VHF, UHF und HF

In meinen ersten Jahren als Funkamateur war es mir wichtig, auf möglichst vielen Bändern QRV zu sein. Folgende Antennen waren seinerzeit aufgebaut: 41m L-Antenne für 40m bis 160m; ein Fritzel-Beam für 10m, 15m und 20m; eine vertikale Antenne für 10m und 15m; eine Diamond X-50 für VHF und UHF; eine Diamond X-510 für VHF und UHF, einer 18 Element Wimo Yagi für VHF und einer 2x7 Element Wimo Kreuzyagi für UHF.

Postskriptum

Seit der Möglichkeit auch auf den Kurzwellenbändern QRV sein zu dürfen, hat sich mein Interesse gänzlich zu Gunsten der Lowbands (80m und 160m Band) verlagert. Aufgrund eines umfangreichen Umbaus unseres Hauses vor einigen Jahren, mussten die bislang installierten Antennen und mein Shack abgebaut werden. Das war die Chance für einen nachhaltigen Neuanfang, dieser wird mit den nachfolgenden Fotos beschrieben.

41m L-Antenne

Hier ein detailliertes Foto meiner seinerzeit insbesondere auf den Lowbands (80m & 160m Band) erfolgreich eingesetzten 41m L-Antenne. Diese wurde am langen horizontalen Schenkel via Lechnerleitung gespeist, wobei die Lechnerleitung (eine offene Zweidrahtleitung) aus dem geerdeten Metal-Support-Mast (offenes bzw. "kaltes Ende") und aus dem Strahlerdraht ("heißes Ende") selbst bestand. Der Speisepunkt der Lechnerleitung samt Christian Koppler (asymmetrischer und fernabstimmbarer Koppler) befand sich wetterfest unter dem Hausdach. Diese Form der Speisung sorgte TX- und RX-seitig trotz der Hausnähe der asymmetrischen L-Draht-Antenne für ein annehmbar geringes Störpotenzial.

Nachhaltiger Neuanfang

Eine Multiband Doppelzepp-Antenne für Kurzwelle von 10m bis 160m. Meine Erfahrungen mit einer L-Draht-Antenne (mittels Paralleldrahtleitung gespeist) waren sehr positiver Natur, insbesondere wenn es um die DX-Sendeeigenschaften geht. Der empfangsmäßige Noise-Pegel war im Verhältnis zu meiner jetzigen Doppelzepp-Antenne jedoch relativ hoch. So war es nur zweckmäßig, beide Antennenformen in einer Antenne zusammenzuführen. Rausgekommen ist eine Doppel-L-Antenne mit insgesamt 54m Antennendraht und 6m Hühnerleiterspeisung. Doppelzepp-Antennen sind im Allgemeinen bekannt für einen verhältnismäßig ruhigen Empfang und geringer TX-Einstrahlung.  

Doppelzepp-Rechner

Mit dem Doppelzepp-Rechner von DL1JWD lässt sich auf ganz einfache Art und Weise der Wirkungsgrad eines Antennensystems (Speiseleitung, Anpassung und Strahler) berechnen. Die grünen Balken zeigen deutlich, dass der rechnerische Wirkungsgrad meiner Doppelzepp-Antenne für das 10m bis 80m Band über 94% und auf dem 160m Band immerhin noch über 87% beträgt. Mit dieser Konstellation bin ich bis heute sehr zufrieden, so dass bislang keine weiteren Antennen hinzugekommen sind. Das freut meine Frau sehr ;-)

Vector Network Analyer

Die mit einem VNA durchgeführte S11 Messung (1.8 MHz bis 30 MHz) zeigt deutlich, dass eine Anpassung meiner 2x27m Doppel-Zepp-Antenne mit meinem symmetrischen Christian Koppler auf den Amateurfunkbändern problemlos möglich ist (sh. Chart u. r.). Der schlagartige, aber nur schmale Ausreißer (sh. Chart o. r., entgegengesetzte Phasenlage) liegt mit einem deutlichem Peak bei 11 MHz, ein für den Amateurfunk wenig interessanten Bereich, dort wird eine Anpassung ggf. mit etwas höheren Verlusten einhergehen. Ab 20 MHz (sh. Chart o. r.) ändert sich die Phase dauerhaft, sodass eine Anpassung oberhalb von 20 MHz mit dem symmetrischen Christian-Koppler i. d. R. mit der Hochpass-Schaltung  erfolgt (sh. Smith-Diagram o. l., oberhalb der X-Achse, induktiver Blindwiderstand).

Die links gezeigte Messung wurde direkt am 50 Ohm Koax-Eingang des Christian-Koppler durchgeführt. Der symmetrische Koppler befand sich im Bypass-Modus, sodass die Messung ohne den Einfluss der verbauten Kapazitäten und Induktivitäten erfolgte. Die Messung zeigt das Messergebnis des 2x27m Strahlers inkl. 6m Hühnerleiter (Spreizerabstand 100 mm).

Postskriptum

Die waagerechte X-Achse im Smith-Diagramm: Diese zeigt den reelen Widerstandsbereich an, also ohne kapazitiven (unterhalb der X-Achse) bzw. induktivem Blindanteil (oberhalb der X-Achse). Ganz links auf der X-Achse wird ein reeler Widerstand von 0 Ohm, in der Mitte (4. Kreisboden v. l.) von 50 Ohm und ganz rechts unendlich Ohm angezeigt. Bei der Messung eines reelen 50 Ohm Widerstands (z. B. Dummy Load) sollte das Smith-Digramm im Idealfall nur einen  kleinen Messpunkt auf der X-Achse in der Linienüberschneidung zum 4. Kreisbogen zeigen.

Die klassischen Messungverfahren im HF-Bereich: Die S11 Messung, dabei wird die "Reflektion" (Anpassung) und die S21 Messung, dabei wird die "Transmission" (Durchgang) ermittelt.

Der Blindanteil eines Widerstandes: Auch Reaktanz genannt, ist das frequenzabhängige Resultat einer temporären Phasenverschiebung von Spannung und Strom. Die dem Widerstand dabei zugeführte elektrische Energie wird nicht wie üblich in thermische umgewandelt. Insofern spricht man von "Blind"-Anteil. 

Zweite Empfangsantenne für Kurzwelle

Zusätzlich zur Doppelzepp-Antenne habe ich nur noch eine sehr unauffällige Antenne. Eine reine Empfangsantenne für den Frequenzbereich ca. 0.5-30 MHz (Mini-Whip, PA0RDT). Die Mini-Whip brauche ich als zweite Kurzwellen-Empfangsantenne für den Diversity-Empfang (Phasen-verschiebung). Die Antenne rechts im Bild ist eine Diamond X-50 für den VHF/UHF Frequenz-bereich. 

Zweite Empfangsantenne für die Kurzwelle

Noch nicht einmal so groß wie ein Kugelschreiber ermöglicht mir die Mini-Whip, auch bei nur geringem Abstand zur Doppelzepp-Antenne, einen problemlosen Empfang auf den Lowbands. Ganz rechts im Bild ist die Fernspeiseweiche zu sehen.

MFJ-1026

Ein für mich sehr wichtiger Bestandteil meiner Amateurfunkstation ist die Möglichkeit, mittels Phasenverschiebung, Störsignale auf dem HF-Wege auszuzblenden. Ich benutze hierzu den MFJ-1026 Noise Canceling Signal Enhancer zusammen mit einer aktiven Mini-Whip Empfangsantenne (sh. Bild zuvor).

Mit und ohne MFJ-1026 

Dieses Screen-Video zeigt, wie sich im Rahmen von Phasenverschiebung die Störsituation noch vor dem eigentlichem Empfänger deutlich reduzieren lässt. Gezeigt werden 4 Sequenzen von 10 Sekunden Länge, ohne und mit Phasenverschiebung. Mit aktiver Phasenverschiebung wird das breitbandige Störsignal (80m Band) gänzlich ausgeblendet.

Postkriptum

Vielfach werden diese hilfreichen Geräte auch unter dem Pseudonym QRM-Eliminator oder X-Phase angeboten.

Christian Koppler (DL3LAC)

Seit Jahren verrichtet bei mir der symmetrische Christian Koppler klaglos seinen Dienst. Direkt im Einspeisepunkt der Hühnerleiter installiert wird weitestgehend verlustarm angepasst.

Steuergerät Christian Koppler 

Zuverlässig und einfach in der Handhabung,. Das Steuergerät zum Christian Koppler.

Steuergerät mit Computer-Interface 

Zusätzlich in das Originalsteuergerät habe ich ein Computer-Inface eingebaut, dass die Banddaten vom Transceiver ausliest. Auf diesem Wege werden bei Frequenzwechsel die programmierten Einstellungen für Induktivität, Kapazität, Hoch- bzw. Tiefpass für die jeweilige Frequenz abgerufen und ermöglichen automatisch, die richtigen Einstellungen des Christian-Kopplers.

Installation in der Übersicht 

Die vollständige Installation des LC-Kopplers im Speisepunkt der Hühnerleiter umfasst bei mir eine Erdungsschiene, um bei Bedarf die Hühnerleiter direkt zu erden und eine klassische Funkenstrecke (Zündkerzen), um sehr starke elektromagnetische Impulse mittels bestehender Tiefenerdung, abzuleiten.

Gutes hat seinen Preis

Hier im Bild (links oben) einer der beiden 10m hohen GFK-Kipp-Fahnenmasten aus Dänemark. Der zweite Fahnenmast steht genau in Opposition in 36m Entfernung. Innerhalb des GFK-Mastes befindet sich der abgewinkelte 9m vertikale Strahleranteil. Jeweils ein Strahlerschenkel der 2x27m Doppelzepp-Antenne setzt sich aus 18m horizontalem und 9m vertikalem Strahlern zusammen, so wie eine liegende L-Antenne. Die Baukosten für meine Multiband-Doppelzepp Antenne waren nicht ganz ohne, in Summe rund 4.350,- Euro: Für 2 Fahnenmasten rund 2.400,- Euro, LC-Koppler rund 800,- Euro, Interface ca. 100,- Euro, Tiefenerder ca. 450,- Euro und Kleinmaterial (Coax-Kabel, Spreizer, Isolatoren, Gewichte, Strahlerkabel, Montagematerial, Funkenstrecke, Erdungsbus, Beton etc.) ca. 600,- Euro.

Das Tor zum Äther

Meine Doppelzepp-Antenne wird mit einer 8m Lechnerleitung und damit relativ kurzen Zweidrahtleitung gespeist; davon befinden sich 3m über und die restlichen 5m unter dem Dach. 

Der Doppelzepp-Rechner von DL1JWD und natürlich die Funkpraxis zeigen deutlich, dass die Doppelzepp-Antenne mit einer Strahlerlänge von 2x27m und der 8m kurzen Lechnerleitung sehr gut funktioniert.

QTH aus der Vogelperspektive

Auf 666 m² und 36 m langen Grundstück hat meine Doppel-L-Antenne (rot Linie) ihren Platz gefunden. Mehr geht nicht.

Funktionsweise 

Diese Animation zeigt sehr anschaulich die Funktionsweise einer Dipol-Antenne. Dabei ist sehr gut zu erkennen, dass beide Schenkel der Dipol-Antenne gleichermaßen und wechselwirksam zum Empfang bzw. zur Aussendung eines HF-Signals beitragen und nicht wie oftmals angenommen, der eine Schenkel als aktiver Strahler und der andere Schenkel als passives Gegengewicht fungiert. Nur eine Dipol-Antenne kann im Wechsel der HF-Amplitude die Energie des positiven bzw. negativen E-Feld symmetrisch abstrahlen bzw. empfangen. Dagegen ein gegen Erde bzw. Radiale betriebener Antennenstrahler wird die ihr zugeführte Energie aufgrund der realen Bodenverhältnisse bzw. Bodenleitfähigkeit (Verluste) immer unsymmetrisch abstrahlen bzw. empfangen. Übrigens, die DX-Eigenschaften einer Dipol-Antenne werden u. a. maßgeblich von der Aufbauhöhe bestimmt. Ein λ/4 und höher begünstigen die DX-Eigenschaften einer Dipol-Antenne deutlich. Leider lassen sich Aufbauhöhen von 20m bzw. 40m - z. B. für das 80m bzw. 160m Band - in Deutschland nur schwer verwirklichen. Aber eine in Deutschland übliche Aufbauhöhe von 10m über Grund, können aus einer simplen Dipol-Antenne für das 40m Band schon einen Strahler machen, der DX-Verbindungen durchaus begünstigt. Dies ist u. a. auch Grund dafür, warum das 40m Band bei DXern, die nur mit einer einfachen und dennoch sehr effektiven Dipol-Antenne Funkbetrieb machen können, so beliebt ist.

Post Scriptum

Der Dipol, eine einfache und zugleich geniale Antenne, die auf den deutschen Physiker Heinich Hertz zurückzuführen ist und erstmals 1895 durch den russischen Physiker Alexander Stepanowitsch Popow für den Empfang von HF-Signalen verwendet wurde. Faszinierend, dass nunmehr seit 125 Jahren (2020) die Dipol-Antenne immer noch aktuell und quasi der Standard unter den Antennen und zugleich wirksames Grundelement einer jeden symmentrischen Richtantenne (Beams) ist. 

Link Wikipedia: Animation Dipol

Zum Abschluss 

Gerade weil die Doppelzepp-Antenne so viel wie ein guter Transceiver gekostet hat, musste der damalige Aufbau wohl überlegt sein. Nach nunmehr vielen Betriebsjahren möchte ich behaupten, dass meine Doppelzepp-Antenne einen guten Job macht. Natürlich gibt es auch andere gute Antennen. Hinsichtlich ihrer Sende- und Empfangseigenschaften, speziellen Installationsgeometrie und der Möglichkeit des Mulibandbetriebs, ist die Doppelzepp-Antenne für meinen Einsatzzweck und HF-Umfeld eine sehr gute Wahl gewesen. Wenn die Störproblematik und die Ausbreitungsbedingungen es zulassen, dann sind mit meiner Doppelzepp-Antenne auch SSB-Verbindungen auf dem 160m Band in Richtung Amerika möglich.