Mantelwellensperre

 


 

 

Ursachen von Mantelwellen

  • Wenn von der asymmetrischen Koaxialkabeleeinspeisung auf die symmetrische Speisung der Dipolantenne kein Symmetrier – Glied  ( BALUN 1:1 ) eingesetzt wird, entstehen Mantelwellen, gemäss nachstehender Zeichnung.
  • Diese Mantelwellen fliessen auf der Aussenseite des Koaxialkabels zurück zum Transceiver und  Erdpotential.
  • Weil der Schirm des Koaxialkabels an Erde liegt, gelangen diese Mantelwellen via Transceiver und Netzgerät in die 230 V / 400 V  AC Hausinstallation.
  • Dadurch können TV, BCI und anderen Apparaten Störungen hervorgerufen  werden !
  • Mantelwellen können aber auch durch andere  Gründe entstehen, wenn der Koaxialkabelschirm der Zuleitung als Antenne wirkt.

Hinweis:   BALUN 1 : 1,   siehe separater Beitrag im Blog HB9LCD

 

 


 

Entstehung  Mantelwellen

 

 

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Quelle: Zeichnung HB9LCD

 

 


 

Mantelwellensperre

Kurze Repetition zum Koaxialkabelaufbau :

  • Der äußere Metallmantel des Koaxialkabels wirkt als Faraday – Käfig ( Erdpotential ) und sorgt für eine Abschirmung des signalführenden Innenleiters gegen äussere elektrische Störfelder.
  • Der Metallmantel des Koaxialkabels wird gleichzeitig als Rückleiter für das HF – Signal benutzt und sorgt für eine gute Abschirmung  ( keine HF – Abstrahlung ).
  • Die Eindringtiefe des HF – Signals beträgt,  auf Grund des Skin-Effektes,  ca.  0.02 mm in der „Seele“ und dem „Aussengeflecht“ des Koaxialkabels.
  • Auf dem Metallmantel ist also einerseits aussen erdpotential und innen HF – Rückstrom  ( Skin – Effekt ! ).
  • Mantelwellen breiten sich also auf der Außenseite des Koaxialkabelmantels aus und können mit einer geeigneten aussen angebrachten Mantelwellensperre unterdrückt werden.

Die Drosselwirkung einer Mantelwellensperre besteht darin, dass man mittels induktivem ( Xl )und ohmschen Widerstand ( R ) den Stromfluss der Mantelwelle auf der Aussenseite des Koaxialkabels begrenzt.

Die Mantelwellensperre hat also keinen ( oder fast keinen ) Einfluss auf das Sendesignal.

Die Mantelwellensperre wird in den meisten Anwendungen beim Speisepunkt der Antenne eingebaut, da hier eine Asymmetrie, wie oben beschrieben, vorliegt.

In andern Fällen ist auch ein Einsatz einer Mantelwellensperre bei der Funkstation sinnvoll, um anderweitige HF – Beeinflussung wie QRN beseitigt werden konnten. ( Anwendung je nach Situation,  ausprobieren ! )

Wichtig ist, dass das Koaxialkabel nur auf der Stationsseite am zentralen Erdpunkt angeschlossen ist, da sonst die Mantelwellensperre überbrückt würde und nutzlos ist.

 

 


 

 

Unsymmetrische Antennen

Der Einsatz einer Mantelwellensperre ist bei allen asymmetrischen Antennen am Speisepunkt sinnvoll wie bei :

  • Groundplanes
  • Windoms – Antennen
  • Langdrahtantennen etc.
 

 

Bei UNUN 1 : 9 Betrieb müssen Radials angeschlossen werden, da durch die antennenseitig nachgeschaltete Mantelwellensperre das Koaxialkabel nicht mehr als Gegengewicht wirken kann !

 


 

 

Mantelwellensperren , Typen :

  • Luftspule                               ( kann einfach selbst hergestellt werden )
  • Ferritspule                             ( Kann mit Ferritkern selbst hergestellt werden )
  • W2DU – „BALUN“                   ( kommerzielles Produkt, kaufen )

 


 

 

Luftspule

  • Die Luftspule wird auf einem PVC – Rohr von 110 mm Durchmesser aufgewickelt.
  • Mit RG 58 macht man 11 eng aneinander liegende Windungen.
  • Man benötigt dafür ca. 4 m RG 58 ( Zuleitung wird somit 4 m länger ! )
  • Dies ergibt eine Mantelwellensperre mit folgenden Impedanz- resp. Widerstandswerten.
  •     80 m,    3.7 MHz :        Z = ca.         400 Ω,     Ɵ = 90°   /    rein Induktiv
  •     40 m,       7 MHz :        Z = ca.       1360 Ω,     Ɵ = 90°  /     rein induktiv
  •     20 m,     14 MHz :        Z = ca.   > 1500 ,     Ɵ =  ?     /    Messbereich endet bei 1500 Ω !
  •     15 m,     21 MHz :        Z = ca.        660 Ω,      Ɵ = 85°   /    Rs =      25 Ω        Xs =     630 Ω
  •     10 m,     29 MHz :        Z = ca.        390 Ω,      Ɵ = 90°   /    rein Induktiv

( Messung HB9LCD mit MFJ 269, kurze Messleitungen, Batterie Messgerät 13.8V, Messgenauigkeit ca. +/- 10 %,  ohne Gewähr ! )

 

Spezifische Eigenschaften eines Luftbaluns :

  • Leistungsgrenze = Koaxialkabel – Werte. 
  • Keine Sättigungsprobleme mit Erwärmung bis hin zur Zerstörung !
  • keine Entstehung von Oberwellen durch Nichtlinearität. 
  • Keine Überschläge zwischen Windungen und Kern. 
  • Nachteil voluminös.
  • Schmalbandiger als Baluns mit Ferritkernen.
  • sehr einfach und billig herzustellen !

 

 

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Quelle: Foto HB9LCD, Eigenproduktion mit RG58 11 Windungen, 4m RG 58

Wetterfeste Ausführung,  Steckverbindungen dichten !

 


 

 

Ferritkernspulen

Das Koaxialkabel der Speiseleitung wird auf einem geeignetem Ferritring – Kern für Breitbandübertragung , 3,5 – 30 MHz, Ferritmaterialien, u = 125, aufgewickelt.

 

 

Ausgekreuzt : 4 Windungen links,  4 Windungen rechts, durch Ferritring – Kern

  •     80 m,    3.7 MHz :        Z = ca.       395 ,    Ɵ = 90°   /    rein Induktiv
  •     40 m,        7 MHz :       Z = ca.     1260    Ɵ = 90°   /     rein Induktiv
  •     20 m,     14 MHz :        Z = ca.  >1500 ,    Ɵ = ?      /    Messbereich endet bei 1500 Ω !
  •     15 m,     21 MHz :        Z = ca.      660 ,     Ɵ = 80°   /    Rs =  100        Xs =     650
  •     10 m,     29 MHz :        Z = ca.      410 Ω,     Ɵ = 90°   /     rein Induktiv

( Messung HB9LCD mit MFJ 269, kurze Messleitungen, Batterie Messgerät 13.8V, Messgenauigkeit ca. +/- 10 %,  ohne Gewähr ! )

 

Eigenschaften von Ferritringkernen

Permeabilität

  • Elektrischer Strom mit Leiterschleife = Magnetfeld.
  • Gesamtzahl der Feldlinien = Magnetischer Fluss.
  • Fluss pro Flächeneinheit = Flussdichte.
  • Permeabilität = Durchlässigkeit für Feldlinien
  • Permeabilität u gibt an, wieviel mal größer die magnetische Flussdichte ggü. Luft ist.
  • Permeabilität ist nicht konstant sondern hängt von der magnetischen Feldstärke ab, kann in Sättigung gehen ( Nichtlinearität,  Verluste,  Erhitzung ! )
  • Ferromagnetische Materialien konzentrieren die Magnetfeldlinien stark in ihrem Inneren
  • Eisenpulver – Ringkerne:  u = 1 – 20
  • Ferrit – Ringkerne:  u = 40 – 2000
  • Für den KW Bereich 1- 30 MHz gilt : 
  • Zu niedrige Permeabilität führt zu schlechten Eigenschaften im unteren Bereich
  • ( zu geringe Kopplung zwischen den Wicklungen ) 
  • Zu hohe Permeabilität führt zu schlechten Eigenschaften im oberen Bereich
  • ( Verluste mit steigender Frequenz ) 
  • Gebräuchliche Werte für Ferritkerne für Breitbandanwendungen sind u = 40 – 800
  • Für Breitbandanwendungen 1,8 – 30 MHz werden Ferritmaterialien in der Größenordnung von u ca. 250 empfohlen. 
  • Für den Bereich 3,5 – 30 Mhz werden Ferritmaterialien mit u = 125 empfohlen. 
  • 14 MHz und darüber, für optimierte Anwendungen werden Materialien mit u ca. 40 empfohlen. 

 

 

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Quelle: Foto HB9LCD, Eigenproduktion RG 58, Ferritkern 35 mm aussen.

Für Wetterschutz in Kunststoffdose einbauen !

Steckverbindungen dichten !

 


 

 

W2DU „BALUN“

Auf dem Koaxialkabel sind Ferrithülsen auf einer Länge von ca. 30 cm aufgefädelt.

Der W2DU „BALUN“ hat nur eine Windung, darum sind einige ausgesuchten Ferrithülsen notwendig, um eine gute Sperrwirkung zu erreichen.

 

Kommerzielles Produkt :

  •     80 m,    3.7 MHz :      Z = ca.   1125 ,     Ɵ = 40°     /    Rs = ca.   890 Ω,     Xs =    ca.    725 Ω
  •     40 m,       7 MHz :      Z = ca.     900     Ɵ = 45°    /     Rs =  ca.  630 Ω,     Xs =   ca.    640 Ω
  •     20 m,     14 MHz :      Z = ca.     710 ,    Ɵ = 25°    /     Rs =  ca.  650 Ω,     Xs =    ca.   300 Ω
  •     15 m,     21 MHz :      Z = ca.     560 ,    Ɵ = 50°    /     Rs =  ca.  345 Ω,     Xs =    ca.   450 Ω
  •     10 m,     29 MHz :      Z = ca.     415 ,    Ɵ = 70°    /     Rs =  ca.  120 Ω,     Xs  =   ca.   400 Ω

Im Gegensatz zu den Mantelwellensperren Typ „Luftspule“ und „Ferritkern“ ist der ohmschen Widerstandsanteil ( Rs ) relativ gross, was zu einer Wärmabgabe  ( bei grosser Leistung ! ) unter den aufgefädelten Ferrithülsen und wärmebeständigen Koaxialkabel aus Teflon führt.

( Messung HB9LCD mit MFJ 269, kurze Messleitungen, Batterie Messgerät 13,8 V, Messgenauigkeit ca. +/- 10%, ohne Gewähr ! )

 

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Quelle: Foto HB9LCD

Wetterfeste  Ausführung, eingeschrumpfte Ferrithülsen.

 

Spezifische Eigenschaften eines W2DU – „BALUN“

  • Diese von W2DU entwickelte Lösung besteht aus „geeigneten Ferrithülsen“, die auf einer Länge von 30 cm aufgefädelt sind.
  • Die Drossel besteht hier sozusagen aus einer Spule mit nur einer Windung.
  • Da eine Spule mit nur einer Windung eine sehr geringe Induktivität hat, müssen sehr viele Ferrithülsen hintereinandergeschaltet werden, um eine ausreichende Sperrwirkung zu erzielen.
  • Es kann auf ein Gehäuse verzichtet werden, da sich das Kabel mit Ferrithülsen elegant „einschrumpfen“ lässt !
  • Die verwendeten Ferrite wirken kaum mehr als Induktivitäten, sondern haben einen hohen „Realanteil“ in Form eines ohmschen Widerstands.
  • Daher werden die Mantelwellen zum Großteil in Wärme umgesetzt.
  • Aus diesem Grunde sind die Ferrithülsen auf wärmebeständigem RG142B/U aus Teflon aufgefädelt.
  • Nach meiner Meinung bevorzuge ich die Lösung einer Mantelwellensperre nach dem „W2DU Prinzip“

 


 

Viel Spass beim Hobby

 

73, HB9LCD Ruedi