilde kann ohne
Meßgeräte leicht nachgebaut werden.
Die Strahlung der Lindenblad-Antenne ist in der Horizontalebene
omnidirektional und begünstigt Signale mit geringem Erhebungswinkel
in der Vertikalebene. Das Bild (3) zeigt das vertikale Strahlungsdiagramm
der Antenne.
Bei Nutzung der Antenne für Funkverbindungen mit Satelliten auf kreisförmigen niedrigen Umlaufbahnen wird der steigende Leistungsbedarf bei niedrigen Elevationswinkeln teilweise kompensiert. Der Signalpegel bleibt konstant über einem beachtlich langen Elevationsbereich.
Das abgestrahlte Signal ist in alle Richtungen annähernd zirkular polarisiert. Für eine Antenne die nicht nachgeführt wird ist das eine hervorragende Charakteristik.
Der Polarisationssinn ist durch die Richtung, in der sich die
Dipole in der Horizontalebene neigen bestimmt. Die Polarisation
kann nicht durch Modifikation des Speisesystems umgeschaltet werden;
wenn zwischen RHCP und LHCP umgeschaltet werden soll muß
die Antennenstruktur verändert werden. In der Praxis bedeutet
das, daß man zwei solcher Antennen benötigt, die über
ein Koaxrelais umgeschaltet werden müssen.
Anpassung
Um einen nicht reaktiven Widerstand im Speisepunkt der Faltdipole zu erzielen müssen diese gegenüber der vollen Resonanzlänge verkürzt werden. Dieses Verhältnis kann nicht in einer einfachen Formel wiedergegeben werden. Stu, WD4ECK/7 errechnete mit einem Simulationsprogramm (MINITEC) die Konfiguration für verschiedene Dipollängen l, Abstände der Schleife s und Elementendurchmesser von 2 mm und 6 mm. Diese Werte für das 70-cm-und 2-m-Satellitenband sind in Tabelle (1) und (2) wiedergegeben.
Die Dimensionierung der Phasenleitung für gewöhnliches TV-Flachbandkabel mit einem Verkürzungsfaktor von 0,82 ist ebenfalls dort angegeben. Verwendet man Kabel mit anderen Verkürzungsfaktoren errechnet sich die Länge der Phasenleitung wie folgt:
L/2 = (14998,7 vf)/f
f in MHz, L/2 in cm.
Verwendet man für die Phasenleitung Flachbandkabel mit einem
Widerstand von 300 , kann man ein Koaxialkabel mit 75 direkt
angeschlossen werden. Soll jedoch 50 - Kabel (z. B. RG58/U) verwendet
werden, dann ist die Zwischenschaltung eines Balun sinnvoll.
Praktischer Aufbau
Um die Elemente der Antenne stabil in der vorgegebenen Richtung
zueinander zu halten benötigt man einen entsprechenden Aufbau,
der aus einem Kreuz besteht und an dessen Enden die Elemente an
geeigneten Halterungen (Elemententräger) angebracht sind.
Kreuzkonstruktion und Elemententräger sollten aus nichtleitendem
Material sein.
Bei Konstruktionen für das 2-m-Band bieten sich Kunststoffrohre
oder Holz an. Das Bild (6) zeigt eine einfache Holzkonstruktion,
wie sie in (1) beschrieben ist. Die Elemente sind aus Kupferdraht
mit 2 mm Durchmesser gebogen (Tabelle (1) erste Zeile). Es werden
zwei Holzleisten mit quadratischem Profil und etwa 5 cm Kantenlänge
verwendet, aus denen wie im Bild (6) oben dargestellt Aussparungen
gesägt werden und ein Kreuz gebildet wird. An den Enden
befinden sich in einem Winkel von 30° angbrachte Elemententräger
aus Plexiglas an denen die Faltdipole mit Nylonfaserband befestigt
sind. Die Elemententräger haben eine Dicke von 2 mm bei einer
Breite von ca. 14 mm und einer Länge von 150 mm.
Für eine 70-cm-Lindenblad eignet sich eine etwa 6 mm starke
Plexiglasscheibe aus der Kreuz und Elemententräger ausgesägt
werden können Bild (4) . Die Elemententräger werden an
den Enden des Kreuzes senkrecht aufgestellt (geklebt und/oder
verschraubt) und die vier Faltdipole daran befestigt Bild (5) .
Dazu werden acht Montagelöcher in die Elemententräger
gebohrt und die Dipole mit je vier Krampen aus Kupferdraht, die
auf der Innenseite verdrillt werden befestigt. Die Faltdipole
werden über vier Phasenleitungen angeschlossen. Hierbei ist
zu beachten, daß die Art der Verlegung den gemeinsamen Speisepunkt
Z beeinflussen. Versuche zeigten, daß das niedrigste Stehwellenverhältnis
dann zu erreichen ist, wenn die vier Leitungen möglichst
symmetrisch zueinander und so weit wie möglich voneinander
entfernt geführt werden. Flattern die Leitungen im Wind,
dann flattert auch das SWV.
Bild (7) zeigt eine vom Autor aufgebaute Lindy für das 70-cm-Band. Die Elemente wurden nach Tabelle (2) aus verzinktem Stahldraht mit 2 mm Durchmesser und einem Abstand s von ca. 2 cm gebogen, um der Impedanz von 300 Ohm (TV-Kabel) nahezukommen. Ohne einen Balun liegt das Stehwellenverhältnis bei nur 1,8 : 1.
Subjektiv kann die Verbesserung gegenüber einer Groundplane
bei niedrigen Elevationen bestätigt werden.
Tabellen zum Artikel
Tabelle (1): Dimensionierung für 2-m-Lindenblad-Antenne
nach (2)
| . | Element 2 mm | Element 6 mm | ||
| Abstand s | Länge d | Impedanz | Länge d | Impedanz |
| cm | cm | Ohm | cm | Ohm |
| * 1,6 | 96,2 | 300,0 | - | - |
| 4 | 87.3 | 299.3 | 84.9 | 288.1 |
| 5 | 86.4 | 296.3 | 84.1 | 284.8 |
| 6 | 85.6 | 293.5 | 83.3 | 281.5 |
| 7 | 84.7 | 289.9 | 82.5 | 278.0 |
| 8 | 83.8 | 286.0 | 81.5 | 273.3 |
| 9 | 82.9 | 281.9 | 80.5 | 268.4 |
| 10 | 82.0 | 277.5 | 78.8 | 265.0 |
| 15 | 77.2 | 251.5 | 74.8 | 238.5 |
| 20 | 71.8 | 219.8 | 69.2 | 207.7 |
Die Phasenleitung (Flachbandkabel) mit einem Verkürzungsfaktor = 0.82 hat für eine QRG von 146 MHz eine Länge l = 84.2 cm.
Elementenabstand von 0.3 Wellenlängen entsprechen 61.5 cm.
* Werte aus (1), Aufbau siehe Text.
Tabelle (2): Dimensionierung für 70-cm-Lindenblad-Antenne
nach (2)
| . | Element
2 mm | Element
6 mm | Element 6 mm (oben)
1,6 mm (unten) | |||
| Abstand s | Länge d | Impedanz | Länge d | Impedanz | Länge d | Impedanz |
| cm | cm | Ohm | cm | Ohm | cm | Ohm |
| 1,3 | . | . | . | . | 29,5 | 200 |
| 2 | 27.9 | 282.4 | 26.7 | 264.0 | . | . |
| 3 | 27.0 | 269.3 | . | . | . | . |
| 4 | 26.0 | 252.8 | 24.9 | 231.9 | . | . |
| 5 | 25.0 | 235.4 | . | . | . | . |
| 6 | 24.0 | 217.7 | 22.7 | 193.5 | . | . |
| 7 | 22.7 | 195.8 | . | . | . | . |
Die Phasenleitung (Flachbandkabel) mit einem Verkürzungsfaktor = 0.82 hat für eine QRG von 437 MHz eine Länge l = 28.1 cm.
Elementenabstand von 0.3 Wellenlängen entsprechen 20.6
cm.
Bilder zum Artikel
Bilderverzeichnis:
(1) Dreidimensionale Darstellung der Lindenblad-Antenne
für linksdrehende Polarisation (LHCP).
(2) Schematische Darstellung der Speisung der einzelnen Dipole (Draufsicht).
(3) Vertikales Strahlungsdiagramm der Lindenblad-Antenne.
(4) Montagekreuz für 70-cm-Lindenblad-Antenne. Plexiglas oder anderes
nichtleitendes Material verwenden (ca. 6 mm dick).
(5) Speisung der einzelnen Elemente der Lindenblad-Antenne (nicht maßstäblich).
(6) Konstruktionsvorschlag für eine 146-MHz-Lindenblad-Antenne nach (1). (nicht maßstäblich).
(7) Die fertig aufgebaute 70-cm-Lindenblad. Die Elemententräger und das
Montagekreuz sind aus Plexiglas gefertigt.
Tabellenverzeichnis:
(1) Dimensionierung für 2-m-Lindenblad-Antenne
nach (2)
(2) Dimensionierung für 70-cm-Lindenblad-Antenne
nach (2)
Quellen:
(1) Davidoff, Martin, Phd, K2UBC: The Satellite Experimenters Handbook.
ARRL Newington 1990. ISBN: 0-87259-318-5.
(2) Sodja, Howard, W6SHP: The Lindenblad: The Ultimate Satellite Omni
Antenna, Artikel im Internet.
Updated 7 September 1995.
http://www.amsat.org/amsat/articles/w6shp/lindy.html
