Beiträge von W8JI

USB-Anschlüsse entstören

Funkentstörung

Mein Beruf brchte es mit sich, dass ich viel auf der Autobahn unterwegs war und um so seltener ins Shack kam. Deshalb steckte ich alles Mögliche an Aufwand in die Mobilstation – schließlich hatte ich genau da Zeit fürs Hobby. Wenn etwas nicht wie gewünscht funktionierte, konnte ich auf der Autobahn in ruhigen Momenten nachdenken. Ich komme mir dabei manch mal wie Sherlock Holmes' Assistent vor. Die so gewonnenen Erkenntnisse zur Funkentstörung fasse ich hier in neun Thesen zusammen, die nicht nur beim Mobilbetrieb nützlich sind. Anders ausgedrückt: Ich habe damals eine Menge Lehrgeld bezahlt, das sich aber bezahlt machte.

1. Antenne ist da, wo Antennenstrom fließt

Mit meiner Mobilstation hörte ich anfangs fast ausschließlich mein eigenes Auto. Anfangs zog ich aus dieser Erkenntnis die Folgerung, dass ich mir die Störungen nicht über die Antenne einfinge. Nach einigen Experimenten musste ich die Aussage modifizieren: Man sollte zunächst feststellen, was alles zur Antenne gehört. Das ist häufig bedeutend mehr, als man sich in seiner Einfalt vorstellt.

Recht simpel lässt sich das an einer endgespeisten Antenne zeigen: Mal abgesehen von einer Fuchs-Antenne, die exakt im Stromknoten gespeist wird, fließt am Speisepunkt ein recht beträchtlicher, unsymmetrischer Strom. Der muss irgendwo herkommen und Strom strahlt. Kaum eine der beliebten endgespeisten Antennen mit 1:9-Balun (eigentlich 1:3-Unun) wird also wirklich am Ende gespeist.

Meist gehört der Trägermast auf dem Hausdach auch noch zur am Ende gespeisten Antenne und folglich auch die Erdungsleitung – die meist mitten durch die Elektroinstallation des Hauses (oder unweit davon außen entlang der Hauswand) verläuft. Das garantiert, dass man jedes einzelne Powerline-Paket im Haus auch wirklich hört. Eine Mantelwellendrossel auf dem Antennenkabel wird den Geräuschpegel der Antenne nicht wesentlich senken. Sie trennt nur das Antennenkabel von der Antenne ab.

Das heißt nicht, dass sich diese Antennenform auf jeden Fall Störungen einfangen und Funkstörungen verursachen muss – meine ist ausgesprochen ruhig. Man sollte solche Antennen aber möglichst weit weg von Haus einspeisen und z. B. das isolierte Ende am Haus aufhängen. Ja, das bedeutet dann schon mal 40 m Ableitung.

Die Mantelwellendrossel an der Hauswand sorgt dann dafür, dass sich die Antenne ihren Strom aus der Erde holen kann und nicht aus dem Haus. Eine Mantelwellendrossel direkt am Speisepunkt, ohne Ableitung für den Antennenstrom z. B. über den Mast, hindert die Antenne am Funktionieren.

Der gleiche Effekt tritt bei den beliebten Mehrband-Groundplane-Antennen auf dem Dach auf – vor allem, wenn nur ein Radial pro Band wirksam ist. Damit wird diese Antenne bestenfalls zu einem 3-Band-Winkeldipol, der voll ins Haus strahlt. Das lässt sich nur mit genügend vielen Radials verhindern, vier pro Band dürften das Minimum sein. Schon bei einer Dreiband-Groundplane führt das zu einem Drahtverhau aus mindestens 12 Radials.

Meine langjährigen Erfahrungen zu diesem Thema fasse ich heute in einem Satz zusammen: Auf beide Enden des Antennenkabels gehören Mantelwellendrosseln. Damit stehe ich übrigens nicht allein. Beispielsweise DK7ZB, für seine Antennenentwicklungen berühmt, sieht das genau so: Grundsätzlich sollte am Ende der Speisekabel-Niederführung an der Station eine Mantelwellensperre vorgesehen werden. [5]

2. Eine Mantelwellendrossel kann kontraproduktiv sein

Für eine Fahrt nach Hamburg setzte ich eine umgebaute CB-Antenne mit Magnetfuß aufs Dach. Die Enttäuschung war aber groß, weil das 10-m-Relais DF0HHH nur in wenigen Kilometern Umkreis stärker war als die Elektronik im Auto. Dabei hatte ich doch extra eine Mantelwellendrossel in das Antennenkabel eingefügt. Nachdenken bei der weiteren Fahrt und späteres Nachmessen brachten die Auflösung: Der Magnetfuß hat gegen das Autoblech eine Kapazität von wenigstens 200 pF – die reicht selbst für 20 m noch aus, weil man die 50 Ω Blindwiderstand wegstimmen kann. Der Antennenfuß wird dadurch natürlich HF-technisch warm.

Das alleine war aber noch nicht das Problem: Vom Magnetfuß bis zur Mantelwellendrossel waren es reichlich 2 m und so erzeugte ich versehentlich ein sauber auf das obere Ende des 10m-Bandes abgestimmtes Radial. Das steckte teilweise im Innenraum und fing sich ganz offensichtlich sehr effizient die Störstrahlung der Fahrzeugelektronik ein. Über den Magnetfuß koppelten die Störungen dann ins Antennenkabel ein. Im SSB-Bereich, 1 MHz tiefer, waren die Störungen längst nicht so stark.

Die Position der Mantelwellendrossel spielt also eine große Rolle. In vielen Fällen wird man sogar mehrere davon brauchen: Aus oben geschilderten Gründen eine am Antennenfußpunkt und eine am Funkgerät. Auch sollte man vermeiden, dass das Antennenkabel zwischen zwei Mantelwellendrosseln auf einer der Arbeitsfrequenzen in Halbwellenresonanz gerät. Im Zweifelsfall setzt man noch ein paar Klappferrite auf das Kabel. Die eignen sich hier ausnahmsweise auch für Kurzwelle, weil sie nur Resonanzen unterdrücken sollen.

So kann man auch die Ableitung eines horizontal aufgehängten Dipols für die benachbarte Groundplane unsichtbar [1] machen. Selbst wenn die Ableitung eines Dipols nicht senkrecht von der Antenne weg führen kann, verhindert diese Maßnahme eine Beeinflussung der Antenne. Dem gleichen Zweck dienen übrigens die Isolatoren in den Abspannungen (Pardunen) großer Sendemasten.

Meine empfangsseitig ruhigste Mobilantenne für 20 m ist übrigens eine Magnetfußantenne mit Mantelwellendrossel unmittelbar am Magnetfuß. Damit habe ich schon VK2, ZL und PY gearbeitet   früh um 8 Uhr bei 120 km/h.

3. Manche Kabel sind recht effiziente Leiterschleifen

In Reichweite des Fahrers findet sich in heutigen Fahrzeugen kaum noch Platz für ein Funkgerät. Die Amateurfunk-Industrie trug dem mit Bediengeräten Rechnung, die dann mit Strippen am Funkgerät hängen. Entsprechend braucht man auch Verlängerungsleitungen für Lautsprecher und Mikrofon. Die Verlängerungsleitung für den Lautsprecher hatte eine 3,5-mm-Buchse, mein Lautsprecher hatte einen entsprechenden Stecker. Man beachte die Formulierung in der Vergangenheit.

Eines Tages gab unsere Waschmaschine den Geist auf, Ersatzteile dafür waren schon lange nicht mehr erhältlich. Also haben wir am nächsten Samstag eine neue Waschmaschine gekauft, die Rücksitze umgelegt und die Maschine heimgefahren. Am Montagmorgen darauf war das Funkgerät stumm. Ich war eine ganze Woche ohne Funk unterwegs. Einer aus der Morgenrunde auf DB0ZU fragte besorgt per Telefon an, was denn mit mir los sei.

Am Wochenende darauf fand ich den Fehler schnell: Beim Umlegen der Rücksitze hatte ein Hebel die Lautsprecherleitung abgeschert. Alles kein Problem, der Rest der Leitung war immer noch lang genug. Nur hatte ich keine 3,5-mm-Kupplung in der Bastelkiste. Also beschloss ich, das bisherige Verlängerungskabel direkt am Lautsprecher anzulöten.

Zunächst war ich überrascht, dass die Yaesu-Entwickler ein Kabel mit koaxialem Aufbau gewählt hatten. Das Aha-Erlebnis kam am nächsten Montag: Plötzlich war der KW-Empfänger deutlich ruhiger. Während 200 km Autobahnfahrt hatte ich Zeit, den Effekt zu ergründen: Natürlich hatte ich das Lautsprecherkabel direkt am Funkgerät mehrfach durch einen Ferritring gezogen. Im Funkgerät sind die Leitungen ordnungsgemäß abgeblockt. Wo kamen die Störungen dann her?

Die Lösung: Das ursprüngliche Kabel am Lautsprecher war eine der üblichen Doppelleitungen. Die parallelen Leiter hatten zwischen sich einen guten Millimeter Abstand und liefen über einen guten Meter parallel – und das genau neben dem Steuerrechner des Wagens mit seinen dicken Kabelbäumen. Die hier induzierten Ströme kommen problemlos durch die Mantelwellendrossel am Funkgerät hindurch, weil es symmetrische Ströme sind.

Das gilt um so mehr, wenn die gemeinsam verdrosselten Leitungen richtig große Leiterschleifen aufspannen wie bei dem 12V-Anschluss: Der Minuspol stammt von einem Bolzen am Blech; der Pluspol hängt an einer Leitung, die über diverse Kabelbäume, Sicherungen, Klemmen usw. mit der Batterie verbunden ist. Das ist wohl auch einer der Gründe, warum es zu den traditionellen Grundsätzen gehört, das Funkgerät direkt an die Batteriepole anzuschließen. Wobei ich mir nicht sicher bin, ob Starterbatterien nach Hochfrequenzgesichtspunkten konstruiert werden.

Folgerung: Entweder man verwendet Koaxialkabel bzw. verdrillte Leitungen. Oder man verdrosselt jede Ader einzeln, denn auch symmetrische Ströme können Störungen verursachen. Geständnis: Die Verlängerungskabel für Bedienteil und Mikrofon sind mir zu filigran aufgebaut, als dass ich da schon jede Ader einzeln verdrosselt hätte ...

4. Hören macht schlau

Der Kauf eines neuen Fahrzeugs ist ein längerer Prozess. Als Funkamateur hat man da zusätzliche Fragen, z. B. die nach der erlaubten Sendeleistung und dem zu erwartenden Störnebel. Die Probefahrt legte ich bewusst in die Dämmerung, damit ich mit dem Autoradio auf Mittelwelle Hörversuche machen konnte. Damals gab es auch noch den BBC World Service auf 648 kHz. Alles sauber! Schließlich war das ein Diesel-Fahrzeug.

Bis ich meinen Wagen abholen konnte, dauerte es natürlich. Und bis meine Kurzwellenstation erstmals betriebsbereit war, dauerte es noch viel länger. Mein Entsetzen war groß, als ich sowohl typische Zündfunkenstörungen (bei einem Dieselmotor!) als auch einen 1-kHz-Lattenzaun entdeckte. Beide Störungen werden mit zunehmender Frequenz schwächer, sind aber über den ganzen KW-Bereich zu hören. Wären es saubere 100 kHz, hätte ich gleich einen Eichmarkengeber ...

Bei beiden Störungen bin ich mittlerweile etwas schlauer. Abhilfe an der Quelle wird es aber wohl keine geben, aber die Quellen sind eingekreist:

• Es gab eine Zeit, da brauchte ein Dieselmotor das Bordnetz nur zum Vorglühen und zum Starten. Alles andere lief rein mechanisch. Heute berechnet der Steuerrechner praktisch für jede Umdrehung der Kurbelwelle die benötigte Treibstoffmenge und öffnet entsprechend kurz oder lang die Einspritzdüsen. Und die werden offensichtlich piezoelektrisch betätigt – mit steilen Hochspannungsimpulsen. Den Beweis bekomme ich regelmäßig geliefert, wenn ich die Motorbremse einsetze: Plötzlich sind die Störungen weg.
• Beim Lattenzaun kann ich die Ursache beschreiben, vielleicht hilft das dem einen oder anderen Eigenbauer: Der Lattenzaun ist das typische Spektrum von ganz schmalen, steilen Impulsen. Höchstwahrscheinlich gibt es irgendwo in der Elektronik ein Gatternetzwerk, das mit einem 1-kHz-Takt arbeitet. Dazu später noch mehr.

5. Wo HF hereinkommt, geht auch HF hinaus

Eigentlich bedarf diese Erkenntnis keiner Erwähnung. Trotzdem sei sie hier der Vollständigkeit halber angsprochen: Mit einiger Wahrscheinlichkeit blasen störende hochfrequenten elektromagnetischen Wellen aus einem der Löcher heraus, über das man sich die Empfangsstörungen einfängt. Freilich hilft das nicht, wenn die Stereoanlage des Nachbarn im ausgeschalteten Zustand als Diodenempfänger arbeitet. Dann muss man den Empfangsdipol mit den Endkapazitäten (Lautsprecherboxen) entschärfen. Aber größere Feldstärken oder Spannungen an überraschenden Orten sind interessante Indizien. Wie oben geschildert: Intensives Nachdenken hilft manchmal.

6. Eine Verbindung ist nicht zwingend eine ausreichende Verbindung

Schon länger hatte ich mich gewundert, warum ausgerechnet die Magnetfußantenne mit der Mantelwellendrossel unmittelbar am Magnetfuß meine ruhigste 20-m-Mobilantenne war. Die Erleuchtung kam mir beim Austausch der Autoradio-Antenne, weil deren UKW-Verstärker beschädigt war.

Beim Ausbau der alten Antenne stellte ich überrascht fest, dass sich die Verschraubung von Hand lösen ließ. Damit war auch die Masseverbindung der Antenne nicht mehr der Rede wert. Bei der neuen Antenne zug ich die Mutter mit einem Gabelschlüssel an. Seitdem höre ich auf Mittelwelle höchstens noch das Moped, das hinter mir an der Ampel steht.

Überträgt man diese Erkenntnis auf eine sendefähige Mobilantenne, bekommt die Masseverbindung des Antennenfußes eine ganz andere Bedeutung: Der Fußpunktwiderstand einer KW-Mobilantenne liegt im Bereich 10...20 Ω. Entsprechend leicht koppelt man sich bei einem Einbaufuß hier Störungen aus dem Fahrzeuginnern direkt in die Antenne ein. Also muss auch hier eine Mantelwellendrossel unmittelbar am Antennefuß auf das Antennenkabel. Erst sie hält unsymmetrische Ströme vom Antennenfuß fern, obwohl die Antenne auf der anderen Seite von mehreren Quadratmetern Blech steht.

Diese Erkenntnis haben offensichtlich eher die Hersteller von Autoradioantennen verinnerlicht denn die Hersteller unserer Antennenfüße, wie man im direkten Vergleich sehen kann.

7. Es hat keinen Sinn, ein Loch dichter als dicht zu machen

Dieser Schwank stammt aus der Frühzeit meines KW-Mobilbetriebs, soll aber trotz dem am Ende dieser Betrachtungen stehen. Zu dieser Zeit hatte ich schon längst alle Leitungen am Funkgerät durch Ringkerne gezogen und trotzdem auf 40 m noch einen S9-Störnebel. In meiner Verzweiflung beschloss ich, die Störungen müssten über die Antenne hereinkommen und folglich müsse eine bessere Mantelwellendrossel her. Also legte ich mir einen Kellermann-Balun zu. Das Teil erzeugt mit mehreren Hundert Gramm Eisen für unsymmetrische Ströme eine Impedanz von mehreren Kiloohm. Allein: Diese Maßnahme wirkte auch nicht besser als ein 50-Cent-Ringkern ohne genaue technische Daten.

Folgerung: In aller Regel sollte sich eine vergleichsweise einfache Entstörung deutlich bemerkbar machen. Impedanzen im 100-Ω-Bereich bilden dabei Spannungsteiler mit der Verblockung der Leitungen im Funkgerät. Das sollte schon einmal 1...2 S-Stufen Besserung bringen. Wenn eine Maßnahme mehr oder weniger nichts bringt, versucht man wohl, das falsche Loch abzudichten und muss das richtige suchen.

8. Abschirmen und Erden kann kontraproduktiv sein

Diese These verdanke ich in dieser Schärfe [3], auch wenn solche Erlebnisse auch schon hatte: Eine kleine Schaltung, die wegen ihrer Abmessungen nicht strahlen kann und deren Anschlüsse passend verdrosselt sind, kann mit Abschirmung stärker strahlen: Von der Störquelle wird die Energie kapazitiv auf die Abschirmung übertragen, wo sie dann mehr Fläche zum abstrahlen hat. Die Verbindung zur Schutzerde ist dann die optimale Antenne...

Folgerung: Eine Abschirmung ist nur dann sinnvoll, wenn man die Störquelle komplett kapseln kann und das Massepotential in unmittelbarer Nähe ist.

9. Tipps für Hobby-Entwickler

Wer seine Gerätschaften selbst baut, sollte aus obigen Beobachtungen mehrere Konsequenzen ableiten:

• Zumindest bei Empfängern ist es weitgehend sinnlos, externe Störsignale mit Gewalt kurzschließen zu wollen. Erst muss man die Quelle hochohmig machen, um die Ströme auf beherrschbare Größen zu reduzieren. Deshalb ist es auch sinnlos, das Funkgerät möglichst gut oder direkt erden zu wollen. Damit macht man die störenden Stromkreise nur niederohmiger. Wenn also Sicherheitsgesichtspunkte nicht dagegen sprechen, sollten restlos alle Anschlüsse verdrosselt werden – Stromversorgung eingeschlossen. Diese Idee ist übrigens uralt, siehe rechts [2].
• Zweiadrige Leitungen sollten verdrillt oder koaxial aufgebaut sein. Was spricht dagegen, einen typischen Amateurfunk-Lautsprecher mit RG174U anzuschließen?
• Der Nutzer tut sich schwer, symmetrische Ströme in Kabeln zu dämpfen. Es kann deshalb sinnvoll sein, die Anschlüsse nicht nur zu verdrosseln und gegen die Schaltungsmasse abzublocken. Eine zweistufige Verdrosselung ist zumindest einen Versuch wert: Von außen kommende Leitungen werden erst ver drosselt und dann gegen die Kabelmasse abgeblockt. Die zweite Stufe verdrosselt nochmals jede Ader und blockt sie gegen die Gerätemasse ab. So bleiben die symmetrischen Ströme innerhalb eines Kabels von der Schaltungsmasse fern.
• Die Schaltungsregeln aus der NF- (Audio-)Technik müssen im HF-Bereich nicht falsch sein: Brummschleifen funktionieren auch mit höheren Frequenzen als 50 Hz. Wer abgeschirmte Kabel benutzt, sollte die Abschirmung nur einseitig erden oder zumindest diese Möglichkeit einmal ausprobieren. (Hier steht ausdrücklich abgeschirmte Kabel und nicht Koaxkabel!)
• Wenn eine Schaltung einen Lattenzaum aussendet, sollte man in den logischen Verknüpfungen nach den beschriebenen Impulsen suchen. Der typische Digitaltechniker und Softwerker ist wohl überfordert, diese Impulse zu suchen, genau die richtigen Leiterbahnen so kurz wie möglich zu machen und mit gezielt eingesetzten Kondensatoren die Impulse an der Quelle zu unterdrücken.

Literatur

[1] Kunze, Christoph, DK6ED: Beeinflussungen von Antennen durch parasitäre Elemente

In: Funkamateur 3/2017, S. 223ff

[2] Larsen, Absalon: Eliminating Interference Caused by Electrical Equipment

In: QST March 1932, p. 19

[3] Jirmann, Jochen, DB1NV: Vereinfachte Netznachbildung für elektrische Kleinverbraucher (2)

In: Funkamateur 3/2018, S. 240ff
Jochen beschreibt hier seine Störmessungen, vorzugsweise an LED-Leuchten für Netzbetrieb. Er kam auf die Idee, den praktischen Betrieb der Leuchten in Lampen mit Metallschirm nachzubilden. Dazu umwickelte er den Fuß der Lampen mit Alufolie, was die Störsituation oft verschlimmerte. Ganz schlimm wurde es, wenn er diese Abschirmung dann mit der Schutzerde verband, wie das bei Lampen ja zwangsweise passiert.

[4] Compans, Elmar (DF4GV): Erfahrungen mit Ballonantennen - Genehmigung und Speisung

In : cqDL 8/2923, S. 22ff Meine Bemerkung bezieht sich auf das Bild 6, wo das mit simulierte Antennenkabel das mühsam gepflegte Strahlungsdiagramm der Antenne völlig zerstört.

[5] Steyer, Martin, DK7ZB: Strom-Balun als Mantelwellensperre

In: cqDL 10-2017, S. 40ff

Diese Seite entstand aus meinem Artikel Effektive Funkentstörmaßnahmen – nicht nur für den Mobilbetrieb in der Zeitschrft Funkamateur 8/2013, S. 869ff.