Technologie 2000
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 Technik - Innovation - Kommunikation



Bild:      HiQBBA Aktive Breitband Antenne 0.02 .. 250MHz
Picture: HiQBBA Active Broadband Antenna 0.02 .. 250MHz


Bild:      HiQBBA Aktive Breitband Antenne, mit Langstrahler (oben) und Hochkapazitivem Dickstrahler (unten)
Picture: HiQBBA Active Broadband Antenna, with standard Whip (upper) and High Capacity "fat" Whip (lower picture)


Für Anwendungen, in denen eine breitbandiger Empfang notwendige ist, also z.B. MultiUser SDR oder Überwachungsempfänger stellt sich meist die Frage nach einer für diese Anwendungsfälle geeignete Antenne. "Normale" Antennenformen sind resonant, d.h. sie empfangen einen bestimmten, meist bewußt schmalbandig gehaltenen Frequenzbereich. Um für mehrere Frequenzbereiche Signale auffangen zu können sind spezielle, dafür optimierte Antennenformen (sog. Multiband- / Breitband-Antennen) erforderlich.
Für einen breitbandigen Web-SDR oder für Überwachungsempfänger sind diese Antennen aber denkbar ungeeignet, denn sie empfangen nur Signale innerhalb eines schmalen Frequenzbereiches der jeweiligen Bänder. Dafür glänzen diese Antennenformen meist mit relativ guten Gewinnen und mitunter sind diese Antennenarten auch mit einer Richtcharacteristik versehen, die das bevorzugen einer bestimmten Empfangsrichtung ermöglicht (Beam).

Für Web-SDR-Anwendungen die den Empfang vieler Frequenzen gleichzeitg erfordern oder um Bandüberwachungen und Bandbeobachtungen durchzuführen sind diese Antennen aber denkbar ungeeignet, da sie bereits eine für diese Anwendungsfälle unerwünschte "Vorselektion" der empfangenen Signale ergeben. Für Überwachungsfunktionen oder wenn viele Anwender gleichzeitig in unterschiedlichen Bändern empfangen wollen, ist aber einen möglichst gleichmäßige Empfangscharakteristik über einen großen Frequenzbereich erwünscht. Hier geht es meist nicht um hohe Antennengewinne, sondern um große Bandbreite, da ja für diese Anwendungen bewußt keine Frequenz-Vorselektion durch die Antenne sondern ausschließlich durch den nachgeschalteten Empfänger erwünscht ist.

Natürlich stehen auch in normaler Bauweise gefertigte breitbandige Antennenformen zur Verfügung wie z.B. dicke Reusen-Dipole oder konisch-logarithmische Antennenformen, aber diese Antennen haben leider einen großen Nachteil: sie sind extrem aufwendig, teuer und erfordern meist immense Platzverhältnisse.

Weitere Anwendungsbereiche für aktive Antennen sind die Lang- und Längstwellenbereiche, da hier die Antennenformen extreme Platzverhältnisse erfordern würden. Hier ist eine Aktivantenne wie die HiQBBA das Mittel der Wahl - klein, leicht  und kostengünstig!
Der Platzbedarf ist neben den hohen Kosten für einen solche Breitbandantenne meist für viele Anwendungen ein Grund, sich nach Alternativen umzusehen und diese Alternativen gibt es tatsächlich.

Vor einigen Jahrem hat der niederländische Amateuer PA0RDT eine breitbandig arbeitende Antennenform entwickelt, die als "Mini-Whip" bekannt wurde:  PA0RDT: die Mini-Whip Antenne

Diese Antennenform arbeitet ganz anders als "normale" Antennen: durch einen Empfangsstrahler oder -Fläche die an einen möglichst hochohmigen Impedanzwandler an den Empfänger angepasst wird, wird das elektrische Feld des hochfrequenten Signales angekoppelt. (E-Feld-Antenne).

Hier ist als wichtiger Teil die Kapazität des Empfangsstrahlers zur Umgebung sowie die Qualität bzw. Übersteuerungs und Spannungsfestigkeit des nachfolgenden Impedanzwandlers von extremer Bedeutung.

Je größer die Kapazität der "Empfangsfläche" - und damit die Kapazität zur Umgebung, desto stärker ist das aufgefangene HF-Signal. Diese Empfangsfläche kann aber nicht beliebig groß gemacht werden, da sonst die aufgefangenen Signale den Eingangsverstärker überfordern. Auch bei Schlechtwetter bewirkt natürlich die hochohmigkeit des Eingangs (mehrere dutzend Megaohm!) ein sehr schnelles Ansteigen der anstehenen Spannung und kann bei Gewitter und bei Regen durchaus mehrere hundert- bis tausende Volt erreichen!

Wir haben also das Problem, einerseits die Fläche möglichst groß zu machen, andererseits darf die enstehende Spannung weder den nachfolgenden Impedanzwandlerer überfordern noch diesen bei hohen statischen Spannungen zerstören!



HiQBBA mit Dickstrahler auf Mastmontage angebracht, fertig zum montieren.


Glücklicherweise hat uns die moderne Elektronik leistungsfähige Bauteile verfügbar gemacht, die die Nachteile früherer Mini-Whip Konstruktionen mit FET am Eingang und nachfolgendem Leistungstreiber komplett lösen. Durch den Einsatz modernster Ultrafast High-IP MOSFET-Präzisions-Messverstärker mit Leistungsausgang machen breitbandige, aktive E-Feld-Antennen mit traumhaftem THD-Werten von -78dBc bei extrem niedrigen Rauschen (8.9nV/√Hz) wie die HiQBBA-Aktivantenne möglich. Diese Spezialverstärker sind meist als Eingangsverstärker in High-End-Messgeräten oder schnellen Oszilloskopen zu finden und snd als Impedanzwandler für E-Feld-Antennen optimal geeignet. Die extreme Breitbandigkeit (>650MHz) und ultrahohe Linearität dieser Verstärker sowie das extrem niedrige Rauschen erlaubt es, die HiQBBA-Antenne auch mit moderater Verstärkung (ca. 7dB) zu betreiben und dennoch eine Leistungsbandbreite von mehr als 250MHz zu erreichen um so den Gewinn der Aktivantenne nutzbringend an den Empfänger zu bringen. Das funktioniert aber nur, weil diese speziellen Verstärker extrem linear und übersteuerungsfest sind. So hat z.B. der in der HiQBBA eingesetzte Verstärker einen IP2 von >-72dBc bzw. einen IP3 von -96dBc
(bezogen auf 10 MHz und 2Vss Signal!). 

Die HiQBBA-Aktivantenne ist gegen Spannungspitzen, statische Spannungen usw. wie sie im normalen Betrieb als Antenne auf einen Mast im Aussenbreich auftreten können durch einen mehrfach gestaffelten Überspannugnsschutz geschützt. Dabei wurden spezielle, extrem niederkapazitive Schutzelemente eingesetzt, damit die Empfangssignale nicht gestört bzw. vermindert werden.
Der Ausgang des Leistungstreibers ist an 50 Ohm Koaxialkabel angepasst und gegen Kurzschluss- und Fehlanpassung geschützt.

Die Antenne sollte natürlich einigen Respektabstand zu Sendeantennen aufweisen, da -gerade bei den langen und dicken Strahlerelementen - sehr viel HF-Spannung aufgesammelt werden kann. Die HiQBBA ist zwar gegen diese Überlastungen weitgehend geschützt, aber man sollte diese Schutzmaßnahmen auch nicht überfordern. Bei dem beschriebenen Testaufbau gab es trotz langem und anhaltendem Senden, ca. 3 Meter vom strahlenden Element eines 3-Element-Beams mit >100 Watt PEP keine Probleme. Dennoch sollt man auch aus Gründen der Einkopplung von Störungen einen möglichst großen Abstand zu allen andern metallenen Elementen suchen.



HiQBBA Bias-Tee, Speisung über 2.1mm DC-Hohlstecker, intern gegen Verpolung und
Kurzschluss geschützt (Polyfuse)


Einige Technische Daten zum aktiven Empfangsantenne / Impedanzwanlder der HiQBBA:

 Versorgung / Supply:  10,5..16VDC, 0.05A
 Verstärkung / Gain: 7dB (3dB / 0dB optional)
 Leistungsbandbreite: (Vo=2Vpp, V=7dB) ca. 250MHz (-6dB) ca. 150MHz (-3dB)
 Harmonic Distortion (Vo=2Vpp) (IP2) -72dBc (10MHz)
 Harmonic Distortion (Vo=2Vpp) (IP3) -96dBc (10MHz)
 Large Signal overdrive recovery settling time < 8nS
 Input Voltage Noise 8.9 nV/√Hz
 High DC/RF Field protection built in 3-level protection scheme (gas discharge/TVS/LowCap current limiter)
 Output short current limiting < 60mA


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