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. 

ICOM Funkgeräte explodieren im Libanon

 

Bild: Ein Eichelhäher hat sich eine Erdnuss geschnappt.

Ihr habet es sicher in der Zeitung gelesen oder im Radio gehört. Nachdem massenweise Pager explodiert sind, explodierten einen Tag später nun viele Handfunkgeräte im Libanon.

Dazu einige Details, die vielleicht nicht in eurer Zeitung stehen. Es handelte sich bei den Geräten um ICOM IC-V82. Dass diese Geräte von Icom stammen ist eher unwahrscheinlich. Die Fabrikation des IC-V82 wurde im Oktober 2014 eingestellt. 

Doch von ICOM, wie auch von anderen Markengeräten, gibt es Kopien aus China. Ein Beispiel dafür ist der FT-7900R aus China. Das Gerät ist ein 2m/70cm FM-Mobiltransceiver mit 50W Leistung. Er ist auf Ebay und anderswo für ca. 170 $ zu haben. Ein Schnäppchen auf den ersten Blick.

Doch der FT-7900R wird schon lange nicht mehr von Yaesu, Japan fabriziert. Die Geräte sind Kopien aus China. Ob sie die ursprünglichen Spezifikationen des Originals einhalten, ist fraglich. Auf jeden Fall sind es Kopien der amerikanischen Version (R) und nicht etwa FT-7900E. Hände weg, auch wenn sie kaum explodieren dürften. 

Die Stellungnahme von ICOM, Japan, zum V-82 

Fake V-82 auf Ebay!

Die umgekehrte, endgespeiste V-Antenne

 

Blick vom Sessellift auf die 2200m hohe Breya, runter nach Champex.

Wenn man in einem Alpental wohnt, braucht man ab und zu einen Horizontwechsel. Zum Beispiel einen Trip in ein anderes Alpental. Ferien von den lebenslänglichen Ferien. Möglichst an einen hübschen Ort ohne Übertourismus. Kürzlich führte mich mein Weg nach Champex le Lac. Ein Ort in einem Alpental im Wallis, an der Route von Martigny zum Grossen St. Bernhard. Dort wo die Bernhardiner herkommen. Ein idealer Ort zum Wandern, Skifahren und Entspannen. 

Als Funkamateur bringt man natürlich seine Station mit. Man möchte nach den langen Wanderungen am Abend auch funken. Nicht im DX-Pileup, dazu sind Alpentäler keine guten Standorte. Aber mit seinen Freunden und Kollegen in Europa. 

Als Funkstation diente die dritte Iteration meines selbst gebauten QRP-CW-Transceivers für das 80m und 40m Band. Ein reines Hardware-Gerät, garantiert softwarefrei. Gepaart mit einem Selbstbau-Antennentuner, wie im nächsten Bild zu sehen ist:

 Als Antenne diente ausnahmsweise keine Magnetloop, da rund ums Haus genügend Platz vorhanden war. Daher kam nur eine Rolle hochflexible Litze (Lify 0.75mm2, grau) und ein 10m Fiberglas-Mast mit. Keine Baluns, Ununs oder anderes Zeug. Die Dinger werden nur heiss und man verbrennt sich daran die Finger. Mein Tuner ist zwar etwas kompliziert, aber mit den zuschaltbaren C's und L's kann er so ziemlich alles Anpassen, was den Strom leitet. Er arbeitet in Pi-Konfiguration mit einem maximalen Eingangs-C von 3nF, einer variablen Induktivität von maximal 20uH und einem maximalen Ausgangs-C von 900pF. Ein automatischer Antennentuner könnte das auch, wäre aber wesentlich praktischer.  

Als Antenne baute ich diesmal ein umgekehrtes V. Eine Antennenart, die als Dipol bei vielen OM beliebt ist. Braucht man doch dazu nur einen einzigen Mast. Doch anstatt den Draht in der Mitte zu speisen, speiste ich ihn an einem Ende. Gegen Erde, versteht sich. Denn mit 29m war der Draht weder im 40m, noch im 80m Band resonant. Es handelte sich also nicht um eine dieser High End Fed Antennen, die endgespeiste Halbwellenstrahler sind! Sondern um eine Art um 90 Grad gekippte Inverted L.

Ein ausgezeichneter NVIS-Strahler für kurze bis mittlere Distanzen, wie nicht nur die QSO's bewiesen, sondern auch eine Simulation mit EZNEC. Zwar etwas gar kurz und deshalb weniger effektiv im 160m Band, strahlt diese Antenne aber ebenfalls wie ein Springbrunnen. Eine Ideale NVIS und Notfunk-Antenne mit geringstem Aufwand. So sieht die Antenne aus:

    Das Haus muss nicht unbedingt schräg stehen, wie auf der Skizze und anstelle eines Mastes kann natürlich auch ein Baum als Aufhängepunkt dienen. Mit meinem VNA ist es mir gelungen, die Antenne auf allen Bändern abzustimmen, von 160 bis 10m. Doch die Richtdiagramme der Simulation werden auf den kürzeren KW-Bändern zu abenteuerlichen Gebilden mit einem Strauss von Nebenzipfeln. Das letzte Bild zeigt die Antenne in Situ:

FTDX-1F ein FT817/818 Nachfolger oder Fake

 

Bild: FT-817 mit Palm Paddle

Nicht nur von ICOM gibt es Neuigkeiten, wie ich gestern berichtet habe. Auch von Yaesu soll ein neuer Transceiver auf den Markt kommen. Und zwar ein Nachfolger für den FT817/FT818. Ein Portabel-Gerät der QRP Klasse für alle Bänder von 160m bis 70cm. 

Doch bisher gibt es keine offizielle Ankündigung wie von ICOM für den neuen IC-7760. Nur einige Youtube Videos. Nichts Genaues weiss man nicht. 

Sollte das Gerät wirklich kommen, wäre es ein Hit und könnte an den Erfolg des FT817 anknüpfen, eines der meist verkauften Amateurfunkgeräte. Sein Nachfolger der FT-818 hatte nicht den gleichen Erfolg, er war nur ein schlechter Klon und die Filterproblematik blieb. Seit Collins keine mechanischen ZF-Filter mehr baut, können diese im FT-817/818 und im FT-857 nicht mehr nachgerüstet werden. 

Heutzutage wird jeder Quatsch auf Youtube hochgeladen und vieles davon ist Fake. Wir werden in den nächsten Wochen sehen, ob sich das Gerücht um den FTDX-1F bestätigen wird oder nicht.

Update: Erstaunlich! man kann das Gerät, das erst 2025 erscheinen soll, bereits vorbestellen. Nämlich hier bei WIMO. Dort erfährt man auch mehr, was der Transceiver kann: Nämlich 6W mit dem eingebauten Akku und 10W bei externer Speisung. Das Teil soll zwei Lautsprecher haben (Wieso?) und man kann gleichzeitig auf UKW und auf Kurzwelle senden. Für FT8 benötigt er einen optionalen Lüfter, der sich auf die Rückseite schnallen lässt. Auch ein Antennentuner lässt sich Huckepack nehmen. Viel unnützes Zeug, das beim SOTA-Betrieb unnötig ist. Ausser dem Tuner, der gehört m.E. als Standard in die Kiste. 

Über Abmessungen und Gewicht steht nichts in den Spezifikationen. Über den Preis natürlich auch nichts. Doch all dies wird sicher den alten FT-817 weit übertreffen. Man muss schon ziemlich verrückt sein, eine solche Katze im Sack zu kaufen. 

Der neue IC-7760 von ICOM

 

Bild: Brauner Bär

Das Rätselraten hat ein Ende. Icom hat seinen neuen Top-Transceiver angekündigt. Ein 200 Watt Transceiver für Kurzwelle und das 6m Band.

Der  IC-7760 ist einerseits ein Nachfolger des IC-7610, aber andererseits auch ein Nachfolger des IC-7700. Das Gerät hat alles, was man heutzutage von einem modernen Kurzwellentransceiver erwartet. Es besteht aus zwei Teilen: einer Bedienungseinheit und dem eigentlichen Sende-Empfänger, der über ein Kabel ferngesteuert werden kann. Das Display gleicht dem des IC-7610. Zusätzlich ist ein Subdisplay vorhanden, das zusätzliche Informationen liefert. Der Transceiver verfügt über ein 220V Netzteil und die versprochenen 200 Watt Sendeleistung sind als Dauerleistung zu verstehen. Man sollte also mit 200W problemlos in FT8 senden können, sollte das Sinn ergeben.

Preisschild hat er noch keins, aber es wird gemunkelt, dass er um die 6000$ kosten werde.

Leider kann er weder 2m noch 4m, aber immerhin 2200m. Von 630m steht zwar nichts in den Spezifikationen, aber wenn er auf Langwelle senden kann, sollten auch 630m möglich sein. Wir werden sehen. Auf jeden Fall hat er jede Menge Antennen- und andere Anschlüsse. 

200 Watt sind toll und ich schätze diese drei dB, die mir mein IC-7700 bietet. Doch scheint mir, das Teil hat etwas wenig Fleisch am Knochen. Es haut mich nicht aus den Socken. Einzig den Wasserfall mit seiner besseren Auflösung wünschte ich mir in meinem IC-7700.

Die Endstufe des IC-7700 hatte in der ersten Version Schwierigkeiten und ging oft kaputt. Sie wurde dann umgebaut und mit dem Transistor STAC2942 von STMicroelectronics ausgerüstet. Ein Leistungstransistor der bis 175 MHz 350 Watt liefern kann, wenn es sein muss. Das Teil ist praktisch unkaputtbar und ich hoffe, dass der IC-7760 eine ähnlich robuste Endstufe erhalten hat. Damit sich das Fiasko zu Beginn der Markteinführung des IC-7700 nicht wiederholen wird.

Nun wird also der 200 Watt Transceiver von Yaesu, der FTDX-101MP, Konkurrenz erhalten.  

Hier geht es zu der Vorstellung des neuen ICOM IC-7760     

Bist du auch neben der QRG?

 

Kartäuser Kloster im Valsainte. Etwa eine Stunde Fussmarsch von meinem QTH entfernt.

Dass ältere VHF/UHF-Transceiver neben der angezeigten Frequenz sind, kommt oft vor. Viele haben nicht einmal einen TCXO als Referenzoszillator eingebaut. Oder der OM hat die Kosten für diese Option gescheut. Es ist auch nicht jedermanns Sache, das Gerät zu öffnen, den richtigen Trimmer zu finden und die Frequenz einzustellen. 

Doch bei neuen Geräten wie dem Icom IC-9700 bin ich oft erstaunt, dass diese neben der QRG funken. Im 2m Band und in FM kann man noch darüber hinweg sehen. Doch auf dem 70cm Band verdreifacht sich die Frequenzabweichung bereits und auf 23cm ist man dann schon um ein Neunfaches daneben. Eine einfache Abhilfe würde der Anschluss eines GPS-Referenz Oszillators bringen. Doch manch einer sagt sich wohl: "Wegen ein bisschen daneben, gebe ich kein Geld aus. Dafür hat die Gegenstation einen RIT an der Kiste."

Doch die eigene "Kiste" wandert und mit der Zeit liegt man immer mehr neben der Sollfrequenz. Auch wenn man keinen GPS-Oszi vermag, ein einfacher Trick hilft, den IC-9700 wieder auf Linie zu bringen:

Dazu sucht man sich einen guten Bakensender. Die, die etwas auf sich halten, sind heutzutage GPS gesteuert und die Frequenz ist aufs Hertz genau. Hier in der Region ist es zum Beispiel die Bake in Bern auf 144.426 MHz. Die Wasserfallanzeige des IC-9700 wird dann auf "Center" gestellt und der "Span" aufs Minimum. Damit hat man ein Wasserfall-Fenster von +/- 2.5kHz. Die Skala zeigt zwar nur 500Hz Schritte, aber wenn man mit dem RIT die Bake auf Null stellt, kann man auf der RIT-Anzeige im Display immerhin auf 10Hz genau ablesen, wie weit man neben der richtigen Frequenz liegt.

Korrigieren kann man den internen Referenzoszillator des IC-9700 über das Menu "Set" > "Function" und "Ref Adjust". Dort gibt es einen Grob- und einen Feinregler für die interne Referenz. Da muss man dann halt etwas hin und her probieren, bis man die Bake auf Null hat, da man den Wasserfall nicht gleichzeitig beobachten kann. Doch kaputt machen kann man an dem teuren Gerät nichts.

So, jetzt seid auch ihr wieder auf der richtigen Frequenz, sofern die Bake in eurer Nähe genau ist. 

Sonst gibt es zurzeit wenig zu berichten - es herrscht Sommerflaute. Doch einige interessante Meldungen habe ich noch:

- Die legendären Schurr Morsetasten werden wieder fabriziert. Von Bergsiek

- Kenwood will einen neuen Mobil-Transceiver auf den Markt bringen

- Wisst ihr, dass auch der Mars eine Ionosphäre besitzt? Die NASA hat ein Propagation Handbook geschrieben für die Kommunikation auf der Marsoberfläche.

- Habt ihr euch schon gefragt, wieviel Power euer HF-Stecker verträgt? Hier kann man nachschauen!

- Und zum Schluss noch ein wunderbares Bild von "Roten Kobolden" (Red Sprites) die aus dem Himalaya Gebirge bis 100km in die Höhe schiessen!

Wie gut sind Magnetloop Antennen wirklich? Teil III

 

Die Simmenfälle in der Lenk (siehe dazu auch das Bild im vorhergehenden Blog)

Unter den vielen Funkamateuren, die sich für Magnetloop Antennen interessieren, sei es aus purem Interesse oder aus Platzmangel für größere Antennen, gibt es einige Theoretiker. Die meisten von Ihnen haben selbst Magnetloops gebaut und mit ihnen Erfahrungen gesammelt. Aber es gibt auch vereinzelt "Schreibtischtäter". Diese interessieren sich nicht für die Praxis, sie machen lieber so genannte "Desk Studies" oder Computer Simulationen. Bei einigen davon bin ich nicht sicher, ob sie jemals eine Magnetloop Antenne aus der Nähe gesehen haben.

So eine Desk Study kann zuweilen recht deprimierend sein. Und das Deprimierendste daran ist die sogenannte Güte. 

Die Güte (Q) ist ein Wert für einen Schwingkreis und wird aus dessen 3dB Bandbreite bestimmt. Die Formel lautet Q=F/b. Also Resonanzfrequenz geteilt durch die Bandbreite. 

Seit die Güte Einzug in die Berechnung von Magnetloop Antennen gefunden hat, führt sie zu Verwirrung, Irritation und Frustration.  Ich kann euch nur raten: "Hütet euch vor der Güte". Viele Online Rechner für Magnetloops spucken sie aus und berechnen aus ihr und der Resonanzfrequenz die Bandbreite. Und die Praktiker raufen sich die Haare, sofern sie noch welche haben. Denn meistens stimmt die Bandbreite hinten und vorne nicht. Meistens ist sie nämlich grösser als der Rechner angibt.

Haarig wird es, wenn die ganze Berechnung auf der Güte basiert. Das heisst: der Praktiker wird angehalten, die Güte seines Loops zu bestimmen und als Eingabe für den Rechner zu benutzen. Das geschieht folgendermaßen: Man nimmt ein SWR Meter oder einen VNA und misst die Frequenz unterhalb und oberhalb der Resonanz bei einem SWR von 1:2.61. Die Frequenzdifferenz ergibt dann die 3dB Bandbreite. 

Der Online-Rechner, bzw. sein Erfinder, geht nämlich davon aus, dass die Magnetloop nichts anderes als ein grosser Schwingkreis ist. Je höher die Güte desselben, desto effektiver sei dieser und desto mehr Leistung werde abgestrahlt. Ein Rechner, der auf diesem Prinzip funktioniert findet man hier. 

Natürlich ist jede Antenne ein Schwingkreis, ein offener beim Dipol und ein geschlossener bei der Loop. Daran ist nichts falsch. Doch der Antennenschwingkreis ist kein unbelasteter Schwingkreis. Im wird Energie entzogen. er strahlt sie in den Aether ab. Und er ist der Belastung durch seine Umgebung ausgesetzt. Das merkt jeder Praktiker, der seine Magloop draussen im Feld misst und dann zuhause im Shack. Darum stimmt das mit mit der Güte und der Bandbreite in der Praxis meist nicht. 

Als ich den oben verlinkten Rechner von Owen Duffy zum ersten Mal benutzt habe, versank ich in eine tiefe Depression. Meine Magnetloop Antenne hätte danach eigentlich gar nicht funktionieren dürfen. Sie hätte auf allen Bändern mindestens 26dB schlechter sein sollen als ein Dipol. Im 160m Band, wo sie die höchste Güte hat, sogar 36dB. Ich war am Boden zerstört und habe verwirrt im Logbuch rumgeblättert und holte zur Beruhigung ein Glas Tastenöl aus der Hausbar. Wie hatte ich es nur geschafft, all die schönen SSB und CW QSO's zu machen? Hatten die lieben OM mir all die guten Rapporte nur aus purem Mitleid gegeben? Wie hatte ich es geschafft mit meiner Loop durch die Pileups zu kommen?

Inzwischen bin ich zur Einsicht gekommen, dass es besser ist, die Güte links liegen zu lassen und sich nicht länger darum zu kümmern. Anstatt Schreibtisch-Studien vertraue ich lieber praktischen Versuchen. Denn wie die Engländer sagen: "The proof of the pudding is in the eating."

Ein schönes Beispiel für einen praktischen Antennenvergleich ist dieser hier. Die Antenne, die hier getestet wird ist übrigens die Midi Loop von Ciro Mazzoni. Sowohl seine Baby wie auch seine Midi Loop gehören zu den Besten. Die Rohre sind dick und direkt mit den Platten eines Luftkondensators verschweisst. Besser kann man es nicht machen.

Apropos SWR: Einige Loop Konstrukteure machen sich Gedanken um das Stehwellenverhältnis. Einige sagen sogar, es müsse möglichst nahe bei 1:1liegen, sonst funktioniere die Magnetloop nicht richtig, Das stimmt m.E. so wenig wie bei anderen Antennen auch. Ich habe eine andere Erfahrung gemacht: Der Loop muss zwar immer auf Resonanz abgestimmt sein, doch wenn das SWR den Sender stört, darf man es ruhig mit einem Tuner wegstimmen. Wichtig ist aber: bei QSY muss der Tuner ausgeschaltet werden, erst dann wird die Antenne wieder auf Resonanz abgestimmt. Dann schaltet man den Tuner wieder ein und stimmt wieder auf bestes SWR ab. Der Einsatz des Tuners hat übrigens keinen Einfluss auf die Bandbreite. Man kann mit einem Tuner zwischen Magloop und Sender die Bandbreite nicht erhöhen. 

Magloops sind nun einmal schmalbandig. Das schleckt keine Geiss weg. Auch wenn sie gross sind, im 160m oder sogar im 80m Band wird unter Umständen die Bandbreite zu knapp für ein SSB Signal.

Neben der Praxis gibt es m.E. noch einen wichtigen Maßstab um die Effizienz einer Magloop zu beurteilen. Das ist die Wärme. Wenn die Magloop auch bei hoher Leitung cool bleibt, kann es mit den Verlusten nicht weit her sein. Das hat Mike Underhill G3LHZ als erster thematisiert und untersucht. Wer über eine Wärmebild-Kamera verfügt, kann seine Versuche nachvollziehen. Der gefährlichste Punkt - ein Hotspot - bei der Magnetloop ist beim Kondensator zu finden. Schlechte Kondensatoren werden warm. Bei genügend Leistung spürbar warm! Wer sich nicht an die Regeln hält und seinen Kondensator mit Litzendrähten oder Geflechten mit dem Loop verbindet, wird feststellen dass diese warm oder gar heiss werden. Beim Kondensator herrscht die größte Spannung und sowohl Spannung wie auch Strom sind an dieser Stelle phasengleich. Das sind ideale Voraussetzung um an Wirkwiderständen Leistung zu vernichten. Der Kondensator und seine Kontaktierung ist der größte Schwachpunkt der Magloop.