Die 2-Wdg.-HELIX 2.0 / YATT-Design
Wissenschaftliche Analyse und Praxiseinsatz am QO-100
Theoretische Grundlagen & Wanderwellenprinzip
Helixantennen operieren im sogenannten Axial Mode. Im Gegensatz zu herkömmlichen Dipolantennen handelt es sich hierbei um eine Wanderwellenantenne. Die elektromagnetische Welle wird kontinuierlich entlang des Leiters abgestrahlt, was die Antenne extrem unempfindlich gegenüber mechanischen Toleranzen macht.
Die Mythen über Helixantennen
In der Amateurfunk-Literatur halten sich hartnäckig zwei Fehlannahmen:
- Mythos 1: Eine Helix benötigt mindestens 3 Windungen für zirkulare Polarisation.
Realität: Messungen belegen eine exzellente Reinheit bereits bei 2 Windungen. - Mythos 2: Die Helix ist eine Resonanzantenne.
Realität: Sie ist eine Breitbandantenne ohne scharfe Resonanzspitze, ähnlich einer Longwire.
Konstruktionsparameter: Das YATT-Konzept
Das YATT-Design (Yet Another Two Turn) wurde gezielt für moderne Offset-Spiegel (f/D-Verhältnis 0,6 bis 0,7) entwickelt. Durch die Erhöhung des Umfangs auf 1,33 Lambda wird die Hauptkeule verengt, was den Wirkungsgrad am Spiegel auf über 55% steigert.
| Parameter | Standard (U=1λ) | YATT-Helix (U=1,33λ) |
|---|---|---|
| Umfang (U) | 125,0 mm | 166,3 mm |
| Innendurchmesser (di) | 39,8 mm | 49,5 mm bis 50 mm |
| Steigung (S) | 27,0 mm | 34,1 mm |
| Drahtlänge pro Windung | 131,0 mm | 164,0 mm |
| Anpassblech (L x B) | 31,5 mm x 9,5 mm (Lambda/4 Transformation) | |
Zur Anpassung der 140 Ohm Impedanz auf 50 Ohm wird ein Kupferblech am Windungsanfang parallel zum Reflektor geführt. Der Abstand zum Reflektor (ca. 1,5 – 2,5 mm) dient dem Feinabgleich des SWR.
Detaillierte Pegelbilanz für QO-100
Die zentrale Frage beim Uplink-Design ist die erforderliche Strahlungsleistung ($P_{STR}$), um mit den Referenz-Baken des Satelliten gleichzuziehen.
Berechnungs-Methodik
Um Multiplikationen zu vermeiden, nutzt man die logarithmische Pegelrechnung in Dezibel (dB/dBm). Gewinne (PA, Antenne) werden addiert, Verluste (Kabel, Filter) subtrahiert.
P_STR [dBm] = P_TX [dBm] – a_Kabel [dB] – a_Filter [dB] – a_Anpassung [dB] + G_Antenne [dBi]
Leistungsbedarf vs. Antennengröße
Um den Bakenpegel (59 dBm) zu erreichen, ergeben sich folgende Anforderungen:
| Parabolreflektor | Antennengewinn (G_A) | Benötigte PA-Leistung (P_TX) |
|---|---|---|
| 94 cm (z.B. OP100) | 24,5 dBi (@50%) | 8,0 Watt (39 dBm) |
| 85 cm | 23,5 dBi (@50%) | 10,0 Watt (40 dBm) |
| 77 cm | 22,5 dBi (@60%) | 14,1 Watt (41,5 dBm) |
| 60 cm | 21,0 dBi (@55%) | 17,8 Watt (42,5 dBm) |
| 35 cm | 16,3 dBi (@55%) | 52,5 Watt (47,2 dBm) |
Wichtiger Hinweis: Bei linearer Polarisation gehen 3 dB verloren – man benötigt also die doppelte Sendeleistung oder eine um 3 dB gewinnstärkere Antenne.
Die preiswerte Sendestation: Ein Praxisbeispiel
Ein hocheffizientes Setup muss nicht kostspielig sein. Folgende Konfiguration liefert bereits ein exzellentes Signal:
- 60-cm-Offsetspiegel: 21 dBi Gewinn.
- Günstige WiFi-PA (z.B. AB003): Liefert real ca. 2,5 Watt (+34 dBm).
- 2m HighFlex7 Kabel: Dämpfung ca. 1,0 dB inkl. Steckverbindern.
Dieses Signal liegt nur 6 dB (eine S-Stufe) unter dem Bakenpegel. Die Erfahrung zeigt, dass bereits 50 Watt EIRP (47 dBm) bei guter Audiomodulation (Höhenanhebung!) für weltweite Kontakte völlig ausreichen.
Konstruktion & Realisierung
Für den stabilen Nachbau der Helix 2.0 sollten folgende Punkte beachtet werden:
- Wickelkörper: 3D-Druck aus PETG oder ABS (witterungsbeständig). Die STL-Dateien finden sich auf Thingiverse unter dem Stichwort „YATT Helix“.
- Reflektor: Ein kreisförmiges Blech (Aluminium/Kupfer) mit ca. 100-120 mm Durchmesser.
- Radom: Ein herkömmliches 75mm Kunststoffrohr (z.B. HT-Rohr) bietet Schutz vor Wettereinflüssen, ohne die HF-Eigenschaften maßgeblich zu beeinflussen.
- Audio-Processing: Da Sprachmodulation im Mittel geringere Pegel als ein CW-Ton erzeugt, ist eine Anhebung der Höhen zur Steigerung der Lesbarkeit in SSB dringend empfohlen.
73 de DL6MDX
Pragmatische Pegelbilanz und technische Dokumentation zur Aufwandsabschätzung für den QO-100-Uplink.