Vor- und Nachteile endgespeister Antennen

 

Bild: Antenne des ehemaligen Mittelwellensenders Sottens

Endgespeisten Antennen (End Fed) sind bei Funkamateuren populär. Ihre Installation ist leicht: Sofern der Shack in einer oberen Etage liegt, kann ein Draht direkt vom Fenster zu einem Baum oder einem Mast gespannt werden. Aber auch eine Abspannung vom Shack-Fenster zu einem isolierten Punkt in Erdnähe (als so genannte „Sloper“) ist eine Möglichkeit.

Befindet sich der Shack bzw. der Speisepunkt in Erdnähe, können andere Aufbauformen in Frage kommen: Inverted V, wenn nur ein Stützpunkt vorhanden ist. Inverted L oder am unteren Ende gespeiste Sloper. Der Fantasie sind keine Grenzen gesetzt. Sogar ein vertikaler Draht, als so genannte Ground Plane Antenne, ist nichts anderes als eine endgespeiste Antenne. Zum Beispiel in Form eines, an einen Fibermast geklebten Draht.

Nur der gute alte Dipol ist keine Endgespeiste Antenne. Ebenso wenig die Magnetloop-Antenne.

Fazit: Jeder Draht einseitig an seinem Ende gespeist, ist eine Endgespeiste Antenne.

Und da wir nun mal den Gegenstand unserer Betrachtung definiert haben, ist der Moment gekommen, einige hartnäckige Legenden über Bord zu werfen. Die erste ist die des unnötigen Gegengewichts:

Jede Endgespeiste Antenne, wirklich ohne jegliche Ausnahme, benötigt ein Gegengewicht. Vergisst der Konstrukteur ein solches, so sucht sich die hochfrequente Welle, die abgestrahlt werden will, selbst ein solches Gegengewicht. Sei es in Form des Koaxialkabels, bzw. dessen Abschirmung, oder – in extremis – den Operateur selbst. Letzteres ist z.B. bei einem Handsprechgerät der Fall. Dessen Leiterplatte und Gehäuse nur ein mickriges Gegengewicht darzustellen vermögen.

Die zweite Funker Legende ist die Fabel der Resonanz:

Eine Endgespeiste Antenne darf, aber muss nicht resonant sein. Wobei eine allfällige Resonanz in keiner Weise als Ausrede für ein fehlendes Gegengewicht gilt. Im Prinzip ist jede Endgespeiste Antenne eine Allbandantenne. Gleich wie kurz oder wie lang sie ist. Ob sie nun einen Meter oder hundert lang ist, die Endgespeiste Antenne kann auf allen Frequenzen als Strahler benützt werden. Das ist lediglich eine Frage der Anpassung. Wenn es gelingt, den Sender, bzw. das Speisekabel, an die Impedanz der Antenne anzupassen, bleibt dieser gar nichts anderes übrig, als Hochfrequenz in Form elektromagnetischer Wellen abzustrahlen.

Wieviel dann wirklich in den Äther gelangt ist eine andere Geschichte. Verluste im Antennenstrahler und in der Anpassung fordern ihren Tribut und der Strahlungswiderstand der Antenne sorgt für ausgleichende Gerechtigkeit. Wunder gibt es keine. Hier ein Beispiel wie auch sehr kurze Strahler gut strahlen können.

Die dritte Legende ist die vom Balun, der eigentlich kein Balun, sondern ein UNUN ist, und der bei der Endgespeisten Antenne mit Verhältnis von 1:49 empfohlen wird. Dieser krumme Wert ist übrigens konstruktionsbedingt. 1:49 bewirkt nichts anderes, als eine Transformation von der 50 Ohm Impedanz des Koaxialkabels auf 2450 Ohm.

Dieses Teil ist nicht zwingend notwendig, und es ist nur zweckmäßig, wenn die an ihrem Ende gespeiste Antenne eine halbe Wellenlänge oder ein Mehrfaches einer halben Wellenlänge lang ist. Nur dann liegt ihre Impedanz am Speisepunkt im Bereich von einigen Kiloohm, sodass der 1:49 UNUN eine Anpassung vornehmen kann.

Ein Draht von 40m Länge hat für 80m eine halbe Wellenlänge, für 40m zwei Halbwellen, für 20m vier Halbwellen und für 10m acht Halbwellen. Für das 80, 40, 20 und 10m Band kann der 1:49 UNUN deshalb eine Anpassung darstellen. Jedoch nicht für die anderen Bänder dazwischen und schon gar nicht für das 160m Band. Für dieses müsste der endgespeiste Halbwellenstrahler nämlich ganze 80m lang sein. Die Impedanz eines 40m langen Strahlers liegt für 160m im Bereich von einigen 10 Ohm und würde über einen UNUN 1:49 gespeist eine totale Fehlanpassung darstellen. Mit entsprechenden Verlusten in dem zweckentfremdeten UNUN und Rauchzeichen anstelle von Funksignalen als Resultat.

Natürlich gibt es auch hier ein paar Tricks, um den UNUN vor Feuer und Rauch zu retten. Einige Hersteller, bzw. Konstrukteure verlängern zum Beispiel den zu kurzen Draht mit einer Spule auf eine halbe Wellenlänge und liefern so dem 49er UNUN die notwendige Kilo-Ohm Impedanz. Mit weiteren Spulen und Kondensatoren am richtigen Ort kann der endgespeiste Draht noch auf weiteren Bändern in den Kiloohm Bereich befördert und so dem UNUN schmackhaft gemacht werden.

Ob das sinnvoll ist, bleibe dahingestellt. Man könnte nämlich einfach einen Draht von beliebiger Länge nehmen und ihn zum Beispiel mit einem automatischen Tuner anpassen. Viele Funkamateure machen genau das. Sie fahren damit oft besser als mit dem 1:49 UNUN. Denn die Impedanz des Halbwellenstrahler beträgt meist nicht genau 2450 Ohm sondern gondelt irgendwo zwischen 1 und 4 Kiloohm herum, je nach Höhe, Form und Umgebung des endgespeisten Drahtes. Darum wird der 1:49 UNUN häufig nicht eine perfekte Anpassung herstellen. Doch in den meisten Fällen wird der eingebaute Tuner im Transceiver nachhelfen können und ein akzeptables Stehwellenverhältnis herstellen.

Natürlich wird auch der OM mit dem automatischen Tuner feststellen, dass eine Anpassung seiner speziellen Drahtlänge nicht auf allen gewünschten Bändern möglich ist. Der Anpassungsbereich dieser Tuner ist begrenzt und die Verluste sind, je nach anzupassender Impedanz mal kleiner oder höher. Wichtig ist aber in jedem Fall, dass sowohl UNUN wie auch Tuner an den Speisepunkt (Anfang des Antennendrahtes) gehören. Dazwischen gehört kein Koaxialkabel. Es würde nur zusätzliche Verluste verursachen.

Doch verlassen wir dieses Thema, auch wenn es dazu sicher noch viel zu sagen und zu ergänzen gäbe, und kommen wir zu einem wichtigen Punkt. Nämlich zu den Nachteilen der Endgespeisten Antenne:

Dass die Endgespeiste Antenne je nach Länge und Art des Aufbaus unterschiedliche Richtdiagramme in den verschiedenen Bändern aufweist, ist wohl den meisten klar. Dem interessierten Konstrukteur stehen verschiedene Mittel der Antennensimulation zur Verfügung um seine Antenne auf dem Computer zu probieren und sich ein Bild über deren Richtdiagramme in Azimut und Elevation ein Bild zu machen (z.B. MMANA-GAL, EZNEC). Ein Instrument über das frühere Generationen von Funkamateuren nicht verfügt haben. Ihnen blieb nichts anderes übrig als die Beobachtung im Funkverkehr.

Aber auch heute bleibt dem Erbauer einer Antenne noch ein Bereich übrig, in dem eine Simulation nicht helfen kann. Und das betrifft die Endgespeiste Antenne stärker als den Dipol oder die magnetische Loopantenne: die Störanfälligkeit durch elektrische Störungen aus der Umgebung, die sich im Empfänger als Rauschen manifestieren.

Endgespeiste Antennen sind störanfälliger als Dipole oder Magnetloops. Sie bringen oft viel mehr elektrische Störungen aus der Umgebung zum Empfänger als die beiden anderen genannten Antennentypen.

Schuld daran sind folgende Punkte:

Der unsymmetrische Aufbau: Im Gegensatz zu einem mittig gespeisten Dipol, der von Natur aus ausgeglichen ist (gleiche Ströme fließen in entgegengesetzte Richtungen), wird eine endgespeiste Antenne nur an einem Ende gespeist. Dies führt zu einem Ungleichgewicht, da sich der Speisepunkt nicht in der elektrischen „Mitte“ befindet.

Die Gegenpolabhängigkeit: Damit eine endgespeiste Antenne abstrahlen kann, benötigt sie einen Rückweg für den HF-Strom, der häufig durch die Abschirmung des Koaxialkabels bereitgestellt wird. Dadurch wird das Koaxialkabel Teil des Abstrahlsystems.

Damit kommen die Gleichtaktströme ins Spiel: Da die Koaxialabschirmung als Teil des Antennensystems fungiert, können HF-Ströme entlang der Außenfläche der Abschirmung fließen. Diese werden als Gleichtaktströme bezeichnet.

Gleichtaktströme verursachen die Störanfälligkeit damit, dass sie die Aufnahme von Umgebungsrauschen begünstigen: Die koaxiale Abschirmung wirkt als unbeabsichtigte Antenne und kann elektrisches Rauschen von nahe gelegenen Geräten, Stromleitungen und anderen Störquellen aufnehmen.

Wiederabstrahlung von Rauschen: Die Gleichtaktströme strahlen dieses Rauschen aber auch wieder ab, das dann von der Antenne erfasst werden kann, was zu einem erhöhten Grundrauschen im Empfänger führt.

 

Folgende Faktoren können die die Störanfälligkeit verstärken

Die Nähe zu Rauschquellen: Endgespeiste Antennen werden häufig in städtischen oder vorstädtischen Umgebungen installiert, in denen elektrisches Rauschen weit verbreitet ist.

Probleme mit der Erdung: Eine schlechte Erdung oder das Fehlen eines speziellen Gegenpols verschlimmert Gleichtaktstromprobleme.

Unzulänglichkeiten des Transformators: Ein unsachgemäß konstruierter oder nicht angepasster Transformator kann die Zuleitung nicht vom abstrahlenden Teil der Antenne isolieren, was die Anfälligkeit für Störungen erhöht.

Das führt uns zu der Frage:

Wie kann man diese Rauschprobleme entschärfen?

Mit einer Mantelwellensperre: Die Installation einer Gleichtaktdrossel (Ferritkerne oder eine Koaxialdrossel) am Speisepunkt oder/und entlang des Koaxialkabels kann unerwünschte HF-Ströme auf der Koaxialabschirmung unterdrücken. Ferrit-Ringkerne als Mantelwellensperre sind beliebt. Sie müssen aber für den Gleichtaktstrom eine möglichst hohe Impedanz darstellen um wirksam zu sein. Eisenpulverkerne sind weniger dazu geeignet. Mehrer Ringkerne nacheinander (quasi in Serie) sind besser. Ebenso mehrere Durchgänge des Koaxialkabels durch den Ringkern (Windungen).  

Mit einem dedizierten Gegengewicht: Das Hinzufügen eines Gegengewichtsdrahtes (z. B. ein Viertelwellenradialdraht für das unterste Band) kann die Rolle des Koaxialkabels als Rückweg reduzieren und Gleichtaktströme minimieren.

Mit einer guten Erdung: Eine Erdung unmittelbar am Einspeisepunkt trägt dazu bei, einen niederohmigen Rückweg zu schaffen und die Beteiligung des Koax zu verringern. Bei einer Endgespeisten Antenne die vom Shack im Obergeschoss zu einem nahegelegenen Baum oder Mast führt, wird das jedoch schwierig. Ein Leiter hinunter zu einem Erdanschluss oder gar die Benutzung der Netzerde ist keine gute Idee und muss als Teil der Antenne betrachtet werden.

Die Platzierung der Einspeisung: Halte den Einspeisepunkt und das Koaxialkabel von bekannten Störquellen wie Haushaltselektronik oder Stromleitungen fern. Je weiter, je besser.

Mit der Qualität des UNUNS: Verwende einen hochwertigen Anpassungsübertrager, der für minimale Verluste und optimale Isolierung ausgelegt ist. Der Ferritkern muss dafür geeignet sein und eine entsprechend hohe Eigenimpedanz aufweisen. Eisenpulver-Kerne sind dazu nicht geeignet.

Doch der beste Weg, Störungen zu verringern, ist der Verzicht auf eine Endgespeiste Antenne und der Einsatz eines Dipols

Wieso sind zentrumsgespeiste Dipole weniger Störempfindlich?

Bei einem mittengespeisten Dipol sorgt die symmetrische Beschaffenheit der Antenne dafür, dass sich die Ströme in den beiden Hälften aufheben, wodurch die Erzeugung von Gleichtaktströmen auf der Speiseleitung minimiert wird.

Durch diese Ausgewogenheit wird die Zuleitung als Teil des Strahlersystems isoliert, was zu einer geringeren Störanfälligkeit führt.

Magnetische Loopantennen sind noch weniger störanfällig. Sie sind in sich geschlossene Systeme, die kein Gegengewicht benötigen und hauptsächlich die magnetische Komponente der elektromagnetischen Wellen aufnehmen. Störer in der Umgebung strahlen hingegen bevorzugt die elektrische Komponente ab.

 

Die Rückkehr der FM

 

Die digitalen Betriebsarten DMR, D-Star und C4FM für 2m und 70cm wurden in den letzten Jahren von den grossen Herstellern stark gefördert. Trotzdem funken viele Funkamateure heute noch immer mit der klassischen FM Modulation wie eh und je. Vor allem aus drei Gründen: 

- Die Digitalen sind nicht besser. Man kann damit nicht weiter funken und die Sprachqualität lässt zu wünschen übrig. Viele bevorzugen es, die Gegenstation in ihrer natürlichen Sprache zu hören und nicht mit der Stimme eines Roboters aus einem SF Movie.

- Wenn's knapp wird - an der Reichweitengrenze - schlägt FM meist die Digitalen. Zudem hört man bei FM, was an der Reichweitengrenze passiert und kann ggf. rasch die Antenne nachjustieren.

- Oft fehlt der gemeinsame Nenner: Die Funkkollegen sind nicht alle digital QRV, und wenn, dann haben nicht alle die gleiche Digitalmodulation in ihrem Gerät. 

Viele benutzen aus diesen Gründen noch die klassische FM, oft noch mit einem älteren Gerät.

Das hat Yaesu auch erkannt und hat einen interessanten neuen Weg beschritten: Bei einer neuen Serie von Mobiltransceivern verzichtet Yaesu auf C4FM und setzt stattdessen auf eine verbesserte klassische FM Modulation. Dabei wird mit einer so genannten ASP (Audio Signal Processing) das FM-Signal nachbearbeitet und die Verständlichkeit bei schwachem Signal verbessert. Gemäss Yaesu sollte damit die Reichweite erhöht werden.

Die neuen Mobiltransceiver für Europa sind

- FT3185E ASP, ein 2m Transceiver mit 85 Watt

- FT3165E ASP, ein 2m Transceiver mit 65 Watt und Frontlautsprecher

- FTM150E ASP, ein 2m/70cm transceiver mit 55/50 Watt

Die Geräte verfügen über neue Kühlkonzepte für die Endstufen und die Preise scheinen recht ansprechend zu sein. Ob und wieweit sich die ASP bewähren wird, werden wir wohl in den nächsten Monaten erfahren, denn die neue Serie soll rasch auf dem Markt erscheinen. 

10 MHz Referenz mit OCXO anstatt GPS

VHF/UHF Transceiver wie der Icom IC-9700 und Mikrowellen-Transverter benötigen ein stabiles Referenzsignal von 10 MHz, sonst beginnen sie zu wandern, von einer Frequenz zur anderen. Das fällt bei 2m FM nicht ins Auge, doch in SSB ist es lästig, wenn man neben der QRG steht. Im Mikrowellengebiet entscheidet es über den Erfolg einer Verbindung. Denn der Fehler multipliziert sich mit der Frequenz. Wer im 2m Band 10 Hz "daneben" ist, steht im 10 GHz Band schon mit 720 Hz im Schilf. Wenn er dann noch durch diesen wandert, wird es unausstehlich.  

Wer nicht unter einem Stein lebt, hat meist einen GPSDO, einen Empfänger, der sich die exakte Frequenz von einem GPS-Satelliten holt. Diese haben nämlich allesamt eine Atomuhr an Bord. 

Manche leben zwar nicht unter einem Stein aber im Keller und haben keine Lust, extra für den GPSDO eine weitere Aussenantenne zu errichten, auch wenn dies keine grosse Sache ist. In diesem Fall hilft ein OCXO. Das ist ein Quarzoszillator mit einer Heizung. Die hält den Oszillator auf einer konstanten Temperatur und damit dessen Frequenz konstant. 

Nicht nur Kellerbewohner entscheiden sich für diese Lösung, auch Prepper sind dem OCXO zugeneigt. Denn wenn Krieg und Chaos drohen, werden die GPS Satelliten gestört oder fallen aus, wie es in den gegenwärtigen Kriegsgebieten zu erleben ist. Wenn schon die Welt untergeht, dann mindestens auf der richtigen Frequenz.

Wie jeden anderen Elektroschrott kann man so einen OCXO für eine Hand voll Dollar aus dem Land des Lächelns kaufen. Ich habe mir so ein Teil für 15 $ beschafft, um zu schauen wie gut es ist:

Aber man kann auch einen gebrauchten professionellen OCXO kaufen. Der kostet etwa zwei bis dreimal soviel und man muss noch eine Schaltung drum herum bauen um ihn zu betreiben. Eine stabile 12V Versorgung und einen Spindeltrimmer für den Abgleich. Auch das habe ich getan. Natürlich auch aus China. Aber immerhin handelt es sich dabei um ein ehemaliges Schweizer Produkt. Denn in China wird nicht nur produziert, es wird auch rezykliert. Im nächsten Bild sieht man den OCXO von Oscilloquartz bereits auf einem Stück Leiterplatte mit der notwendigen Hilfsschaltung montiert:

 Der 8663 ist ein Doppelofen, also ein Ofen in einem Ofen, und daher besonders stabil. Die Schaltung für seinen Betrieb sieht bei mir so aus:

 Der LM2940-12 ist ein Low Dropout Regler, also ein Längsregler, der mit einem kleinen Spannungsabfall auskommt. Er verrichtet seinen Dienst auch mit 13V Eingangsspannung noch comme il faut.

Wichtig ist der Einsatz eines mehrgängigen Spindelpotentiometers von hoher Qualität. Also z.B. Contelec, Spectrol oder ähnlich. Die Widerstände sollten Metallschichttypen sein, die ein besseres Temperaturverhalten aufweisen als Kohleschichtwiderstände. Für die Elkos habe ich Tantalkondensatoren aus der Bastelkiste gefischt. Sie sind unten auf der Leiterplatte, damit sie wenig Wärme abbekommen.

OCXO's brauchen eine Anlaufzeit (ca. 5 - 10 Minuten), um auf die richtige Temperatur aufzuheizen. Erst dann sind die 10 MHz stabil und man kann den Transceiver einschalten, ohne dass dieser reklamiert.

Beide OCXO Platinen habe ich nach zwei Stunden Aufheizzeit genau abgeglichen. Auf ein Millihertz genau. Mehr gibt mein Frequenzzähler nicht her. Natürlich hängt dieser an einem GPSDO von Leo Bodnar, sonst wäre ein Abgleich der OCXO's ein schlechter Witz. 

Der Abgleich des 15$ Teils war extrem mühsam, da das Spindelpotentiometer eine Hysterese hat, so eine Art Gummieffekt. Zudem ist mir bei dieser Gelegenheit aufgefallen, dass nicht nur der OCXO, sondern auch der Spannungsregler ihre gesamte Wärme an die Platine abgeben und damit die SMD-Elkos stark aufheizen (>55 Grad Celsius). Das dürfte deren Lebensdauer ziemlich verkürzen.

Nach einigen Stunden Ruhezeit habe ich die Oszillatoren wieder in Betrieb genommen und nach einer halben Stunde die Frequenz gemessen.

Hier das Resultat des 15 Dollar Oszillators:

  

Und hier das Resultat des alten Schweizers:

Beide Oszillatoren brauchen ca. 200mA Strom (13.8V). Der 15 Dollar Oszi ist für anspruchslose Gemüter bedingt brauchbar. Doch wer weiss, auf welcher QRG er beim nächsten Einschalten zu stehen kommen wird. Ich stelle ihn mal unter Beobachtung, bis er mir verleidet. Dann wandert er ins Recycling. Ein Dauerbetrieb ist jedoch nicht zu empfehlen. Den alten Schweizer kann man aber ruhig durchlaufen lassen. Wenn der Stromverbrauch nicht stört wohl auch Jahre lang, ohne sich gross darum zu kümmern.

Noch ein Trostpflaster für die vielen OM mit alten Funkgeräten ohne Referenzeingang. Ein TCXO ist ein Temperatur kontrollierter Quartz Oszillator. Die Temperaturabhängigkeit des Kristalls wird durch eine elektronische Schaltung kompensiert, in der die Temperaturkurve des Kristalls gespeichert ist. Der TCXO ist zwar nicht so gut wie ein OCXO, aber man kann einen solchen in den meisten älteren Funkgeräten als Option nachbestücken. Es lohnt sich!  

   

Piraten

 

Bild: Zwischenhalt über dem Tal der Dordogne

Piraten gibt es nicht nur auf den Meeren unserer Welt, sondern auch im Aether, wie die meisten Funkamateure wissen, die nicht gerade unter einem Stein wohnen. Auch auf FT-8. Nirgendwo ist es leichter, Pirat zu sein als auf dem Jammerfunk, wie diese Betriebsart von manchen despektierlich genannt wird. Hinter einem FT-8 Signal kann man sich leicht verstecken. Beispiele dafür sind D1A und D1DX. Rufzeichen, die keinem Land zugeteilt sind und die auch nicht auf QRZ.com zu finden sind. Diese Piraten sollen angeblich aus dem russisch besetzten Donetsk arbeiten. 

Eine anderer Pirat aus diesem Gebiet arbeitet auf 3623 in USB. Er sendet Musik und seine Sendung beginnt um 20:00 MEZ. Da er in USB arbeitet, belegt sein Signal den Bereich 3623 - 3626 kHz. In diesem Bereich finden oft Funkrunden statt und die meisten weichen dem Piraten geschickt aus und lassen ihn ins Leere laufen.  

Doch jetzt wird es kompliziert: Da wir Funkamateure auf 80m in LSB arbeiten, nützt es nichts, zum Beispiel auf 3626 auszuweichen, da sich dann die beiden Kanäle wegen des entgegengesetzten Seitenbandes überschneiden. Die meisten "Bewohner" dieses Bereichs wissen das und setzten sich entweder auf 3623 oder auf 3629 und darüber. Nun könnte man denken, dass uns der Pirat ganze 6kHz unseres Bandes weg nimmt. Doch das ist ein Kurzschluss. Wenn wir 3629 benutzen, dann belegen wir den "Kanal" von 3626 bis 3629 mit unserem LSB Signal.

 

     

Der Fahnenmast als Antenne

 

Immer wieder erhalte ich Emails von Funkern mit Fragen zu meinen Blogs. Auch zu Artikeln, die ich vor langer Zeit geschrieben und schon längst vergessen hatte. So wollte ein OM kürzlich wissen, auf was er achten müsse, wenn man einen Fahnenmast als Antenne auf dem Balkon aufstelle. Welches Material man nehmen und wie lange der Mast sein sollte: ob 8m, 10m oder gar 12m.

Da dies ein Thema ist, das sicher viele Funker interessiert, will ich dazu in diesem Blog Stellung nehmen:

Wenn man einen Fahnenmast auf dem Balkon errichten darf, ist das natürlich eine tolle Sache. Dabei gibt es jedoch folgendes zu bedenken:

Vertikalantennen nehmen in der Regel mehr Störungen aus der Umgebung auf als horizontale Dipole. Ein Grund ist, dass sie ein Gegengewicht benötigen und dieses in der Regel weit weg vom Ideal ist (freies Feld mit vielen Radialen). Dieses Gegengewicht dürfte besonders bei einem Fahnenmast auf einer Terrasse oder gar einem Balkon problematisch sein. Auch wenn man über ein Geländer aus Metall verfügt. Auch wenn es der automatische Tuner schafft, die Antenne abzustimmen, sind Störungen der Elektronik in der Nähe gut möglich.

Als Material für Fahnenmasten empfiehlt sich Aluminium. Zwar kann man auch Kunststoffmasten mit einem Draht als Antennenleiter verwenden. Das funktioniert auf den kurzen Bändern problemlos. Doch auf den längeren Bändern (80m) ist der Fahnenmast viel zu kurz und sein Strahlungswiderstand beträgt nur wenige Ohm. Dünner Draht (oder Litze) hat aber wegen dem Skineffekt auch bereits einige Ohm Hochfrequenz-Widerstand. Einige dB können dabei rasch verloren gehen. 

Ein Fahnenmast mit einem Automatischen Tuner, wie z.B. dem CG3000 hat für alle Bänder die gleiche elektrische Länge, da er über keine Traps verfügt. Die Länge ist entscheidend für das Richtdiagramm der Antenne. Das sieht etwa so aus (8m Mast 7MHz):

Senkrecht hinauf in die Ionosphäre strahlt die Antenne nicht. Außerhalb der Bodenwellen-Reichweite, können deshalb nahe Stationen nur schlecht kontaktiert werden. Das macht sich z.B. bei lokalen Runden (100km) im 80m Band bemerkbar.

Auf den kürzeren Bändern, auf denen man gerne DX arbeitet, schaut es dabei gut aus. Der Fahnenmast strahlt flach. Wie hier im Bild (8m Mast 14MHz):

Auch im 15m Band strahlt der 8m Mast noch flach genug für DX-Kontakte:

Im 10m Band ist das jedoch nicht mehr der Fall. Der 8m Mast ist bereits zu lang für eine ideale Flachstrahlung und man verliert bei der DX-Station bereits einige dB. Doch bei den z:Z. sehr guten Bedingungen ist das kaum ein Problem..

Bei einem 12m Mast sieht es aber bereits im 15m Band nicht mehr so toll aus und der Fahnenmast strahlt weniger flach, als man gerne hätte:

Fazit: Wer vor allem DX arbeiten möchte (10-40m) ist mit einem 6m Mast besser bedient. Wer vor allem auf den Bändern 20m bis 80m (160m) arbeiten möchte, setzt auf einen 12m Mast. Allerdings hat er dann immer noch den Nachteil der fehlenden Steilstrahlung im NVIS-Bereich (40 bis 160m) 

Der Vertikalstrahler mit Auto-Tuner ist also keine ideale Allband-Antenne. 

Legenden, die sich um den UNUN ranken

 

UNUN heisst Unbalanced-Unbalanced und ist ein unsymmetrischer HF-Transformator. Für viele Amateurfunker ist er das Allheilmittel schlechthin. "Hast du einen Draht, nimm einen UNUN", heisst es in eingeweihten und geprüften Kreisen. "Auch wenn er noch so kurz ist, er hilft." Man ist ja schließlich staatlich geprüfter Amateurfunker und hat in einer schweren Prüfung solche Fragen beantworten müssen wie:

"Auf einer Rolle Koaxialkabel mit der Impedanz 50 Ohm befinden sich 50m Kabel. Ich schneide davon 25m ab, wie gross ist die Impedanz des auf der Rolle verbleibenden Kabels?"

Wir Geprüfte wissen natürlich, dass die Impedanz immer gleich bleibt, auch wenn sich das "Wieso" unserer Kenntnis entzieht. Nur doppelt Geprüfte wissen vielleicht von dem "Wieso". Das sind die mit einem amerikanischen Rufzeichen der Extra-Klasse. Notabene eine lobenswerte Anstrengung zur Weiterbildung. 

Eine Aether-Legende erzählt, dass ein einfach Geprüfter, der diese Prüfungsfrage korrekt beantwortet hatte,  zu Hause seine Diamond X-Y um einen Meter gekürzt habe, weil sie ihm zu lang war. Die Impedanz bleibe ja immer gleich, schloss er. 

Doch zurück zum UNUN: Seine Beliebtheit hat mit den so genannten High End Fed Antennen sprunghaft zugenommen. Das Prinzip: Ich spanne einen Draht vom Shack zum nächsten Baum und speise ihn mit dem Koax via 1:49 UNUN (manchmal auch 1:64). Der staatlich Geprüfte weiss natürlich, dass damit die Impedanz des Koaxialkabels von 50 Ohm um einen Faktor 49 hinauf transformiert wird, auf 2450 Ohm. Und wenn er das vergessen hat, wird es ihm der Amateurfunkhändler seines Vertrauens mitteilen oder der chinesischen Beipackzettel. Den Antennendraht hat er selbstverständlich auch dazu gekauft. Als Geprüfter braucht man nicht mehr selbst Antennenlitze abzuschneiden. 

Dass der End Fed nicht auf Anhieb funktioniert, irritiert zwar ein bisschen. Aber das ist kein grosses Problem, dafür gibt es ja Antennentuner aller Couleur.  So ein Tuner, von älteren Geprüften oft auch Matchbox genannt, kann alles auf allen Bändern abstimmen. Auch auf die, die der End Fed nicht intus hat. Wie zum Beispiel die WARC Bänder, 11m oder Freebander Frequenzen.

Eine Aether-Legende berichtet, dass ein Geprüfter seinen 40m langen End Fed auch auf 160m getuned haben soll. Ein Tuner mit einem 1:49 UNUN und einem Viertelwellendraht in Serie. Eine heiße Kombination im wahrsten Sinne des Wortes. 

Doch jeder staatlich geprüfte Amateurfunker weiss: es ist außerordentlich schwierig, eine Antenne zu bauen, die nicht strahlt. Bei akutem Strahlungsmangel übernimmt das Koaxialkabel diese Rolle.

Andere Legenden berichten, dass Geprüfte mit Erfolg ebenfalls 40m lange Drähte erfolgreich im 160m Band gespeist haben sollen. Mit einem 1:9 UNUN. Macht es doch richtig Spass, einige 10 Ohm auf einige Ohm runter zu transformieren um den Tuner im Transceiver zu testen.

Ein UNUN geht also immer. Ob 1:9, 1:49 oder Eins zu Irgendwas. Impedanzen werden sowieso überbewertet. Komplexe Zahlen sowieso. Im Notfall gibt der UNUN Rauchzeichen.

Wer keinen UNUN kaufen will, kann auch einen basteln. Das macht Spass und dient der Weiterbildung der Geprüften. Anleitungen gibt es im Web zuhauf. Man braucht dazu nur etwas Draht und einen dieser farbigen Ringkerne. Manche schwören auf die Roten, andere auf die Gelben oder Blauen und einige doppelt Geprüfte auf die Farblosen. Das ist m.E. Geschmacksache. Jeder riecht anders, wenn er abbrennt. Man kann sie aber ruhig auch nach politischen Gesichtspunkten aussuchen. 

Hat man ein Kilowatt oder mehr, nimmt man natürlich die grössten Ringe. Für QRP reichen aber die kleinen, wo gerade noch der kleine Finger durchpasst. Aber aufgepasst: Gerade die 1:49er brauchen angeblich noch einen kleinen Kondensator, den man anschließen muss. Er soll das Stehwellenverhältnis beruhigen. Benutzt man aber einen Tuner, ist auch dieses Teil obsolet. 

Einen bewährten UNUN habe ich noch ausgelassen: den 1:6er. Er sitzt in der bewährten FD-4. Dieser Dipol, der weder in der Mitte noch am Ende, sondern bei einem Drittel der Länge gespeist wird, soll eine Impedanz von ca. 300 Ohm haben. Der Legende nach soll die FD4, bei doppelt geprüften auch Windows genannt;-) auf allen Bändern funktionieren, auch auf dem 160m Band. Natürlich mit einem Tuner. 

  

   

Die Ionosphäre einfach erklärt

 

Blick von der Schweiz auf die italienische Seite des Grossen St. Bernhard Passes (2473m)

Wer auf Kurzwelle funkt, braucht in der Regel die Ionosphäre. Die ist ein sehr kompliziertes Ding, zu dem es viele gescheite Erklärungen im Internet gibt. Aber viele davon sind wie ein Irrgarten, in dem man sich verlieren kann. Und so habe ich mich gefragt, ob man die Ionosphäre nicht einfacher und mit wenigen Sätzen erklären kann.

Die Ionosphäre, die unsere Funkwellen reflektiert, hat ihre Existenz der Sonne zu verdanken. Diese sendet ihre Strahlen nicht nur als Licht zu uns, sondern im ganzen Spektrum der elektromagnetischen Wellen. Dabei u.a. auch als Extrem Ultraviolette Strahlung (EUV). Es ist vor allem dieser Teil der Sonnenstrahlung, die den Atomen in den oberen Schichten der Erdatmosphäre ihre Elektronen entreißt. Diese freien Elektronen bilden die Ionosphäre.

In der Ionosphäre gibt es drei große Schichten: die D-, E- und F-Schichten. Die F-Schicht in 200 bis 300 km Höhe ist die oberste und für das DX auf Kurzwelle verantwortlich.

Wenn die F-Schicht stark ist und viele freie Elektronen hat, reflektiert sie die kürzeren Bänder 10 bis 20m, ist sie schwach, nur die längeren Bänder 30 bis 160m.

Am stärksten ist sie im Sonnenfleckenmaximum, am schwächsten im Sonnenfleckenminimum. Tagsüber ist sie stärker als in der Nacht.

Unterhalb der F-Schicht existiert die E-Schicht in ca. 120km Höhe. Sie reflektiert nur die längeren Bänder und das vor allem tagsüber. Knapp darunter, in etwa 80km Höhe gibt es noch die D-Schicht. Sie existiert nur tagsüber und anstatt zu reflektieren, dämpft sie die Wellen, die sie durchqueren. Am stärksten die längeren (40 bis 160m) und am wenigsten die kürzeren (10 bis 20m). Im Sonnenfleckenmaximum ist die D-Schicht aber so stark, dass 160m und 80m tagsüber unbrauchbar sind.

Auch die Stärken der E- und D-Schicht werden also durch die Sonnenaktivität beeinflusst.

Wie kann man nun wissen, wie es mit der Ionosphäre steht und wie stark oder schwach sie ist? Der beste Indikator ist der SFI (Solar Flux Index). Der ist oben links in der Ausbreitungsprognose in meinem Blog zu sehen. Liegt er bei

50-70 sind die Bänder über 40 Meter unbrauchbar

70-90 sind schlechte bis gute Bedingungen auf 20m und darunter zu erwarten.

90-120 herrschen gute Bedingungen bis 15m

120-150 bedeuten gute Bedingungen auf allen Bändern bis 10m

150-200 bieten ausgezeichnete Bedingungen bis 10m und Öffnungen auf 6 Meter

>200 bedeuten ausgezeichnete Kommunikation auf allen Bändern bis 6 Meter.

Doch leider gibt es dabei ein Großes ABER:

Gerade im Maximum ihrer Aktivität schleudert die Sonne nicht nur ein Maximum ihrer Strahlen ins All, sondern auch elektrisch geladene Teilchen. Diese stören das Erdmagnetfeld. Die entstehenden Magnetstürme zerreißen die F-Schicht und führen zu Teil- oder Totalausfällen der Kurzwellen-Kommunikation.

Indikator für die Magnetstürme ist der so genannte K-Index. Er wird alle drei Stunden gemessen und ist daher eine Momentaufnahme des Erdmagnetfeldes. Je tiefer, je ruhiger ist das Magnetfeld und desto stabiler sind die DX Bedingungen. Ein Wert von 1 ist gut. Bei einem Wert von 10 muss man fürchten, dass die Stromversorgung und das Internet zusammenbrechen.

Der A-Index ist ein weiterer Indikator und wird aus den K-Werten generiert. 200 bedeutet katastrophal schlecht, 15 gute Ausbreitung und 7 Superbedingungen.

Über Störungen des Funkverkehrs auf Kurzwelle informiert auch diese Seite mit einer etwas anderen Terminologie.