Chäschtlifunker

 

Begegnung auf meinem Morgenspaziergang: Alphornkonzert und Fahnenschwinger. Der Vogel auf der Greyerzer Fahne ist übrigens ein weisser Kranich

Ich wohne zwar im französischsprachigen Teil der Schweiz, doch meine Muttersprache ist das Schweizerdeutsch. Gemäss den Sprachforschern zwar nur ein Dialekt, aber trotzdem für Hochdeutsch Sprechende eine ziemliche Herausforderung. Ein beliebter Test, ein Schibboleth für Schweizerdeutsch Kenntnisse ist das Wort Chuchichäschtli. Die Chuchi ist die Küche und ein Chäschtli ist ein kleiner Schrank.

Dass es auch Chäschtlifunker gibt, wusste ich lange Zeit nicht. Dabei war einer meiner frühen Funkfreunde ein Chäschtlifunker. Damals funkte ich noch unter meinem UKW-Rufzeichen HB9MBS und das Rufzeichen meines Funkpartners Albert war damals HB9MCF (später HB9BCF sk).  Die Kurzwelle war uns UKW-Amateuren verwehrt, denn für die KW-Lizenz musste man eine Morseprüfung mit Tempo 60 BpM bestehen. Es gab nicht viele von uns und unsere Geräte waren oft noch selbst gebaut. Ende der 60er Jahre spielte sich der Sprechfunk im 2m Band noch in AM ab. So wie das heute noch im Flugfunk der Fall ist. Erst in den 70er Jahren kam auch im 2m Band SSB auf und bald darauf eroberte auch FM und damit der Relaisfunk das Band.

Doch zurück zum Chäschtlifunker: Dass Albert ein ehemaliger Chäschtlifunker war, erfuhr ich erst viel später, nachdem wir beide schon längst die Morseprüfung nachgeholt hatten. Denn der zweite Weltkrieg war damals noch nicht so weit weg, dass man über seine Geheimnisse plaudern konnte.

Doch wie wurde man zum Chäschtlifunker und was war ihre Mission?

Nach dem Ausbruch des 2. Weltkriegs bekamen einige pensionierte Telegrafisten und an Funk interessierte Schweizer Bürger Besuch von einem Unbekannten. Der Mann im schwarzen Ledermantel  stellte sich als Major Hagen von der Schweizer Armee vor. Er suche Mitarbeiter für einen speziellen Einsatz im Dienste der Landesverteidigung. Doch erst nach eingehender Überprüfung der Kandidaten ließ der Major die Katze aus dem Sack: Im Wohnhaus der Auserwählten sollte eine getarnte Antenne installiert werden und sie sollten ein Funkgerät erhalten, das erst bei einer Besetzung  der Schweiz zum Einsatz käme: Ein Chäschtli eben, gefüllt mit ein paar Röhren, Spulen, Kondensatoren und Widerständen.

Die Chäschtlifunker sollten sich im Verborgenen bereithalten für den Ernstfall und dann Verbindung aufnehmen mit dem Armeekommando im Réduit - dem Rückzugsort der Armee.

Für ihre Verdienste würden sie am Ende des Krieges die Funkstation geschenkt bekommen und dazu noch ein Amateurfunkrufzeichen erhalten. 

Die Chäschtlifunker erhielten darauf die Funkgeräte mit einem Satz Batterien und Antennenmaterial. In  einem Brief folgten dann Anweisungen zum Funkverkehr. Er sollte auf dem 40m Band stattfinden und die Stationen sollten sich als französische Wetterstationen ausgeben. 

Insgesamt soll es 21 Chäschtli gegeben haben. Doch nichts Genaues weiss man nicht. Denn die Chäschtlifunker hörten nie wieder etwas von Major Hagen. 

Dafür nach Kriegsende von der PTT: Die Chäschtlifunker sollen Station und Antenne abbauen und diese gut verpackt nach Bern schicken, hiess es.

Wo die Chäschtli schlussendlich geblieben sind, weiss heute vermutlich niemand mehr. Bekannt ist jedoch, dass die Chäschtli nur einen Sender und keinen Empfänger enthielten. Die Meldungen sollten im Bedarfsfall also blind abgesetzt werden.

Die Geschichte der Chäschtlifunker ist nur eine kleine Facette der Funkgeschichte in der Schweiz während des zweiten Weltkriegs. Die Schweiz war damals ein Tummelplatz für Spione, Schwarzsender und Verschwörer. Ihnen auf den Fersen war die Funker Kompanie 7. Und mitten unter ihnen die Funkamateure, deren Stationen eingezogen worden waren und die nun in Militäruniformen steckten. Ihre Geschichten sind in einem Artikel von Michael Grimmer HB9BGL zusammengefasst. Dieser umfangreiche Bericht ist spannender als jeder Krimi.

Während ich diese Zeilen schreibe, blicke ich zwischendurch auf meine Magnetloop Antenne im Shack. Nichts deutet für Aussenstehende darauf hin, dass ich eine Funkstation betreibe. Auch ich könnte ein Agent sein, denke ich dabei. Nur heisst mein Chäschtli ICOM und hat auch einen Empfänger. 

Der famose HB9RU Beam

 

Blick vom Col des Jognins (1343m) auf die drei SOTA-Gipfel Dent du Bourgo (links) Dent du Chamois (Mitte) und Dent de Broc (rechts).

Eine Yagi ist ein tolles Teil. In vielen Fällen leider etwas sperrig. Wie schön wäre es, wenn man ihr einfach die Hälfte der "Flügel" stutzen könnte? Dann könnte man ein solches Teil auch vertikal für FM-Betrieb einsetzen. Zum Beispiel im 2m Band! Man stellt die Antenne in eine leere Bierflasche im Bergrestaurant und ist QRV.

Gedacht getan, und schon entstand ein Gebilde, das in Englisch "Fork Antenna",  also Gabelantenne, genannt wird. In einem Artikel im "Old Man" 5/1976 wurde sie von ihrem Erfinder Erwin Schlatter HB9RU vorgestellt. Erfinder ist vielleicht nicht ganz richtig. Entdecker wäre wohl treffenderer. Denn Erwin wurde von Bert W. Matthews W5OME inspiriert, der die Hälfte eines 10m Beams auf sein Auto montiert hatte.

Ein interessantes und etwas verwirrendes Detail ist, dass bei der Konstruktion von HB9RU der Strahler länger ist als der Reflektor. Doch das änderte sich: Zwei Jahre später erschien im "Old Man" 1/1978 ein Bericht von Eduard Bosshard HB9MTN, der den HB9RU-Beam weiter entwickelte. Seine Abmessungen sind anders und der Strahler ist kürzer als der Reflektor. Alo so, wie es bei einem Beam eigentlich sein sollte. Doch der neue HB9RU/HB9MTN-Beam hatte einen entscheidenden Makel.

Aus den Richtdiagrammen von Eduard ersieht man das Problem, das den modifizierten HB9RU Beam plagt.  Sein Richtdiagramm schielt in den Himmel und ist stark abhängig von der Aufbauhöhe.      

Vor 45 Jahren stand bei den meisten Funkamateuren noch kein Computer im Shack. Programme zur Antennensimulation kannten nur die Profis. Den Funkamateuren blieb nichts anderes übrig, als ihre Ideen einfach auszuprobieren. So sind viele Antennen entstanden, die noch heute verwendet werden und Eingang in den "Rothammel" gefunden haben.

Heutzutage wird eine Antenne oft mit einem Simulationsprogramm wie EZNEC, 4NEC2 oder MMANA-GAL auf einem Computer simuliert, bevor man sie baut. Eine bewährte Methode um sich vor Enttäuschungen und unnötigen Antennenleichen zu schützen. 

An der Hamradio 2022 hat Martin Steyer DK7ZB in einem Vortrag unter anderen den HB9RU Beam analysiert. Und zwar mit den ursprünglichen Abmessungen von HB9RU. Also die Variante mit dem langen Strahler. Das Resultat der Simulation ist enttäuschend. Sie ergab einen Gewinn von -0.27dBd. 

Aus der Stromverteilung auf der Antenne ist denn auch ersichtlich, wieso der Gewinn so bescheiden ist, und man sieht auch, wieso die Antenne stark von der Aufbauhöhe abhängig ist und in den Himmel schielt: Strom fließt nämlich nicht nur in den vertikalen Elementen, sondern auch auf dem Boom, dem Antennenträger. Das heisst: auch der Boom strahlt und trägt zum kuriosen Richtdiagramm bei. 

Martin hat dieses Verhalten zwar in einer modifizierten Version versucht zu verbessern. Doch der neu in der Simulation erzielte Gewinn von 3.88 dBd ist nicht berauschend und das Elevations-Diagramm ist "schräg". Zum Vergleich: eine HB9CV soll einen Gewinn von ca. 4.2dBd aufweisen. Sie ist kürzer, leichter und das Richtdiagramm ist sauber. Kein Wunder, dass die HB9CV die beliebteste UKW Portabelantenne ist. Zumal sie auch in horizontaler Polarisation zu gebrauchen ist.

Auch der HB9RU-Beam hat Eingang gefunden in den Rothammel. Dort findet man die beiden Versionen: die mit dem langen Strahler für Kurzwelle. Sein Strahler ist isoliert montiert und wird mit einem Kondensator elektrisch verkürzt. Die 2m Version wird im Rothammel mit einem Viertelwellenstrahler abgebildet.

Jean Shepherd - eine Radio Legende

 

1972 war ich zum ersten Mal in den USA, vier Jahre nach Woodstock. Amerika war damals noch so, wie wir es heute in älteren Filmen sehen und für uns Europäer eine faszinierende neue Welt. Wie zum Beispiel im Film American Graffiti mit dem Auftritt des legendären DJ's Wolfman Jack. 

Ich bin damals mit dem Chevy meiner Tante durchs Land gekurvt und hatte das Glück auf dem Autoradio eine Radio-Legende zu hören, die leider in Vergessenheit geraten ist: Jean Shepherd, Radio-Moderator und Funkamateur. 

Shep war ein angefressener Funkamateur und Telegrafist und das zeigte sich immer wieder in seinen Sendungen. Er war ein fantastischer Erzähler, der fünf Nächte pro Woche  seine Late-Night-Geschichten über WOR auf 710 KHz AM zum besten gab. Dabei arbeitete er stets ohne Skript und ohne auf Telefonanrufer angewiesen zu sein. Von seinem Hobby inspiriert, hatte er genug zu erzählen.

Wer gut Englisch versteht und die Zeit dazu hat, kann sich hier auf dieser Webseite einige interessante Sendungen von Shep anhören, die das Thema Amateurfunk oder Hamradio, wie man es in den USA nennt, zum Inhalt haben.

Wer wie ich die Musikwelle des Schweizer Radios hört, weiss, dass es auch hierzulande Radio-Moderatoren gibt, die passionierte Funkamateure sind.

Alexanderson Day 2. Juli 2023

 

Vergangenen Sonntag wurde der Längstwellensender im Schwedischen Grimeton wieder aktiviert. Er sendete eine Grussbotschaft auf 17.2 kHz in Telegrafie. Das Video zeigt den Empfang an meinem QTH. 

Das Signal war hier in den Alpen nicht besonders stark im Vergleich zu den anderen Längstwellensendern in diesem Frequenzbereich. Die Frequenz war jedoch ruhig und ohne QRM. Als Antenne diente ein abgestimmter Ferritstab, also eine magnetische Antenne. Ein Konverter, setzte das Signal auf 3.0172 MHz um. Als Empfänger diente ein ICOM Transceiver IC-7700.

Wie man im Video auf dem PC sieht, wurde die Sendung Live aus dem Stationsraum in Grimeton übertragen. Wegen einer kleinen Verzögerung war die Tastung aber nicht synchron mit dem empfangenen Signal.

Im Video ist auf der Fensterbank die Ferritantenne zu sehen. Die Schaltung im offenen Aufbau unter dem Ferritstab ist der Antennenverstärker, den ich hier beschrieben habe. Die Antenne wird normalerweise für den Empfang des 136kHz und des 472kHz Bandes verwendet. Für 17.2kHz wurde sie mit einer Zusatzkapazität in Resonanz gebracht. Die Tabakdose rechts davon enthält den Konverter, über den ich hier in diesem Blog berichtet habe. Sein Lokaloszillator läuft auf 3MHz, darum zeigt die Frequenzanzeige des Transceivers 3.0172MHz.

Magnetic Loop: besser als berechnet?

 

Bild: ein Fischreiher am Lac de Montsalvens. 

Liebe Leser, ich habe euch schon häufig mit meinem Lieblingsthema gelangweilt: die Magnetischen Loop Antennen. Ich hoffe, ihr versteht, dass das für mich ein essentielles Thema ist. Ohne den Ring im Shack kann ich nicht auf den kurzen Wellen funken. 

Gut konstruierte magnetische Antennen für die Bänder 10 bis 20m  können es durchaus mit einem Dipol oder einer Vertikalantenne aufnehmen. Ihr Durchmesser beträgt nur etwa 1m und sie kommen mit einem Bodenabstand von einem Loop-Durchmesser aus. Sie funktionieren - mit Abstrichen - im Haus, sind unempfindlicher auf lokales QRM und verursachen auch weniger Störungen in der häuslichen Elektronik als andere Antennen. Ihr Nachteil: Sie sind sehr schmalbandig und müssen abgestimmt werden, und sie sind teuer. Besonders dann, wenn man nicht nur QRP machen möchte.

Um diese Antennen zu verstehen, muss man die wichtigsten Formeln zu ihrer Berechnung kennen. Ich denke dabei nicht an die Kreisformeln. Dass man diese kennt oder zumindest wiederfindet, darf ich sicher voraussetzen. Es geht um die speziellen Formeln, wie sie die verschiedenen Online-Loop-Rechner und Antennenbücher verwenden. Ich habe sie hier so weit wie möglich vereinfacht: 

Wie jede Antenne besitzen magnetische Antennen einen Strahlungswiderstand und einen Verlustwiderstand. Das Verhältnis der beiden zueinander ist entscheidend für den Wirkungsgrad der Antenne. Denn der Verlustwiderstand verbrennt zugeführte Hochfrequenz, der Strahlungswiderstand schickt die HF in den Aether:

 

  Magnetische Antennen haben einen sehr kleinen Strahlungswiderstand von einigen Milliohm, wie wir gleich sehen werden. Man braucht keine Raketentechnik studiert zu haben, um einzusehen, dass der Ofen aus ist, wenn der Verlustwiderstand im Ohm-Bereich landet. Um einen guten Wirkungsgrad zu erzielen, sollte er in der Grössenordnung des Strahlungswiderstands liegen bzw. möglichst  kleiner sein. Da der Loop selbst bereits einen Verlustwiderstand besitzt,  sollte man es tunlichst vermeiden, noch weitere Verlustwiderstände hinzuzufügen: z.B. durch schlechte Kontakte. Es mag verrückt klingen aber: Jedes Milliohm zählt! 

Mit dieser Formel kann man den Strahlungswiderstand berechnen. Wenn man für Umfang und Wellenlänge Meter einsetzt, kommen Ohm raus:

Beispiel: Eine einfache Loop mit 4m Umfang hat für das 40m Band einen Strahlungswiderstand von knapp 20 Milliohm. Doch die gleiche Loop hat für das 20m Band einen Strahlungswiderstand von 316 Milliohm und im 10m Band bereits von stolzen 5 Ohm! 

Auch wenn man es nicht so mit Formeln hat, stechen einem sofort drei Dinge ins Auge:

1. Die Windungszahl wirkt sich im Quadrat aus: doppelte Windungszahl = vierfacher Strahlungswiderstand. Darum setzen einige Konstrukteure auf Magnetische Loop mit mehreren Windungen. Mehr Windungen scheint auf den ersten Blick also besser zu sein. Allerdings wird dabei die Gesamtlänge des Leiters größer und damit steigt auch der Verlustwiderstand. Zudem steigt die Spannung am Kondensator um mehr als das Doppelte. 

2. Der Umfang wirkt mit der vierten Potenz auf den Strahlungswiderstand. Wenn wir also den Umfang unserer Schleife verdoppeln, steigt der Strahlungswiderstand um das Sechzehnfache. Vereinfacht kann man daher auch sagen: Die Größe des Loops wirkt sich enorm auf den Wirkungsgrad aus und ist viel wichtiger als die Windungszahl. Also lieber eine grosse Loop, als eine kleine mit zwei oder drei Windungen. 

3. Bei der Wellenlänge ist es leider gerade umgekehrt, wie das oben stehende Beispiel zeigt. Bei doppelter Wellenlänge reduziert sich der Strahlungswiderstand auf einen Sechzehntel. Wenn ich eine Loop für das 40m Band auch im 80m Band benutzen will, so sinkt der Strahlungswiderstand auf einen Sechzehntel. Möchte ich den gleich grossen Loop sogar auf dem 160m Band benutzen, so reduziert sich der Strahlungswiderstand sogar auf 1/256. Darum ist es so schwierig, wirkungsvolle Magnet Loop Antennen auf den längeren Kurzwellenbändern zu betreiben. Um trotzdem einen vernünftigen Wirkungsgrad zu erreichen, muss man sie viel, viel grösser machen.

Den Verlustwiderstand kann man ebenfalls mit einer Formel berechnen. Dabei muss jedoch der so genannte Skineffekt berücksichtigt werden. Der bedeutet, dass der hochfrequente Strom nicht in den Leiter eindringt, sondern nur an der Oberfläche fließt. Bei 7MHz beträgt die Eindringtiefe nur 25 Mikrometer. Es nützt also nichts, den Widerstand des Loops mit dem Ohm-Meter messen zu wollen.

Die folgende Formel berücksichtigt diesen Skineffekt:

Hier fängt der Spass so richtig an und die meisten werden sich diese Übung wohl nicht antun. Ich habe deshalb ein Beispiel ausgerechnet um zu zeigen, was der Skineffekt anrichtet:

Trotzdem: eine gut gebaute Magnet Loop Antenne ist oft besser, als die bekannten Online-Rechner behaupten. Schon mancher OM hat sich darüber Gedanken gemacht und nachgeforscht. Sind die verwendeten Formeln korrekt?  

Und da es heutzutage nicht nur Foren gibt, in denen man solche Themen mit Gleichgesinnten austauschen kann, sondern auch künstliche Intelligenzen wie Chat.GPT, habe ich verschiedene Ideen mit dieser AI diskutiert. Dabei ist ein interessanter Gedanke aufgetaucht.   

Der Loop aus Kupfer- oder Alu-Rohr wird meist an den Enden offen gelassen - dort wo der Abstimmkondensator angeschlossen wird. Die Frage ist: "Was hindert eigentlich den HF-Strom daran, nicht nur auf der Oberfläche des Loop-Rohrs zu fliessen, sondern auch auf seiner Innenseite? Dann würde die doppelte Oberfläche für den Strom zur Verfügung stehen und der Verlustwiderstand würde sich praktisch halbieren. Wenn wir mal von der Dicke der Rohrwand absehen."

Interessanterweise hat die KI dieser Theorie zugestimmt. KI's neigen zum fabulieren, wie bekannt ist. Aber inzwischen bin ich auch auf andere Magnetloop Konstrukteure gestossen, die auch über diese Idee nachgedacht haben.  Zum Beispiel auf Matt KK5IJ, der sich intensiv mit Magnetloop Antennen beschäftigt und eine sehr interessante Webseite hat. Hier ein Zitat aus seiner Magnetloop-Webseite, das ich hier auf Deutsch übersetzt habe:

"Viele Schleifenkonstruktionen, so auch meine, verwenden ein offenes Kupferrohr als Abstrahlelement. Mechanisch gesehen bedeutet dies, dass die Schleife selbst zwei Leiter hat, die parallel verdrahtet sind. Einer ist die Außenseite des Schleifenleiters, der andere die Innenseite des Schleifenleiters. Der Grund dafür ist der Skin-Effekt. Jeder, der schon einmal Hochleistungs-HF in ein Koaxialkabel eingespeist hat, das schlecht an eine symmetrische Antenne angepasst ist, kennt den Effekt der "Feedline-Strahlung", bei dem die Abschirmung des Koaxialkabels zwei Leiter bildet und auf beiden Strom fließt. Im Falle der Schleife sind die Außen- und Innenflächen des Schleifenleiters an den Enden miteinander verbunden, so dass die beiden Leiterschalen parallel Strom führen. Je nach dem Unterschied im Durchmesser der beiden Oberflächen kann die effektive Vergrößerung der Oberfläche fast 100 % betragen, was in etwa einer Verdoppelung der Oberfläche des Hauptelements entspricht. "Aber der Innenleiter ist doch durch den Außenleiter von der Umgebung abgeschirmt", könnte jemand einwenden. Das gilt für das elektrische Feld, nicht aber für das magnetische Feld, das zufällig die größte Komponente des EM-Nahfeldes ist, das von dieser Art von Antenne erzeugt wird. Eine kleine Schleife wird fast vollständig durch das vom angetriebenen Element erzeugte Magnetfeld angetrieben, und die Linien des magnetischen Flusses schneiden sowohl die innere als auch die äußere Oberfläche der Hauptschleife (der großen Schleife) und induzieren unabhängig voneinander einen Stromfluss in beiden, und beide sind in der Lage, ein kombiniertes Magnetfeld um die Antenne zu erzeugen.

Wenn die effektive Oberfläche der Rohrschleife fast doppelt so groß ist wie die in den Berechnungen verwendete, weil sie sowohl eine innere als auch eine äußere Oberfläche hat, ist der Strom, der in jeder Oberfläche fließt, etwa halb so groß wie der Strom, der nach den Standardformeln für den Schleifenleiter vorhergesagt wird. Da die Verlustleistung im Widerstand proportional zum Quadrat des durch den Widerstand fließenden Stroms ist (P = I2R), könnte der Wärmeverlust in jeder Oberfläche einer röhrenförmigen Schleife näher bei 25 % des vom Modell vorhergesagten Wertes liegen. Die beiden Oberflächen zusammen haben also eine kombinierte Heizwirkung, die 50 % der vom Modell für einen Draht mit gleichem Außendurchmesser vorhergesagten beträgt. Anders ausgedrückt: Die beiden parallel geschalteten Oberflächen bilden einen Nettowiderstand, der halb so groß ist wie der eines massiven Drahtes mit dem gleichen Außendurchmesser wie der des Rohres. Dies führt zu einem Leistungsverlust, der nur halb so groß ist wie der eines Drahtes mit demselben Außendurchmesser. Allein diese Eigenschaft der zwei Oberflächen reicht aus, um eine Diskrepanz von 3 dB zwischen dem Modell (das von einem massiven Leiter ausgeht) und einer offenen röhrenförmigen Schleifenantenne zu erklären.

Ich bin also keineswegs allein und nicht der erste, der sich mit diesem Thema beschäftigt. Und vielleicht ist das tatsächlich einer der Gründe, wieso Magnetische Loop Antennen besser sind als die berechneten Resultate.