Draht-Antennen und Kabel 

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Eine gute Antenne aufzubauen ist bei mir wie vielerorts nicht einfach. Mitten in der Stadt ist der Platz eng, und man muss Rücksicht auf die Nachbarn nehmen. Dazu kommen starke Störungen und damit ein starkes Hintergrundrauschen. Wie sehr man sich auch bemüht, alle Behelfsantennen bleiben Kompromisse. Kürzlich habe ich mal an der Amateurfunk-Clubstation im Essener Süden gesessen und in die Kurzwelle gehört. Das war wie eine Erinnerung an alte Zeiten. So sauber kann die Kurzwelle sein! Wenigstens einen Teil davon möchte ich auch hier erreichen. Und dabei hat mich ein schräg nach unten in den Garten aufgehängter Dipol mit zweimal 7,5 m ein Stück weiter gebracht. Entscheidend war außerdem ein Mantelwellensperre und das Koaxkabel im Haus. Mit dieser Antenne hatte ich dann einige Erfolge im 30m-Band mit WSPR.



Die Antenne ist nach Nordosten geöffnet und war auch in diese Richtung besonders gut. Deshalb konnte ich mit nur 10 mW Schweden erreichen und auch eine erste CW-Verbindung mit Schweden aufbauen. Im Haus gibt es Stahlträger, die als Reflektor arbeiten könnten. In Gegenrichtung (Frankreich und Spanien) geht es nicht so gut.  



Entscheidend für den störungsfreien Empfang war die Mantelwellensperre in Form eines Ferritkerns, durch den das Antennenkabel mehrfach hindurchgefädelt wurde. Damit konnte verhindert werden, dass Störungen aus dem Haus über das Antennenkabel empfangen werden und in den Signalweg gelangen. Das Antennenkabel selbst ist ein 75-Ohm-Fernsehkabel, anders als das sonst auf Kurzwelle übliche 50-Ohm-Kabel. Das Kabel wurde schon vor längerer Zeit verlegt, und ich weiß nicht einmal genau, wie lang es ist. Deshalb habe ich versucht, es elektrisch auszumessen.



Für die Messungen konnte ich einen Sprectum Analyzer verwenden, der praktisch einen gleichlaufenden Signalgenerator und Empfänger bietet. Der Spannungsteiler aus Widerstand und Messobjekt liefert jeweils an den Stellen ein Minimum, wo die Impedanz des Messobjekts besonders gering ist. Zum Test habe ich erstmal ein paar Messungen an einer Kabelrolle gemacht.



Beim ersten Versuch wurde das Kabelende offen gelassen.



Offenes Ende

Die Messung bis 20 MHz zeigt eindeutige Resonanzen. Ein Minimum liegt bei Lambda/4 bei ca. 2,6 MHz, das nächste bei ca. 7,8 MHz (3/4 Lambda).  Bei Lichtgeschwindigkeit im freien Raum hätte ein Signal mit 2,6 MHz eine Wellenlänge von 115 m. Das Kabel hätte damit eine elektrische Länge von 29 m. Tatsächlich laufen die Signale in so einem Kabel aber nur mit ca. 80% der Lichtgeschwindigkeit. Die mechanische Länge dürfte also bei 23 m liegen.



Kurzschluss am Ende

Wenn ich das Kabel am hinteren Ende kurzschließe, kehren sich die Verhältnisse um. Da wo vorher ein Minimum war ist nun ein Maximum.



Abgeschlossen mit 100 Ohm

Wenn am hinteren Kabelende genau der richtige Widerstand angeschlossen wird, erhält man eine konstante Impedanz auch am anderen Ende. Hier wurde ein Widerstand von 100 Ohm verwendet. Man sieht nur noch eine geringe Welligkeit.



Abgeschlossen mit 500 pF

Mit einem Blindwiderstand am Ende verschieben sich die Resonanzen des Kabels. Ein Kondensator von 500 pF verschiebt offensichtlich die Resonanz nach unten. Das muss man bedenken, wenn man versucht, die Resonanz der eigentlichen Antenne durch das Kabel hindurch zu bestimmen. Im Verlauf zahlreicher Antennenversuche habe ich das immer wieder versucht, aber keine brauchbaren Ergebnisse erhalten. Ich wollte z.B. einen zweiten Dipol für das 20m-Band parallel verwenden. Die praktischen Ergebnisse waren recht gut, aber am Ende des Kabels konnte ich die Resonanzen nicht messen. Hier zeigt sich ein Schwachpunkt der Messmethode: Es wird nur der Betrag der Impedanz gemessen, nicht aber der Blindanteil.



Vertikale Drahtantenne

Besser funktioniert es, wenn man direkt am Fußpunkt einer Antenne messen kann. Hier wurde das Ende eines alten, nicht mehr verwendeten Fernseh-Antennenkabels als Vertikalantenne angeschlossen. Dieses Kabel habe ich bereits erfolgreich als Empfangsantenne verwendet. Es liefert hohe Signalpegel, aber leider auch sehr viel Rauschen aus dem Haus. Der Impedanzverlauf zeigt keine klaren Resonanzen und durchgängig eine Impedanz von einigen 100 Ohm.  Ich vermute, dass die Verlegung direkt an der Hauswand eine starke Dämpfung bringt.



Offenes Ende

Dies ist das tatsächlich verlegte Antennenkabel mit offenem Ende. Die Messung zeigt eine elektrische Länge von 45 m und damit eine mechanische Länge von ca. 36 m. Ich hätte es kürzer geschätzt,  aber es stimmt wohl, weil das Kabel nicht gerade verlegt werden konnte.



Eine echte Breitband-Antenne kann man mit einem Abschlusswiderstand bauen. Am unteren Frequenzende wird war ein erheblicher Teil der Leistung im Widerstand vernichtet, aber das sollte nicht so schlimm sein, wenn dafür eine Antenne für viele Bänder bekommt.  Das wollte ich einmal unter den gegebenen Platzverhältnissen ausprobieren. Am Fußpunkt hat sich ein Breitbandübertrager mit dem Wicklungsverhältnis 1 : 3 bewährt.



Breitbandantenne

Die Messung zeigt tatsächlich einen relativ geraden Impedanzverlauf zwischen ca. 7 MHz und 15 MHz. Und als Empfangsantenne für die Rundfunkbänder ist die Antenne sehr gut. Aber für die Anforderungen im Amateurfunk ist sie noch deutlich zu schlecht. Ich sehe das vor allem beim Empfang von WSPR-Signalen. Da empfange ich deutlich weniger Stationen als mit einem Dipol, und es sind hauptsächlich solche mit höherer Sendeleistung.  Beim Empfang von CW und SSB macht sich ein relativ hohes Grundrauschen bemerkbar. Ein Problem dieser Antenne könnte sein, dass sie eine ausgesprochene Richtwirkung hat, und zwar in Richtung vom Abschlusswiderstand zum Fußpunkt. Wenn das so ist, lausche ich angestrengt ins Innere des Hauses, und da rauscht es eben stark.

All diese Versuche haben ergeben, dass ich mit einem Dipol im Garten schon relativ gut arbeiten kann. Aber so richtig gut kann es nur mit einer sehr viel höher aufgehängten Antenne werden. Demnächst möchte ich mal einfache Antennen im Dachboden ausprobieren. Wenn sie sich bewähren, muss ich irgendwie ein Koaxkabel verlegen. Mal sehen, ob ich das schaffe, ohne die beste Ehefrau zu erzürnen.


Breitband-Balun



Dieser Übertrager wurde mit vier mal zehn Windungen CuL 0,3 auf einen Eisenpulverkern T80-2 gewickelt. Je nach Verschaltung kann ich damit einen 1:1 Balun oder einen Übertrager mit andern Wicklungsverhältnissen bilden. Üblich ist der 1:3-Balun als sogenannter 9:1 Magnetic Longwire Balun. Eine mittlere Antennenimpedanz von 450 Ohm wird dabei auf 50 Ohm transformiert. Eine solche Antenne funktioniert dann sehr gut, wenn man eine absolut saubere Erde hat, was aber nur mit viel Aufwand zu realisieren ist. Deshalb habe ich bessere Erfahrungen mit einem Dipol gemacht.

Mein Dipol für das 30m-Band funktioniert als Empfangsantenne prinzipiell auch auf anderen Bändern recht gut. Die Signalpegel sind meist ausreichend hoch. Allerdings ist der Störabstand schlechter als auf der Resonanzfrequenz. Ich vermute, dass Störsignale aus dem Haus über Mantelwellen am Fußpunkt der Antenne eindringen. Die Mantelwellensperre in Form einer Koax-Drossel funktioniert auf der Resonanzfrequenz der Antenne deshalb sehr gut, weil die Antenne da mit rund 50 Ohm sehr niederohmig ist. Auf anderen Frequenzen ist der Fußpunktwiderstand deutlich höher, sodass ungewollte Signale leichter einkoppeln können. Die Manteldrossel bildet also mit dem Antennenwiderstand einen Spannungsteiler, der Störsignale nur auf der Resonanzfrequenz klein hält. Man müsste also eine Verbesserung erzielen, wenn die Impedanz heruntertransformiert wird. Gesucht wird eine breitbandige Anpassung an die Kabelimpedanz. Wenn dazu noch eine Symmetrierung der Antenne gelingt hat man so etwas wie eine virtuelle Erde mit geringer Impedanz.




Mit diesem Übertrager konnten die Störabstände auf 40 m und 20 m deulich verbessert werden. Bei einem Verhältnis von 1:4 wird die Impedanz im Verhältnis 1:16 transformiert. Damit waren die Ergebnisse im 40m-Band besonders gut. Mit einem Wicklungsverhältnis von 1:2 erreicht man ein Impedanzverhältnis von 1:4, was sich auf 20 m besser bewährt hat. Auch das Verhältnis 1:3 ist realisierbar, dann allerdings ohne Symmetrie rung.

Inzwischen verwende ich überwiegent mit dem 1:1 Balun an dem 30m-Dipol. Es hat sich gezwigt, dass durch die Symmetrierung die Störungen aus dem Haus am besten unterdrückt werden. Die Antenne funktionioniert damit auch noch als Empfangsantenne im 80m-Band recht gut.


T-Antennen im Haus von  Hans G. Diederich, DK2XV

Sie zeigen mit dem Thema "Draht-Antennen und Kabel", wie auch unter etwas schlechteren Bedingungen Funkbetrieb möglich ist. Ich möchte Ihnen meine T-Antenne vorstellen, die sich vollständig im Haus befindet und demnächst auch für 630m genutzt werden soll.

Ohne Antennengenehmigung durch den Hausbesitzer bleibt nur ein Betrieb mit Zimmerantennen und mit maximal 10 Watt in PSK63 und JT65 übrig. Meine 24m lange Langdrahtantenne in der Wohnung entpuppte sich als Dachkapazität für eine T-Antenne, die aus 17m Höhe durchs Haus nach unten in den Keller führt. QSOs auf 80m und 160m werden durchgeführt, und demnächst möchte ich auch das 630m-Band (2,5 Watt, WSPR) nutzen.

Auf 40m bis 10m sende ich mit einer Art Groundplane (HF-P1) ebenfalls aus der Wohnung, die sich im 5. Stock in einem Altbau befindet. Eine Simulation ergab, dass die Langdrahtantenne nicht als solche wirkt, sondern die Dachkapazität einer 17m hohen T-Antenne ist. Mit Variometer-Spulen als Ladespulen kann sie auf 80m, 160m und 630m in Resonanz gebracht werden.

Der Transceiver ist mit der Heizungsleitung zur "Erdung" und über den SL auch mit der Wasserleitung verbunden. Der Verbund aus senkrechten und mäandrierenden Leitungen hinunter zum Keller und dem dortigen Potenzialausgleich nebst Erdung wirkt überraschender Weise als senkrechter, strahlender Teil einer T-Antenne. Das Haus steht mit seinen Fundamenten im Grundwasser.

Somit ist mein T-Antenne eine unkonventionelle, rein experimentelle, über Ladespule(n) oben am Übergang zwischen senkrechtem Strahler und asymmetrischen Dachkapazität eingespeiste T-Antenne, im Gegensatz zur üblichen Einspeisung knapp über der Erdung am unteren Teil. Alle Geräte befinden sich mit ihren Gehäusen am oberen Strahlerende, auch der modulierende Klapprechner plus OP.

Auf 40m beträgt der Störpegel bis weit nach Mitternacht S9+20 dB, das ganze Haus ist verseucht (Schaltnetzteile). Aber die Alternative wäre, das Hobby aufzugeben, oder sich mit diesen Behelfslösungen zu begnügen. Auf 80m wurden mit der T-Antenne immrhin 41 und auf 160m 27 Länder gearbeitet. Und das beste ist, die T-Antenne ist vollkommen im Haus verborgen, und nur in meiner Wohnung sichtbar.

Damit möchte dazu aufrufen, in schwierigem Umfeld nicht aufzugeben, sondern zu experimentieren mit allem was einem zur Verfügung steht, und selbst vor dem 630m-Band nicht zurück zu schrecken.


Dipol und Drahtschleife in der Wohnung bei DK7JD

Meine Erfahrung ist ebenfalls, dass man die unmöglichsten Gebilde als Sendeantenne verwenden kann. Dank WSPR lässt sich ja alles mit sehr kleiner Leistung ausprobieren. Ein 20m-Dipol aus zwei 0,2 mm dünnen CuL-Drähten wurde einfach irgendwie im Zimmer ausgelegt und teilweise mit Stecknadeln an der Gardine befestigt. Mit nur 100 mW wurden die Signale in ganz Europa empfangen. Das hätte ich nicht gedacht. Dann habe ich dieselbe Antenne provisorisch aus dem Dachfenster heraus über das Dach geworfen. Das reichte dann mit 100 mW bis nach USA und Kanda.

Ein etwa 17 m langes Kabel wurde im Zimmer als Schleife aufgehängt und dann mit einem Drehko in Reihe auf 3,5 MHz abgestimmt. Der Gedanke war, dass es einen Übergang zwischen einer magnetischen Loop und einer Vollwellen-Schleifenantenne geben müsste.  Tatsächlich ergab sich zufällig eine brauchbare Anpassung im 80m-Band. Ich hätte es nicht für möglich gehalten, aber der WSPR-Sender kam mit dieser Antenne gut heraus und wurde in Deutschland und im nahen Umfeld empfangen.

Diese provisorischen Antennen waren beim Senden recht gut, brachten aber als Empfangsantennen zu viel Rauschen. Die Lösung könnte darin bestehen, dass unterschiedliche Antennen zum Senden und zum Empfangen verwendet werden. Als Empfangsantenne hat sich bisher der relativ kurze Dipol im Garten besonders für die höheren Bänder und eine magnetische Loop besonders für die unteren Bänder bewährt.


Resonanz-Übertrager und Drahtschleife



Ein für viele Fälle passendes Anpassgerät ist ein Resonanzübertrager in Form eines Schwingkreises mit Koppelwicklung. Mit 14 Windungen auf einem Eisenpulverkern T80-2 und einem Drehko mit ca. 500 pF erreicht man  7 MHz bis 14 MHz. Mit einem zusätzlichen Kondensator von 1000 pF kommt man auch auf  3,5 MHz. Die Koppelwicklung hat 8 Windungen, was für viele Fälle passend ist. Besser wäre allerdings eine Umschaltung mit unterschiedlichen Koppelspulen, sodass man jeweils die optimale Anpassung finden kann.



Mit dieser Ankopplung ist mein Vertikalstrahler in Form eines alten Fernsehkabels außen am Haus  wieder zu neuen Ehren gekommen. Als Gegengewicht dient das Kupferrohr der Zentralheizung. Zu meiner großen Überraschung hat diese Anpassung zu einer großen Verbesserung des Störabstands auf 80m und 40 geführt. Das Übel waren bisher offensichtlich die Störungen auf dem Schutzleiter, während die Heizung relativ sauber ist. Durch den Trenntrafo wird eine Entkopplung erreicht wie bei einer Mantelwellensperre. Der Störabstand ist nur noch wenige dB schlechter als mit der 30m-Dipolantenne im Garten. Als WSPR-Sendeantenne ist der Vertikalstrahler im 40m-Band ebenfalls sehr gut und für dieses Band meine beste Antenne. Im 30m-Band ist der Dipol allerdings spürbar besser. Sogar das 80m-Band kann angepasst werden. Die WSPR-Signale werden vereinzelnd empfangen, die Ergebnisse sind allerdings nicht ganz überzeugend.



In einem weiteren Versuch habe ich eine große Drahtschleife aus dünnem Kupferdraht gebaut. Der Draht führt kaum sichtbar durch zwei Zimmer und ist hier und da mit Stecknadeln befestigt. Mit dem Ohmmeter finde ich einen Kupferwiderstand von 13,8 Ohm. Insgesamt müssen es daher etwa 25 m Draht sein, die in der Schleife untergebracht wurden. Messungen zeigen, dass zufällig eine Resonanz bei 10 MHz entstanden ist. An dieser Stelle ist die Schleife niederohmig und kann direkt an 50 Ohm angeschlossen werden. Sie funktioniert ohne Anpassung als 30m-Senderantenne, allerdings nicht ganz so gut wie der Dipol.

Auf den anderen Bändern ist die Impedanz deutlich höher. Dazu passt der Resonanz-Übertrager. Und tatsächlich, im 40m-Band ergibt sich eine sehr brauchbare Sende- und Empfangsantenne. Sie kommt zwar nicht ganz an den Vertikalstrahler heran, aber wenn man nur eingeschränkte Möglichkeiten hat, ist die Schleife eine einfache Möglichkeit, in die Luft zu kommen.

Die Schleifenantenne ist ganz entfernt so etwas wie eine vergrößerte magnetische Loop. Weil aber die Ausmaße viel größer sind, hat man einen größeren Strahlungswiderstand. Deshalb braucht man kein dickes Kupferrohr sondern nur einen dünnen Draht. Vermutlich habe ich es etwas übertrieben, und der Kupferwiderstand von 13,8 Ohm verschlechtert den Wirkungsgrad erheblich. Aber trotzdem funktioniert diese Antenne sogar als Sendeantenne im 80m-Band. Mit WSPR konnten mit mur 100 mW viele Stationen im Umkreis bis 200 km erreicht werden. Jedenfalls ist diese sehr einfache Antenne besser als nichts, wenn man im 80m-Band aktiv werden will. Auch der Störabstand beim Empfang ist dank der Potentialtrennung relativ gut.

Die Antenne hat den weiteren großen Vorteil, dass sie prinzipiell für alle Bänder einsetzbar ist. Ein WSPR-Test abwechselnd auf 20m und 30m und ganz ohne Anpassung brachte auf 30m Verbindungen bis Finnland und Spanien und auf 20m bis Sizilien. Ich möchte zwar auf den Dipol noch nicht gern verzichten, aber inzwischen gibt es schon recht brauchbare Alternativen.


Antennenanpassung mit Pi-Filter



Mit einem Pi-Filter kann man praktisch jede Antenne anpassen. Außerdem werden sehr wirkungsvoll die Oberwellen gedämpft. Hier ging es um die etwa 12 m hohe Vertikalantenne und das Heizungsrohr als Erdanschluss. Die kann nun auf allen Bändern zwischen 80 m und 10 m angepasst werden. Der kleine WSPR-Sender brachte gute Ergebnisse auf allen getesteten Bändern (siehe Kurzwellenbänder und Reichweiten). 



Alle vier Pakete der Drehkos wurden parallel geschaltet, damit insgesamt 600 pF erreicht wurden. Die Spule wird durch Kurzschließen eines Abschnitts umgeschaltet. Oft verwendet man dafür einen Stufenschalter, hier ist es eine Stiftleiste mit Jumper. Bei der Abstimmung verwende ich ein Oszilloskop am Antennenausgang. Beide Drehlos werden abwechselnd auf maximale Ausgangsspannung abgestimmt. Dabei sehe ich auch, ob das Signal sauber ist oder ob eine Fehlabstimmung auf eine Oberwelle besteht. Die 100-mW-Endstufe liefert etwa 3 V an 50 Ohm. Auf 7 MHz ist die Antennenspannung bei optimaler Anpassung etwa 10 V. Die Spannung wurde also dreifach erhöht, die Impedanz offenbar neunfach. Die Antenne hätte also einen Fußpunktwiderstand von 450 Ohm, wobei alle Blindwiderstände gleich mit weggestimmt werden. Auf 3,5 MHz ist der Vertikalstrahler eine sehr stark verkürzte Antenne mit noch größerer Impedanz. Bei optimaler Abstimmung ist die HF-Spannung am Fußpunkt etwa 15 V, die Impedanz der Antenne ist also ca. 1250 Ohm.

Das Anpassgerät ist auch für den Empfänger brauchbar. Dann ist allerdings noch ein Trenn-Übertrager auf einem Ringkern nötig, damit die saubere Heizungs-Erde nicht durch Störungen auf dem Schutzleiter verunreinigt wird. Vor allem im 40m-Band werden damit sehr gute Störabstände erreicht.



Elektronik-Labor  Lernpakete  Projekte  HF