QRP-Antenne für den Urlaub

Magnetische Antennen für Dumme

Endgespeiste Kurzwellenantennen

Als vor 80 Jahren das ganze Funkwesen die Experimenterphase verließ, waren endgespeiste Antennen Stand der Technik: Der Radiohörer hängte 10 m Draht oder so möglichst hoch und frei auf und führte den Antennendraht zum Empfänger. Damit die Antenne vernünftig funktionierte, musste sie gegen Erde betrieben werden. Das klappte so lange ganz gut, wie nur noch Glühlampen und andere gleichmäßige Verbraucher am Stromnetz hingen. Heute muss man sich da etwas mehr einfallen lassen. Und als Funkamateur, der die Antenne auch zum Senden hernehmen will, sowieso...

Der große Vorteil einer am Ende gespeisten Antenne ist, dass keine Ableitung in der Mitte oder so herunter hängt. Das macht die Antenne bedeutend nachbarschafts-kompatibler – wenigstens in mechanischer Hinsicht. Etwas aus der Mode gekommen sind endgespeiste Antennen allerdings aus elektrischen Gründen: Sie produzieren recht häufig Störungen in anderen Geräten und nehmen auch sehr leicht Störungen aus der Umgebung auf. Das wird schnell verständlich wenn man sich überlegt, dass der Antennenstrom ja schließlich irgendwo hin fließen muss – nicht nur aus dem Antennendraht heraus oder wieder hinein. Symmetrisch gespeiste Antennen haben dieses Problem nicht, weil die eine Hälfte der Antenne genau den Strom braucht, den die andere Hälfte gerade liefert. Kurz: Eine endgespeiste Antenne sucht sich ihr Gegengewicht auf jeden Fall. Im Normalfall bedeutet das, dass die Ausgleichsströme irgendwo herum vagabundieren. Typisches Ergebnis: Beim Senden kann man sich am Funkgerät brennen. Von der Hochfrequenz kann man ja keinen Schlag bekommen, es wird nur warm...

Diese vagabundierende Hochfrequenz kann nicht nur Störungen in Fernsehern usw. verursachen. Darüber fängt sich die Antenne auch leicht Störungen ein. Dagegen hilft auch nicht, die Ableitung mit einer Mantelwellendrossel zu versehen. Die führt nur dazu, dass der Antennenfußpunkt in der Luft hängt und sich die Antenne auf den meisten Frequenzen überhaupt nicht mehr anpassen lässt.

Eine der ersten vernünftigen endgespeisten Antennen war die Fuchsantenne. Hierfür wurde der Strahler exakt für der Arbeitsfrequenz auf Halbwellenresonanz abgeschnitten. Am Ende war ein Parallelschwingkreis einseitig angeschlossen, in den der Sender induktiv eingekoppelt wurde. In diesem Fall wird die Antenne extrem hochohmig eingekoppelt, der Antennenstrom in der Zuleitung wird also minimal. Nur: Genau diesen Betriebsfall pflegt man heute strikt zu vermeiden, weil man die Antenne eben nicht nur z.B. im CW-Bereich des 40m-Bandes benutzen will. Schließlich beherrscht heute schon der kleinste Transceiver alle Bänder von 160m bis 6m. Man bemisst die Strahlerlänge also bewusst so, dass die λ/2-Resonanzen eben nicht in die Amateurfunkbänder fallen. Nur so können die üblichen Anpassglieder die Antennenimpedanz an den Sender anpassen. Dafür fließen dann aber durchaus beträchtliche Ströme in die Antenne hinein, die sich ihr Gegengewicht selber suchen.

Eine endgespeiste Antenne anpassen

Es gibt eine ganze Reihe von Möglichkeiten, eine endgespeiste Antenne an den Sender anzupassen:

• Eine Zepp-Antenne (Zeppelin-Antenne) benutzt eine λ/4 lange Hühnerleiter zum Anpassen der Antennenimpedanz. Diese Antennen hingen vom fliegenden Luftschiff herunter und hatten den Vorteil, die hohen Spannungen, und damit die Funkengefahr, möglichst weit vom Luftschiff fern zu halten. Diese Anpassungsart ist natürlich recht schmalbandig. Und eine Hühnerleiter (für nicht eingeweihte: zwei parallele Drähte, deren Abstand mit Abstandshaltern konstant gehalten wird) ist weder besonders unauffällig noch so ganz einfach mit einem heutigen Sender zu verbinden.
• Sehr belebt sind 1:9-Baluns, auch magnetic balun genannt. Entgegen der Bezeichnung sind das Hochfrequenztransformatoren mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:3. Die Impedanztransformation geht bekanntlich quadratisch mit dem Spannungs-Übersetzungsverhältnis und so passen diese Einrichtungen die 50 Ω des Senders und des Antennenkabels an 450 Ω am Antennenfußpunkt an. Mehr dazu später...
• Die aufwändigste, aber auch sauberste, Lösung ist eine Matchbox direkt am Antennenfußpunkt. Nur kostet eine wetterfeste Automatik-Matchbox wie der SG-320 Smarturner schon allein doppelt so viel wie manche Antenne samt 1:9-Balun, etwa die Wimo GPM-1500

Die Lösung mit dem 1:9-Balun ist deshalb für viele Funkamateure reizvoll, weil viele Sender mit eingebautem Anpassglied den Rest der Anpassung erledigen können. Ein vernünftig konstruierter 1:9-Balun liefert auch über den gesamten Kurzwellenbereich ein recht gutes SWR, wenn man ihn mit einem 470-Ω-Widerstand abschließt. Aber wehe man sieht sich die Eingangsimpedanz an, wenn der Balun auf der hochohmigen Seite offen ist! Da kann es einem nur schlecht werden.

Das Endergebnis sieht man im Diagramm: Ein 25 m langer Draht, ca. 7 m über Grund, wird hier über einen 1:9-Balun und 35 m RG-58/U gemessen. (Die Zacken stammen vom Sender Ismaning des Bayerischen Rundfunks auf 801 und 6085 kHz in 15 km Entfernung. Am Oszilloskop sehe ich etwa 0,5 V_ss.) Die Impedanzunterschiede sind, im Vergleich zu Messungen direkt an der Antenne, stark eingeebnet. Das lässt nur den Schluss zu, dass der Wirkungsgrad dieser Speisemethode nicht so sehr gut sein kann. Für eine reine Empfangsantenne ist das sicher kein Problem, auch wenn dafür eine aktive Empfangsantenne wohl die einfachere und bessere Lösung wäre. Aber als Sendeantenne besticht so eine endgespeiste Antenne mit 1:9-Balum wohl eher durch Einfachheit denn durch Leistung.

Die Ausgleichsströme unschädlich machen

Die Ausgleichsströme am Antennenfußpunkt lassen sich nicht vermeiden, aber durchaus unschädlich machen. Wie das gehen kann, zeigt meine provisorische Antenne im neuen QTH, die ich anlässlich des HNYC 2011 durch den Schnee stapfend aufbaute:

• Ein Lebensmitteldiscounter verkaufte vor einem Jahr für 20 EUR ein Weltmeisterschaftsset bestehend aus Deutschlandfahne, passender Leine und einem 6-m-Aluminiummast (tnx DL1PA). Letzterer steht jetzt in einem Erdanker (letztes Frühjahr für 6 EUR bei Aldi Süd) auf dem Lärmschutzwall am Ende meines Gartens.
• Die Einspeisung passiert nicht auf der Hausseite, sondern so weit wie möglich von allen Störquellen entfernt.
• Der Alu-Mast versorgt die Antenne nicht nur mit Höhe, sondern auch mit den nötigen Ausgleichsströmen. Wenn der Schnee mal geschmolzen ist, werde ich da noch mit ein paar Radials experimentieren.
• Unmittelbar unter dem Balun sitzt eine Mantelwellendrossel. Die muss da hin, damit sie auf den oberen Bändern wirken kann. Am Mastfuß wäre sie für 20m λ/4 vom Balun weg und müsste deshalb viel hochohmiger sein.
• Bis zum Haus liegen dann erst mal 20 m Kabel auf der Erde – demnächst wohl auch unter der Erde. Damit sollten die Ausgleichsströme hinreichend vom Haus ferngehalten sein.

Wie man am Bild sieht, sitzt der Balun 1,5 m unter der Mastspitze. Das ist vor allem der Rohrdünne geschuldet: An dieser Stelle stecken die beiden oberen Mastsegmente ineinander. Ich habe die Schelle nur von Hand angezogen, der Mast ist an dieser Stelle aber bereits deutlich zusammengequetscht.

Literatur

Wippermann, Wolfgang (DG0SA): Das Ende des Langdrahtes

Eine schöne Präsentation zum Thema die auch zeigt, warum die Spesung am fernen Ende sinnvoll ist. Wobei Wolfgang genau diesen Aspekt ziemlich vernachlässigt.