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 deutlich
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 Symmetrierung.
Inzwischen
verwende ich überwiegend mit dem 1:1 Balun an dem 30m-Dipol. Es hat
sich gezeigt, dass durch die Symmetrierung die Störungen aus dem Haus
am besten unterdrückt werden. Die Antenne funktioniert 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.
Ein Dipol für mehrere Bänder
Mein
Dipol mit zweimal 7,5 für das 30m-Band ist immer noch meine beste
Antenne. Könnte man sie nicht irgendwie für die Nachbarbänder anpassen?
Auf 40 m ist die Antenne zu kurz, auf 20 m ist sie zu lang. In
beiden Fällen ergibt sich eine deutlich höhere Impedanz und ein
Blindwiderstand. Die Impedanz kann man anpassen, den Blindwiderstand
mit einem Antennen-Anpassgerät wie einem Pi-Filter ausgleichen. Bisher
hatte ich schon meinen Universal BALUN verwendet, um auf 40 und 20 m
besser empfangen zu können. Aber das ist nur ein Kompromiss, denn der
BALUN ist ja so gewickelt, dass er mit 50 Ohm auf beiden Seiten am
besten funktioniert.
Der neue Versuch verwendet einen Spartrafo
mit vielen Anzapfungen. Die Schirmung des Antennenkabels ist immer in
der Mitte angeschlossen und sorgt für die Balancierung. Aber der zweite
Anschluss ist eine der vielen Anzapfungen. Ich probiere einfach, welche
am besten passt. Das Optimum scheint bei einer Impedanz-Transformation
nahe 1 : 4 zu liegen. Das passt dann für das 40m-Band und für das
20m-Band recht gut. Am anderen Ende des Antennenkabels besorgt ein
Pi-Filter für die optimale Abstimmung. Was bleibt ist ein
schlechtes Stehwellenverhältnis auf dem Kabel und damit verbundene
höhere Kabelverluste. Das scheint aber nicht allzu schlimm zu sein,
denn auf diesen beiden Bändern funktioniert die Antenne nun sehr gut
mit meinem kleinen CQ/WSPR-Transceiver und testweise auch mit einem
SSB-Transceiver mit 100 W. Der etwas größere Kern hat keine Probleme
mit dieser Leistung. Die Antenne arbeitet auch noch recht gut auf 15 m, auf 80 m allerdings nur noch als reine Empfangsantenne.
Die
Anpassung erinnert etwas an die der Magnetic Longewire, wo ebenfalls 50
Ohm auf eine mittlere höhere Impedanz von 450 Ohm transformiert wird.
Das war ursprünglich eine reine Empfangsantenne. Aber dann hat sich
gezeigt, dass sie auch als Sendeantenne passabel funktioniert. Bei
einem einzelnen Draht braucht man eine möglichst gute Erdverbindung.
Wenn das Ganze mit einem zweiten Draht zu einem Dipol wird, geht es
auch ohne Erde.
20m-Dipol schräg abgespannt
Dieser
Dipol ist ein Vorversuch mit nur 0,2 mm dünnem Spulendraht. Die Idee
war, einen Dipol vom Dach her schräg nach unten in den Garten zu
spannen. Dabei sollte möglichst viel Abstand zum Haus eingehalten
werden. Der Vorversuch spannt die Antenne nicht ganz so hoch ab,
sondern nur von einem Fenster der zweiten Etage aus, ca. 8 m über dem
Boden. In der Mitte des Dipols aus zweimal 5 m Spulendraht
befindet sich eine Mantelwellensperre mit sechs Windungen auf einem
Ferritkern. Die Speiseleitung besteht aus zwei Spulendrähten mit 0,2
mm, die leicht verdrillt sind.
Der Versuch sollte die Frage
beantworten, wie wichtig der Abstand der Antenne zum Haus ist. Die Höhe
unterscheidet sich nicht sehr stark von meinem bisherigen 30m-Dipol.
Als hinterer Abspannpunkt mit einer Höhe von 2 m dient der First des
Gartenhäuschens, das ich mal für die Kinder gebaute hatte. Die Hütte
hatte ich im Sommer mal mit einem Vertikaldraht in den Baum als
Funkbude genutzt. Auch da war die Frage, ob eine Antenne abseits vom
Haus störärmer ist. Die Ergebnisse waren allerdings nicht eindeutig.
Der neue Dipol aber bringt ganz eindeutig bessere Ergebnisse. Zwar
lag das Grundrauschen in der Nacht auf 20 m immer noch bei S6, aber der
Störabstand aller Signale war deutlich besser als mit der alten Antenne. Ich
konnte mit FT8 zahlreiche Stationen aus USA und Südamerika sehen, die bisher
immer im Rauschen untergegangen waren.
Als Sendeantenne dagegen scheint die neue Antenne schlechter zu sein, was man
ihr aber mit dem dünnen Draht verzeihen kann. Die Anpassung gelingt jedenfalls
problemlos. Aber das ist mit dem guten alten Pi-Filter kein Problem, das
ja Gerüchten zufolge sogar einen nassen Schnürsenkel anpassen kann.
Auch die anderen Bänder habe ich getestet. Auf 40 m zeigte sich ebenfalls eine
Verbesserung des Rauschabstands. Die wahre Überraschung aber kam auf 80 m. Die
Störabstände waren plötzlich etwa 20 dB besser als mit allen bisherigen
Antennen. Das Grundrauschen lag gegen Mitternacht nur noch bei S2, aber einige
Stationen kamen bis S9 rein. Zum ersten Mal seit Langem konnte ich in Ruhe den
QSO-Runden auf 80 m lauschen und glasklare CW-Signale hören. Zwar sind die
Signale insgesamt wegen der kurzen Antenne etwas kleiner, aber praktisch alle
Empfänger haben genügend Empfindlichkeitsreserven. Auf den Störabstand kommt es
an! Hier scheint sich die Mantelwellensperre direkt am Dipol zu bewähren. Und
der große Abstand zum Haus von mindestens 2 m.
Auf 40 m scheint der kurze Dipol auch noch einigermaßen als Sendeantenne zu
taugen, was Versuche mit WSPR zeigen. Die lange Speiseleitung aus zwei dünnen
Drähten könnte effektiv für eine hochohmige Anpassung sorgen. Aber das muss
noch einmal untersucht werden, wenn der Dipol mit der passenden Litze mit 0,5
mm² "richtig" aufgebaut wird.
Der schräge Dipol Version 2
Inzwischen
habe ich Zwillingslitze und Abspannseil bestellt und alles noch einmal
besser aufgebaut. Diesmal gibt es nur eine Mantelwellensperre im Haus,
beim Übergang zum Koaxkabel. Ich konnte nur eine etwas dickere
Zwillingsleitung mit 0,75 mm² bekommen, und leider nur in rot/schwarz,
gedacht für Lautsprecherkabel. Die Leitung ist auf einer Länge von 5 m
auseinandergezogen und mit einem Knoten gesichert. Der Rest dient als
Speiseleitung und einem Wellenwiderstand von geschätzten 100 Ohm. Die
Fehlanpassung wird dann am Ende mit dem Pi-Filter wieder korrigiert.
Wenn
man Antennen baut, kann man den Erfolg leicht überschätzen, wenn
zufällig gerade besonders gute Bedingungen herrschen. Inzwischen
sehe ich das etwas realistischer. Der schräge Dipol ist zwar sowohl als
Empfangsantenne als auch als Sendeantenne sehr brauchbar, aber er ist
nicht in jeder Situation besser als der schräg nach unten abgespannte
Dipol mit zweimal 7,5 m. Für den Vergleich verwende ich gern FT8, weil
man damit am schnellsten viele Stationen sieht und schnelle Rapporte
bekommt. Im Durchschnitt sind beide Antennen etwa gleich gut. Aber der
neue Dipol ist sehr viel auffälliger und wird als störend empfunden, da
muss ich der besten Ehefrau leider Recht geben. Sehr stark trägt dazu
die auffällige rote Farbe bei. Und deshalb ist jetzt alles wieder
abgebaut und sorgfältig zusammengerollt, als einfache Testantenne für
alle Fälle.
Tipp: Einzeldrähte von Norbert, OE9NRH
Zwei
Drähte verdrillt haben auch 100 Ohm (Bohrmaschine und langer Garten).
Die 100 Ohm sind auch kein Problem. Zwei Zwillingslitzen parallel
geführt und verlötet ergeben 50 Ohm und drei 33 Ohm. Vorausgesetzt, du
hast noch Draht übrig ;) Achtung, die Seiten nicht vertauschen.
Mache ich auch immer. Auch gut wenn man Breitbandbaluns mit
Drahtabfällen wickeln will/muss. Wenn du die Originallitze
spaltest und die schwarzen Drähte verdrillst, ist alles wieder
unsichtbar.
Antennenhöhe und Rauschabstand
Letzte Woche war mein Glückstag. Die riesige Platane auf dem
Nachbargrundstück wurde beschnitten. Da hingen Kletterer im Seil und
sägten Äste ab, die dann an anderen Seilen herabgelassen wurden, teilweise in
unseren Garten. Das war meine Chance. Könnte man da vielleicht ein dünnes
Seil reinhängen, da ganz oben in der Krone, wo das Kletterseil hängt? Und zwar
als Schleife, einmal hoch und wieder runter. Es war gut machbar, und jetzt
hängt da mein dünnes schwarzes Seil bis in eine Höhe von ca. 15 m, fast unsichtbar.
Ich kann nun jederzeit einen Draht anbinden und hochziehen oder bei Gewitter
wieder einholen. Der Baum hat genügend Abstand zu den Häusern. Da müsste doch
mal eine ordentliche Antenne möglich werden!
Als ersten Test habe ich ein 10 m langes Kabel als Vertikalantenne hochgezogen
und mit einem portablen Kurzwellenempfänger getestet. Alles war weit genug vom
Haus entfernt, aber trotzdem war das Rauschen vergleichbar hoch. Das
beantwortet meine Frage, wieviel Rauschen an meinem Standort unvermeidbar ist.
Meine Mantelwellensperre und ein Balun waren also im Prinzip wirkungsvoll. Das
Rauschen hat wohl zum Teil natürliche Ursachen und stammt zum anderen Teil aus
den vielen Häusern der Stadt, aber jedenfalls nicht im Schwerpunkt aus dem
eigenen.
Der zweite Test verwendete einen dünnen Spulendraht, der bis ganz oben gezogen
wurde und dann eine Seite meines Inverted-V-Dipols verlängerte. Mit dieser
unsymmetrischen Antenne habe ich dann erfolgreich auf 80 m, 40 m und 20 m in
FT8 gefunkt. Die Rapporte waren jeweils ca. 10 dB schlechter als die der
Gegenseite und als ich sie bei anderen Tests gewohnt war. Das dürfte teilweise
auf den zu dünnen Draht zurückzuführen sein und zum anderen Teil auf eine
schlechte Anpassung. Vielleicht bringt auch der Baum selbst eine Dämpfung, weil
die Antenne teilweise parallel zum Stamm hängt.
Die Empfangseigenschaften waren besser als mit allen meinen bisherigen
Antennen. Die Höhe bringt es eben. Auf 20 m konnte ich erstmals viele
andere Stationen aus Mittelamerika in FT8 sehen. Und auf 80 m waren auch
schwache SSB-Stationen gut verständlich. Zwar war das Rauschen immer noch recht
stark, aber der Störabstand war wesentlich verbessert. Jetzt habe ich einige
Ideen wie eine optimale Antenne aussehen könnte. Am Ende habe ich den dünnen
Draht wieder eingeholt und dabei die Höhe gemessen. Die verwendete Astgabel hat
tatsächlich eine Höhe von 18 m über dem Boden. Wirksamkeit einer Mantelwellensperre
5 MHz/Skt, Cursor bei 30 MHz
Die
Mantelwellensperre besteht aus einem Ferritkern, auf den mehrere Windungen
Koaxkabel gewickelt sind. Damit hat man eine Induktivität mit entsprechend
hohem induktivem Widerstand. Eine Messung mit einem Spectrumanalyzer zeigt eine
Dämpfung von ca. 25 dB, wenn der Generatorausgang und der Messeingang jeweils
50 Ohm haben. Bei ca. 1,5 MHz ist die Dämpfung größer, weil sich offenbar
eine Parallelresonanz ausbildet. Ab 15 MHz wird die Wirkung schlechter, weil
die Kapazität der Wicklung parallel liegt. Mit weniger Windungen könnte man die Resonanz nach
oben verschieben.
Zum Vergleich mit direkter Verbindung: 0 dB
Ich hatte
schon länger den Eindruck, dass die Sperre nur dann gut funktioniert, wenn der
Dipol niederohmig ist, sich also in Resonanz befindet. Wenn man aber die
Anpassung erst beim Transceiver macht, ist die Antenne selbst auf einigen Bändern nicht in Resonanz und relativ hochohmig. Die
Drossel ist dann weniger wirksam. Um das zu simulieren, habe ich einen Widerstand
von 470 Ohm in Reihe zum Messeingang gelegt, was eine Dämpfung von rund 20 dB
ergibt. Zusammen mit der Drossel wurde nur etwa 30 dB erreicht, d.h. die
Mantelwellensperre bringt bei einer hochohmigen Antenne nur noch etwa 10 dB.
Mit
meiner unsymmetrisch verlängerten Dipolantenne hatte ich von Anfang an
gute Empfangsergebnisse, aber die Abstrahlung des Sendesignals war noch
nicht optimal. Testweise habe ich dann die kürzere Seite der Antenne
über das Heizungsrohr geerdet. Das brachte wesentlich bessere
Ergebnisse beim Senden, aber dafür bekam ich beim Empfang ein deutlich
höheres Grundrauschen. So entstand die Idee: Nur beim Senden wird die
Erdung über ein Relais zugeschaltet.
Die
Steuerspannung von 12 V wird mit über das Antennenkabel übertragen und
am Antennen-Fußpunkt für das Relais wieder abgetrennt. Die HF läuft
über einen Koppelkondensator, der eigentlich nur gebraucht wird, wenn
mal zusätzlich ein Balun oder ein ähnlicher Übertrager eingesetzt
werden soll. Beim Sender gibt es jeweils eine ähnliche Weiche, die beim
Senden 12 V auf das Kabel legt. Und an der Antenne habe ich eine gelbe
LED mit eingebaut. Wenn die angeht, weiß nun jeder: Vorsicht, heiße
Finger.
Diese
Antenne ist vermutlich das Optimum, das unter den gegebenen
Verhältnissen zu realisieren ist. Das weit verzweigte Kupferrohr der
Heizung ist praktisch ein Teil der Antenne, was einerseits eine gute
Abstrahlung ergibt, andererseits aber EMV-Probleme verursachen kann.
Eine große Sendeleistung verbietet sich daher. Aber ich konnte mit
dieser Antenne erstmals wieder SSB-QSOs auf 80 m und 40 m fahren. Auch
WSPR und FT8 funktionieren auf allen Bändern bestens. Die Antenne
selbst ist auf keinem Band in Resonanz. Aber zusammen mit dem
Antennenkabel und dem Pi-Filter gelingt überall eine brauchbare
Anpassung. Insgesamt hat sich bestätigt, was ich über Antennen lesen
konnte: Die Hauptsache ist, dass man möglichst viel Draht auf dem
verfügbaren Raum unterbringt. Mein Freund der Baum macht es möglich.
Nachtrag: Die kleine Festinduktivität mit 150 µH zur
Abtrennung der Gleichspannung ist inzwischen durchgebrannt. Da muss wohl mal
eine zu hohe HF-Spannung aufgetreten sein. Das Problem wurde zuerst nicht bemerkt,
sodass die Antenne ohne das richtige Gegengewicht arbeitete. Auf 80 m wurde nur
noch ein sehr leises Signal abgestrahlt.
Antennenanpassung mit Schwingkreis
Nach einer leichten Veränderung der Antennenlänge hatte ich große
Schwierigkeiten mit dem 40m-Band. Es zeigte sich, dass die Gesamtlänge des
Strahlers bei etwa 20 m lag. Damit habe ich auf 40 m nun einen endgespeisten
Halbwellen-Dipol. Weil ich nun am heißen Ende einspeise, musste die Anpassung
geändert werden.
Als Lösung bietet sich die Anpassung über einen Schwingkreis mit Anzapfungen
an. Die Spule hat einen Durchmesser von 30 mm und 11 Windungen aus dickem
Kupferdraht mit Anzapfungen an fast jeder Windung. Die passende Anzapfung wird
mit einer Krokoklemme abgegriffen. Die unterste Anzapfung liegt bei 1,5 Windungen.
Daraus ergibt sich ein Windungsverhältnis bis zu 1 : 7 und ein
Impedanzverhältnis bis zu 1 : 49. Ich kann also von 50 Ohm auf bis auf ca. 2500
Ohm hochtransformieren, was gut zum endgespeisten Dipol passt.
Am heißen Ende des Dipols ist eine Glimmlampe angelötet, die als Abstimmhilfe
genutzt werden kann. Ich stelle dann mit dem Drehko auf höchste Spannung ein.
Und tatsächlich ist seitdem die Welt auf 40 m wieder in Ordnung. Auf 80 m
habe ich einen Viertelwellenstrahler und muss die oberste Anzapfung nehmen. Der
Kreis kommt mit dem Drehlo von 2 x 360 pF bis unter 3,5 MHz. Auf den höheren
Bändern brauche ich meist eine mittlere Anzapfung. Versuche auf 30 m und 20 m
waren ebenfalls erfolgreich. Dieses einfache Anpassgerät mit nur
einem Drehko hat sich bis zu einer Leistung von 100 W bewährt.
HF-Spannunsgmessungen
Dieses
analoge Multimeter hat sich als Feldstärkemesser und als HF-Voltmeter
bewährt. Ein genaues Ablesen der tatsächlichen Spannung ist damit zwar
nicht möglich, und die umschaltbaren Spannungsbereiche machen bei HF
keinen Unterschied. Aber relative Messungen sind möglich. Man kann
beide Messkabel als Dipol aufspannen und damit HF-Felder sehen. Oder
man hält ein Kabel an die Antenne und lässt das andere als Gegengewicht
baumeln. Wenn der Zeiger über den Rand ausschlägt, kann man das
Minuskabel kurz aufwickeln und damit das Gegengewicht verkleinern.
Das
Beispiel zeigt meinen endgespeisten Dipol auf 40 m, der über den
Schwingkreis angepasst wird. Das Gegengewicht ist eine Hälfte meines
30m-Dipols. Die Frage war, ob das Gegengewicht ausreicht. Die Messung
zeigt zwar nur relative Spannungsmessungen, aber die Verhältnisse
wurden hier auf eine Spannung von 10 V am Koaxkabel umgerechnet, weil
bei der Messung der WSPR-Sender mit 2 W lief. Das Ergebnis zeigt
optimale Verhältnisse. Die größte Spannung liegt am hochohmigen Ende
der 20 m langen Antenne, die kleinere Spannung am Gegengewicht. Der
scheinbare Nullpunkt liegt an der Anzapfung des Schwingkreises. Aber
die Mantelwellensperre biegt das wieder gerade.
Auf 80 m
ist der 20 m lange Draht ein Viertelwellenstrahler mit niedriger
Fußpunktimpedanz. Da reicht das Gegengewicht natürlich nicht. Zum Test
wurden die beiden Drähte einmal vertauscht. Der lange Draht bildete nun
das Gegengewicht, der kurze eine stark verkürzte Antenne. Bei günstiger
Anpassung funktionierte die Antenne auch ohne eine Erdung, wenn auch
nicht ganz optimal..
Horizontale 30m-Quad
Eine Quad-Antenne bildet ein geschlossenes Quadrat mit dem Umfang der
Wellenlänge. Man sagt ihr nach, dass die weniger Störungen empfängt. Die Form
darf abweichen, bis hin zur dreieckigen Delta-Loop. Auch darf die Quad horizontal
oder vertikal angeordnet werden. Eine einfache Quad mit 30 m Umfang habe
ich nun testweise aufgehängt. Sie passt gerade in den Garten und hat eine
Höhe von durchschnittlich drei Metern. Der erste Eindruck ist, dass der Empfang
tatsächlich störungsärmer ist. Die Quad eignet sich als Empfangsantenne auf
allen Bändern. Als Sendeantenne ist sie auf ihrer Resonanzfrequenz 10 MHz
richtig gut, auf den anderen Bändern nur ein Kompromiss.
Der Versuch wurde auch dadurch angeregt, dass ich ein zweites Halteseil durch
die Astgabel des Baums gezogen habe. Das war aus zwei Gründen nötig. Einmal ist
mir aufgefallen, dass das Seil dazu neigt, oben festzwachsen, vermutlich weil
der Baum immer wieder neue Rinde bildet. Ich konnte das erste Seil gerade noch wieder
befreien. Der andere Grund ist meine Sorge, dass mein Seil bei einem
Sturm reißen könnte. Dann hätte ich keine Chance mehr, eine Antenne
hochzuziehen. Mit dem zweiten Seil bin ich auf der sicheren Seite. Wenn eines
reißt, kann ich ein neues hochziehen. Außerdem kann ich nun verschiedene
Antennen gleichzeitig testen. Das erste Seil hält meinen vertikalen Strahler,
das zweite eine Ecke der Quad.
Resonanzen einer Behelfsantenne
Meine Antenne im Garten besteht aus
einem schräg abgespannten 30m-Dipol, der an einer Seite bei Bedarf um einen ca.
12,5 m langen Draht in die Baumkrone verlängert wird. Die kurze Seite kann ich
über ein Relais an Erde (das geerdete Heizungsrohr) schalten. Die Antenne
funktioniert gut als Viertelwellenstrahler auf 80 m und als endgespeister Dipol
mit Schwingkreisanpassung auf 40 m mit den rechten 7,5 Metern als Gegengewicht.
Nun wollte die die Resonanzen ohne Anpassgerät bestimmen. Erwartet hatte ich
3,5 MHz als Lambda/4-Antenne und 7 MHz als Lambda/2-Antenne. Als Messgerät habe
ich den Elektor-SDR verwendet, der mit einer Zweipolmessung (beschrieben im
Elektor-SDR-Buch) die Impedanz der Antenne auf beliebigen Frequenzen misst. Die
Messung wurde am Fußpunkt der Antenne ohne weitere Speiseleitung durchgeführt.
Ergebnis: Die kleinste Impedanz von rund 50 Ohm wurde bei 3,3 MHz gefunden. Die
größte Impedanz mit 2500 Ohm lag bei 5 MHz, also wesentlich tiefer als
erwartet. Das könnte an zusätzlichen Kapazitäten liegen, besonders an der
kurzen Zweidrahtleitung, die als Anschluss für den ursprünglichen 30m-Dipol
dient. Die Kapazität einer etwa gleich langen Zweidrahtleitung konnte ich mit
ca. 60 pF messen. Dazu kommt noch, dass das andere Ende des Strahlers in der Baumkrone
hängt und nur wenig Abstand zum Baumstamm hält. Beides verstimmt offenbar die
ca. 20 m lange Antenne von 7 MHz auf 5 MHz. Ist aber nicht schlimm, weil
ich die Verstimmung mit meinem Anpass-Schwingkreis korrigiere.
Nun hat mich interessiert, wie stark sich zusätzliche Kapazitäten auf die
Resonanz auswirken. Man kann das sicher genau berechnen oder passende
Simulationsprogramme bemühen. Ich war aber zu faul und wollte nur eine einfache
Milchmädchenrechnung. Dazu habe ich den 20 m langen Dipol in einen Schwingkreis
umgesetzt. Der Draht hat ca. 1,5 µH/m und eine Kapazität gegen den Raum. Am
Ende wirkt sich die Kapazität stärker aus, in der Mitte die Induktivität.
Deshalb habe ich willkürlich die mittleren 10 m zur Induktivität erklärt und
jeweils die 5 m langen Enden zur Kapazität. Wenn die Mitte 15 µH hat und
die Enden jeweils 60 pF gegen den Raum und die Erde, ergibt sich durch die
Reihenschaltung der Endkapazitäten ein Schwingkreis mit 15 µH parallel zu 30
pF. Damit käme man auf eine Resonanz bei 7,5 MHz. Nicht sehr genau, aber für
die Überschlagsrechnung reicht es mir, zumal nicht einmal die Drahtlänge sehr
genau bekannt ist. Da wurde schon zu oft gekürzt und verlängert.
Wenn der
Dipol insgesamt eine Kapazität von 60 pF hat, kommt er mit 15 µH auf die
gemessenen 5 MHz. Die zusätzliche Kapazität durch die Doppelleitung ist mit 60
pF bekannt. Dann muss die Baumkrone auch noch einmal mit 60 pF zuschlagen,
damit zweimal 120 pF in Reihe wieder 60 pF ergeben. Das ist glaubwürdig, die
Überschlagsrechnung konnte also ungefähr die Verstimmung erklären.
Die zu tiefe Resonanz auf 80 m müsste sich durch die Kapazität der Baumkrone
erklären lassen. Wenn der Viertelwellenstrahler wieder zur Hälfte als
Induktivität zählt, hat er ebenfalls 15 µH. Die andere Hälfte müsste dann bei
einem frei hängenden Draht 120 pF haben, was 3,75 MHz ergibt. Mit zusätzlichen
60 pF kame ich auf 3,1 MHz. Die Kapazität der Zweidrahtleitung hat am kalten Ende
kaum einen Einfluss. Unsicher ist aber, wie das relativ lange Heizungsrohr bis
in den Keller sich auswirkt.
1.8.19 Flachbandkabel für Behelfsantennen
Eine Rolle 20-poliges farbiges Flachbandkabel hat schon oft geholfen, wenn
mehradrige Leitungen gebraucht werden. Ein Versuch sollte klären, ob so
etwas auch HF-tauglich ist. Zuerst habe ich es mit zwei
Symmetrierübertragern versucht. Der erste Eindruck war, dass so ein
Kabel sogar dann relativ wenig Störungen einfängt, wenn es in der
Wohnung verlegt wird. In einem zweiten Versuche habe ich es als
HF-Leitung in den Garten gelegt, um testweise den Einspeisepunkt einer
Antenne weit weg vom Haus zu legen. Auch das war erfolgreich, das sehr
dünne Kabel hat sich als ausreichend verlustfrei erwiesen.
Der nächste Test sollte zeigen, ob mit diesem Kabel eine brauchbare
Behelfsantenne aufgebaut werden kann. Dazu habe ich das Kabel auf einer
Länge von 5 m auseinandergezogen und beide Enden in ca. 1,50 m Höhe
über einige Büsche gelegt. Dieser einfache Dipol machte als
Empfangsantenne für das 20m-Band eine gute Figur. Und auch als
Sendeantenne für WSPR war dieser provisorische Dipol einigermaßen
brauchbar. Verglichen mit meinem endgespeisten vertikalen Dipol mit 15
m Höhe waren die Empfangsergebnisse der Behelfsantenne nur etwa 3 dB
schlechter, gemessen am SNR. Beim Senden war der Unterschied allerdings mit 10 dB sehr
viel deutlicher.
Das Ergebnis der Versuche lautet also, eine solche unauffällige Antenne
kann die Lösung sein, wenn man sonst keine Möglichkeiten hat. Bei
Bedarf kann sie noch etwas besser zwischen den Ästen versteckt werden.
Draht-Antennen und Kabel
