Antennen Vergleichsmessung mit dem Red Pitaya und der RA Funktion in PowerSDR von Gerald DL3KGS/DU1GS

Dank an Gerald DL3KGS/DU1GS der mir seinen Beitrag von den Philippinen

geschickt hat und sich auch intensiv mit dem Red Pitaya beschäftigt.


Antennen Vergleichsmessung mit dem RED Pitaya

T2FD und hor. Mobilstrahler gegen Referenz Dipol

DU1GS / DL3KGS (17. März 2018)

Meine Hauptaktivitäten im Amateurfunk sind Antennentests und NVIS-Ausbreitung.

Hiermit habe ich mich in den letzten Jahren ausführlich beschäftigt und entsprechende Erfahrung
mit der NVIS-Ausbreitung und der T2FD-Antenne gesammelt.
Speziell hier auf den Philippinen hat die Kurzwelle einen noch hohen Stellenwert für den Notfunk
und für Sicherheitsdienste und Behörden.

Vor einiger Zeit führte ich Antennenvergleichsmessungen mit dem Red Pitaya (RP) durch.
Das Verfahren der Messung und die Ergebnisse möchte ich gerne mit euch teilen.

Testkriterien

Wenn man Antennen vergleichen möchte, braucht man definierte Kriterien für den Test und eine
Test-Methode.

– Ein Kriterium ist z.B der Abstrahlwinkel (TOA) der zu vergleichenden Antennen. Kann keine
Nahbereichsantenne mit einer DX-Antenne vergleichen!
– Dieser wird in erster Line von der Antennenaufbauhöhe und den Bodenverhältnissen
bestimmt
– Des Weiteren ist es wichtig eine Referenz-Antenne zu haben, um die Test-Antennen dagegen
zu vergleichen
– Die Referenzantenne war ein resonanter Dipol
– Die Antenne unter Test war eine T2FD von ICOM AH-710 (L = 28m)
– Beide Antennen waren in ca. 8m Höhe aufgehängt.
– Des Weiteren wurden noch 2 horizontal montierte 40m Mobilstrahler gemessen.
– Nun kann ein A/B-Vergleich der Antennen erfolgen
– Das Ergebnis ist dann ein Wert in S-Punkten oder dB bzgl. Der Performance der verglichenen
Antennen, also Ant. A ist um so viele dB besser oder schlechter als Referenz-Antenne.

Die T2FD-Antenne ist eine Antenne, welche aussieht wie ein gefalteter Dipol mit einem
Widerstand in der Mitte und der in HAM-Kreisen normalerweise einen schlechten Ruf als DUMMY
LOAD hat, aber von Regierungsorganisationen, Katastrophenorganisationen, Polizei, Luftfahrt und
Militär im Ausland weit verbreitet ist etc.

Die Antennenlänge muss richtig berechnet werden, nicht mit lambda/3 wie immer wieder in der
Literatur angeben wird, sondern mit lambda/2, sonst treten unterhalb der CUT-OFF Frequenz hohe
Verluste auf! Und das ist der häufig gemachte Fehler.

Vorteil: Kein abstimmen nötig, breitbandig mit niedrigem SWR.


Die T2FD ist eine Breitband-Antenne, die problemlos einen Frequenzbereich von 5-10MHz mit
akzeptablem Wirkungsgrad abdeckt.

In den Literatur- und Marketingbroschüren finden Sie wesentlich größere Frequenz-Bereiche, aber
die Antennendiagramme werden mit zunehmender Frequenz unspezifischer, mit starken
Diagrammeinzügen.

… Sei vorsichtig mit den Versprechungen der Hersteller…
Nur Messungen und technische Berechnungen bringt die Wahrheit.
Speziell bei Wunder-Antennen oder je kürzer die Antenne, um so grösser der Glaube daran!

Um die Performanz der Antenne zu prüfen, ist eine geeignete Messkonfiguration erforderlich, um
den A/B Vergleich zu machen.
Ein Antennen-Umschalter ist ungeeignet die Antenne A gegen B zu vergleichen, wie es über
Jahrzehnte im AFU üblich war/ist und uns Messfehler durch das kurzfristig aufkommende Fading
einbrachte. Auch von einem statistischen Punkt sind solche Ergebnisse unbrauchbar!

Nutzer des SDR-Modul RED PITAY (RP) mit seinem DIVERSITY-RX können das besser und
zeitgemäßer durchführen.
Der RP hat 2 RX-Eingänge und der RX Pegel (dBm) kann kalibriert werden.
Es ist also ideal, die zwei zu untersuchenden Antennen an RX1 und RX2 anzuschließen.

Mit der PowerSDR Software ist man in der Lage alle 50ms eine Messprobe computergesteuert zu
protokollieren, also 20 Samples / Sek. Aber ich hatte nur 2 Samples pro Sekunde gewählt, um die
Anzahl der DATEN über den Messzeitraum zu begrenzen.

Die Messung mit der PowerSDR Software

Step1: PowerSDR mit Red Pitaya wie üblich starten

Step2: Die zu vergleichenden Antennen an RX1 und RX2 anschließen

Step3: Den Reiter RA in der Menü-Leiste (ganz rechts) anklicken.


Es öffnet sich das nachfolgende Fenster.

Step4. Im geöffneten Fenster von RA (Radio Astronomy, bitte nicht fragen warum das so heißt…) die
gewünschten Parameter eingeben

– mSec between measurements -> Messinterwall-Dauer eingeben in ms
– # of measurements to average -> es können mehrere Messwert gemittelt werden
– Display -> Both, beide Antennen werden angezeigt
– # of averaged points collected -> Anzahl der erfassten Messwerte
– X-axis -> Vorgabe der max. Dauer der Messwerterfassung in sec
– Manual scaling -> es wird der Anzeigebereich definiert

Step5: Aquire Data -> START

Step6. Wenn die Daten erfasst wurden können sie abgespielt werden, siehe
o Write data file -> wird als ASCII abgespeichert
o Read data file -> Ergebnis wird grafisch angezeigt

Einfach mal damit spielen, dann findet man das eine oder andere heraus…..
Es dürfte bestimmt auch etwas im Handbuch der SW zu finden sein, aber ich habe noch nie reingeschaut!

So sehen die ASCII Daten aus:

Radio Astronomy data collection utility, v1.3 (16 Feb 2016),
07-12-16 12:50,,
Comment: ,,
mSec between measurements, # measurements averaged per point,
50, 10,

time (seconds); Rx1 signal (dBm); Rx2 signal (dBm),,
0,0,0
0.625, -70.913, -76.102
1.25, -66.636, -75.91
1.875, -68.39, -78.765
2.5, -69.561, -76.652
……………………………………
5.687, -69.567, -78.347


Das Ergebnis Referenz-Dipol versa T2FD:

Der Sender befand sich in 80km Entfernung, ebenfalls eine T2FD Antenne nutzend.
Die T2FD (RED-Linie) war über die ganze Zeit der Messung 4 dB (ca. 1/2 S-Punkt) im Durchschnitt
niedriger als der Referenzdipol (blaue Linie).

Dies ist der Nachteil einer Breitband-Antenne, aber in den unteren Bändern ist meist regionaler oder
landesweiter Betrieb vorgesehen (auch Notfunk spielt sich in erster Linie hier ab, -> kein DX).

Die Signale sind in der Regel dort hoch (S9+ mit 100W, NVIS Prinzip) und selbst wenn Signale leicht
nach unten gehen, das Signal-zu-Rausch Verhältnis (S/N) bleibt konstant. Das Rauschen wird ja auch
meist um den gleichen Betrag schwächer.

Der große Vorteil ist, dass mit einer Länge von 28m auf 60m, 40m und 30m (20m) Betrieb gemacht
werden kann.
Die Länge ist nicht so kritisch +/- einige Meter.
Da das SWR niedrig ist, wird kein TUNER benötigt, der normalerweise auch einen internen Verlust
hat!

Die 4dB sind dadurch in der Praxis noch etwas niedriger

Pegeldarstellung, aufgezeichnet mit RED PITAYA und PowerSDR
In der Grafik kann man meine verwendeten Einstellungen sehen.
Z.B 50ms/Messwert diese werden über 10 Messwerte gemittelt -> ergibt 2 Messwerte/s die
aufgezeichnet werden.
Auch die Einstellung der X-Achse für die Pegeldarstellung kann man sehen. Diese richtet sich nach
den Pegel-Werten min/max. und kann nachträglich angepasst werden.



SWR-Kurve der T2FD-Antenne bei einer Aufbauhöhe von 8m. Der NVIS-Bereich hat SWR >1.7

Das Ergebnis: Referenz-Dipol versa horizontaler Mobilantenne

So sieht der horizontale Kurzdipol (2x 2.6m) aus
Damit konnten in WinLink von Sankt Augustin zum Gateway HB9AK verbunden werden


Das sind die aufgezeichneten Pegelwerte (2x Mobil-Ant)

Das obige Bild zeigt die beiden hor. Mobilstrahler (ROT) gegen den Referenz-Dipol (Blau).
Der aus den Rohdaten ermittelte Wert zeigt, dass die beiden Mobil-Antennen ca. 6dB unter dem
Referenz-Dipol liegen.

Die beiden Antennen waren 20m entfernt in Breitseite aufgehängt, dadurch ergibt sich eine
Diversity-Wirkung (Korrelation = -1).

Auswertung von anderen erfassten Messwerte

Die Messwerte lassen sich auch statistisch nach definierten Kriterien auswerten, wie
Durchschnittswert oder wie häufig wurde ein bestimmter Wert über die Zeit unterschritten……


Mein Wunsch……

Eine Einbindung von GPS-Daten (GPS-Mouse USB)in die Pegel-Messwerte von PowerSDR, um auch
einen Ortsbezug der Pegel zu erhalten.

Damit könnte dann z.B. untersucht werden, wie die Versorgung eines Repeater auf einer
bestimmten Strecke verfügbar ist.

Weitere Informationen verfügbar :
– Die T2FD-Antenne
– Kurzinfo on NVIS
– Detaillierte Vorträge vorfügbar (Deutsch und Englisch)
– Aufbau der horizontalen Mobilstrahler

_NVIS_120min_DE_P66
T2FD-Antenne_DE

 

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2 Kommentare auf "Antennen Vergleichsmessung mit dem Red Pitaya und der RA Funktion in PowerSDR von Gerald DL3KGS/DU1GS"

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Harald DJ4HW

Hallo und danke für diese hervorragende Ausarbeitung.
Mein Erfahrung mit T2FD deckt sich zu 100%.
Habe welche selbstgebaut (L= 31m) aber auch schon eine von Yaesu probiert (die mal keiner haben wollte)
Bei Yaesu L=25 (etwas kurz) = Typ YA-30, die Icom AH-710 ist baugleich.
Auffällig ist , dass die Länge des Koaxkabels = 30m wichtig ist, deshalb wird dieses wohl immer
mitgeliefert. Mein Höhe über Grund war ~ 7m

Gerald DL3KGS

Hallo Harald
Danke für den Hinweis wegen der Kabellänge. Das muss ich gelegentlich mal überprüfen.
Hatte bisher noch nicht meinen Fokus auf die Länge gelegt.
Allerdings hatte ich 30m und auch schon etwas längeres Koax angeschlossen. Zumind fiel mir keine drastische Verschlechterung auf.

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