Die Antenne @ DO5DGH

Schon ziemlich früh war ich als Funkamateur von den Lowbands fasziniert, insbesondere vom 160m Band, dem sogenannten "Gentlemen Band".

U. a. das lesenswerte Buch "Low-Band DXing" von John Devoldere (ON4UN-SK) hat mich dabei sehr inspiriert, sodass ich bis heute vornehmlich den Lowbands treu geblieben bin.

2x27m L-Antenne - so sieht die Antennen-Situation für die Lowbands bei mir am QTH aus. Scheinbar nicht besonders viel bzw. groß, dennoch funkt es sich ganz anständig damit!

Mit dem aus dem Internet frei verfügbaren und wirklich tollem Antennen-Programm EZNEC habe ich meine links abgebildete Antenne (rot Linie) einmal für das 80m und 160m Band simuliert.

Allgemeine Parameter:

• Max. Höhe 10m über Grund (genehmigungsfrei gem. NBauO - Niedersächsischer Bauordnung)

• Horizontaler Strahler 2x18m

• Vertikaler Strahler 2x9m (Strahler enden jeweils 1 m über Grund)

• Längenverhältnis der Strahler: 2/3 horizontal zu 1/3 vertikal (ohne Zweidrahtleitung)

• Zweidrahtleitung 6m (ca. 600 Ohm)

• Bodenleitfähigkeit "durchschnittlich" angenommen (0,005 S/m)

• Drahtlänge insgesamt 2x33m (inkl. Zweidrahtleitung)

• Antennendraht Kupfer (1 mm Durchmesser)

• Tragmasten aus GFK (innerhalb dieser befindet sich der vertikale Strahler elektrisch isoliert)

• Die X-Achse entspricht der Nord-/Süd-Ausrichtung der Antenne

Die nachfolgenden Diagramme mögen zwar auf den ersten Blicken gleich erscheinen, weisen jedoch bei näherer Betrachtung unterschiedliche Stromverläufe und unterschiedliche Gewinn- bzw. Verlustangaben auf. Insbesondere die Angaben zum Average Gain bei der 3D-Modellierung zeigen einen deutlichen Unterschied zwischen den beiden Bändern zu Gunsten des 80m Bandes. Dennoch funktioniert diese Antenne auch auf dem 160m Band besser als die simulierten Werte es augenscheinlich vermuten lassen.

So hat die Praxis gezeigt, dass die HF-Signale meiner Doppel-L-Antenne auf dem 160m Band gegenüber dem 80m Band bei gleicher TX-Leistung pauschal zirka 6 dB (1/4) schwächer ausfallen. Diese Leistungseinbuße, analog einer S-Stufe, ist durchaus hinnehmbar.

Die Berechnung zum Wirkungsgrad der 2x27m L-Antenne (inkl. LC-Netzwerk und Zweidrahtleitung) mittels Doppelzepp-Rechner (Grafik, grüne Balken) bestätigt tendenziell die realen Beobachtungen, wobei der Wirkungsgrad für das 80m Band mit 95% und für das 160m Band mit 87% errechnet wurde.

Der Vergleich mit einer zurückgefalteten 2x27m Dipol-Antenne zeigt unweigerlich auf, dass die von mir installierte 2x27m L-Antenne einen deutlich besseren Gewinn auf dem 160m Band aufweist.

Postskriptum

Die durchgeführte Simulation berücksichtigt nur die reine Antenne (inkl. Zweidrahtleitung), also ohne die bei mir installierte Anpassung mittels L/C-Netzwerks. Absolute (reale) Zahlenwerte bzgl. der Gewinn- bzw. Verlustangaben waren nicht das Ziel dieser Simulation. Es ging mir nur um einen Antennen- bzw. Bandvergleich, um für mich die beste bzw. zweckmäßigste Antennenlösung zu finden. Die max. mögliche Spannweite ergibt sich aus der Grundstücklänge von 37 Metern.

Bei den hier näher betrachteten und simulierten Antennen handelt es sich natürlich weitgehend um eine dipolähnliche Antennenform. Zur besseren Unterscheidung wird jedoch von einer 2x27 L-Antenne, einer 2x27m rückgefalteten Dipol-Antenne und einer 2x36m Doppelzepp-Antenne gesprochen.

Strahlungsdiagramme 80m Band

Strom strahlt, so die goldene Regel. Der Stromverlauf wird anhand der violetten Linie ersichtlich. Wenngleich das horizontale Strahlungsdiagramm zu allen Seiten ähnlich ausgebildet erscheint, ist jedoch der Gewinn längst zur Y-Achse am höchsten ausgeprägt. Die Gewinn-/Verlustangaben für das 80m Band werden mit der dritten Grafik wie folgt ausgewiesen.

• 9,75 dBi @ 90 Grad

• 7,19 dBi @ 45 Grad

• 1,95 dB @ Average Gain bei 3D-Modellierung (mittlere Grafik)

Man beachte insbesondere den Gewinn von 7,19 dBi bei einem Erhebungswinkel von 45 Grad. Die vertikalen Strahler tragen maßgeblich dazu bei, dass auch bei einem Erhebungswinkel um die 45 Grad noch ausreichend HF-Energie abgestrahlt (empfangen) wird. Dies bestätigt die durchaus brauchbaren Eigenschaften der Antenne auch über mittlere Entfernungen zwischen ca. 800 bis 6000 km (Band-Öffnungen vorausgesetzt).

Strahlungsdiagramme 160m Band

Auch hier wird der Strom anhand der violetten Linie abgebildet, jedoch mit einem etwas anderen Verlauf. Wenngleich das horizontale Strahlungsdiagramm zu allen Seiten ähnlich ausgebildet erscheint, ist jedoch der Gewinn auch in diesem Fall längst zur Y-Achse am höchsten ausgeprägt. Die Gewinn-/Verlustangaben für das 160m Band werden mit der dritten Grafik wie folgt ausgewiesen.

• 6,02 dBi @ 90 Grad

• 3,12 dBi @ 45 Grad

• -1,98 dB @ Average Gain bei 3D-Modellierung (mittlere Grafik)

Man beachte den Gewinn von immerhin noch 3,12 dBi bei einem Erhebungswinkel von 45 Grad. Auch auf dem 160m Band tragen die vertikalen Strahler noch maßgeblich dazu bei, dass auch bei einem Erhebungswinkel um die 45 Grad noch eine nützliche Menge an HF-Energie abgestrahlt (empfangen) wird. Dies bestätigt die durchaus brauchbaren Eigenschaften der Antenne auch über mittlere Entfernungen zwischen ca. 800 bis 4000 km (Band-Öffnungen vorausgesetzt).

Strahlungsdiagramme 80m Band

Allgemeine Parameter:

• Max. Höhe 10,5 m (0,5m höher, bedingt durch die Rückfaltung)

• Horizontaler Strahler 2x27m (9m Rückfaltung nach jeweils 18m, Abstand 50 cm)

• Zweidrahtleitung 6m (ca. 600 Ohm)

• Bodenleitfähigkeit "durchschnittlich" angenommen (0,005 S/m)

• Drahtlänge insgesamt 2x33m (inkl. Zweidrahtleitung)

• Antennendraht Kupfer (1 mm Durchmesser)

• Die X-Ache entspricht der Nord-/Süd-Ausrichtung der Antenne

Die violetten Linien zeigen wieder den Stromverlauf. Das horizontale Strahlungsdiagramm und der Gewinn sind dabei deutlich parallel zur Y-Achse ausgeprägt. Die Gewinn-/Verlustangaben für das 80m Band werden mit der dritten Grafik wie folgt ausgewiesen.

• 9,39 dBi @ 90 Grad

• 6,82 dBi @ 45 Grad

• 0,67 dB @ Average Gain bei 3D-Modellierung (mittlere Grafik)

Bei einem Erhebungswinkel von 45 Grad werden bei dieser zurückgefalteten Dipol-Antenne noch gute 6,82 dBi erzielt. Dies lässt Verbindungen auch über mittlere Entfernungen annehmbar erscheinen.

Strahlungsdiagramme 160m Band

Allgemeine Parameter:

• Max. Höhe 10,5 m (0,5m höher, bedingt durch die Rückfaltung)

• Horizontaler Strahler 2x27m (9m Rückfaltung nach jeweils 18m, Abstand 50 cm)

• Zweidrahtleitung 6m (ca. 600 Ohm)

• Bodenleitfähigkeit "durchschnittlich" angenommen (0,005 S/m)

• Drahtlänge insgesamt 2x33m (inkl. Zweidrahtleitung)

• Antennendraht Kupfer (1 mm Durchmesser)

• Die X-Ache entspricht der Nord-/Süd-Ausrichtung der Antenne

Die violetten Linien zeigen auch hier den Stromverlauf. Das horizontale Strahlungsdiagramm und der Gewinn sind dabei deutlich parallel zur Y-Achse ausgeprägt. Die Gewinn-/Verlustangaben für das 160m Band werden mit der dritten Grafik wie folgt ausgewiesen.

• 4,52 dBi @ 90 Grad

• 1,61 dBi @ 45 Grad

• -4,26 dB @ Average Gain bei 3D-Modellierung (mittlere Grafik)

Bei einem Erhebungswinkel von 45 Grad werden bei dieser zurückgefalteten Dipol-Antenne nur noch 1,61 dBi erzielt. Dies lässt annehmbar Verbindungen über größere Entfernungen geringer erscheinen.

Zum Abschluss

Man ist durchaus gut beraten, im Vorfeld eines Antennen-Bauvorhabens, eine Antennen-Simulation mittels EZNEC oder ähnlicher Programme durchzuführen. Eine solche Simulation gibt schnell Aufschluss darüber, welche vermeintlichen Erwartungen die angedachte Antenne ggfs. erfüllen wird.

Hier noch einmal im direkten Vergleich meine installierte 2x27m L-Antenne (rote Zahlen) vs. 2x27m rückgefalteter Dipol-Antenne. Diese simulierten Zahlenwerte speziell für das 160 Band sprechen - wie ich finde - für sich!

Gewinn/Verlust 80m Band

• 9,75 dBi | 9,39 dBi @ 90 Grad

• 7,19 dBi | 6,82 dBi @ 45 Grad

• 1,95 dB | 0,67 dB @ Average Gain

Gewinn/Verlust 160m Band

• 6,02 dBi | 4,52 dBi @ 90 Grad

• 3,12 dBi | 1,61 dBi @ 45 Grad

• -1,98 dB | -4,26 dB @ Average Gain

Die durchaus guten Signal-Rapporte unterstreichen das Ergebnis meiner auf dem Grundstück mittig installierten Doppel-L-Antenne, mit größtmöglichem Abstand zu den angrenzenden Liegenschaften (sh. Foto). Zudem hat die 2x27m L-Antenne keine ausgeprägte Vorzugsrichtung, sodass die spezifischen Strahlungseigenschaften der Antenne theoretisch ähnliche Feldstärken aus allen Himmelsrichtungen erwarten lässt.

Fazit

Mit dem Beitrag "Die Antenne funkt!" will ich nicht vorgeben, dass zwei L-Antennen als Dipol-Antenne installiert generell die bessere Wahl ist, sondern hiermit wird beispielhaft dargestellt, dass eine Verkürzung des horizontalen Strahleranteils und eine vertikale Ablenkung um 90 Grad durchaus praktische Vorteile gegenüber einer klassichen Rückfaltung haben können und das nicht nur im Sinne von Platzmangel.

Postskriptum

Schnell kommen in diesem Zusammenhang Fragen zu Simulationen mit anderen Strahlerlängen auf, doch erinnern wir uns, mein Grundstück und die bauliche Situation gibt bei mir einfach nicht mehr her. So mag es ganz bestimmt den Fall geben, dass man mit anderen Längen bzgl. der Strahler- und Zweidrahtleitung noch bessere Ergebnisse als mit den hier vorgegebenen Werten erzielen kann, dieses jedoch möge ein Jeder für sich und vor allem zu Gunsten einer zweckmäßigen bzw. bedarfsgerechten Installation selbst herausfinden.

Auch bei der Bemaßung der Zweidrahtleitung habe ich mich ganz bewusst für eine möglichst kurze Baulänge entschieden. Eine längere und innerhalb des Hauses verlegte Zweidrahtleitung würde vermeintlich durch Man-Made-Noise zusätzlich belastet werden. Hier galt es Abzuwägen zwischen mutmaßlicher Verluste bzw. schlechterem Signal-/Rauschverhältnis.

2x36m Doppelzepp-Antenne (gestreckt) vs. 160m Band

Als Nachtrag und zum Vergleich noch einmal eine Simulation einer klassichen Doppelzepp-Antenne, jedoch diesmal als 2x36m Dipol in gestreckter Bauform ausgeführt.

Allgemeine Parameter:

• Max. Höhe 10m

• Horizontaler Strahler 2x36m (gestreckte Installation)

• Zweidrahtleitung 6m (ca. 600 Ohm)

• Bodenleitfähigkeit "durchschnittlich" angenommen (0,005 S/m)

• Drahtlänge insgesamt 2x42m (inkl. Zweidrahtleitung)

• Antennendraht Kupfer (1 mm Durchmesser)

• Die X-Ache entspricht der Nord-/Süd-Ausrichtung der Antenne

Hier im direkten Vergleich für das 160m Band alle drei Antennen-Varianten: Meine installierte 2x27m L-Antenne (rote Zahlenwerte), 2x27m rückgefaltete Dipol-Antenne und 2x36m gestreckte Doppelzepp-Antenne (fett).

Gewinn/Verlust 160m Band

• 6,02 dBi | 4,52 dBi | 8,06 dBi @ 90 Grad

• 3,12 dBi | 1,61 dBi | 5,15 dBi @ 45 Grad

• -1,98 dB | -4,26 dB | -0,83 dB @ Average Gain

Eine gestreckte Installation einer 2x36m Dipol-Antenne ist zwar bzgl. der simulierten Gewinne / Verluste um ca. 2 dBi bzw. 1,1 dB besser gegenüber meiner installierten 2x27 L-Antenne, aber in Ermangelung an Platz bei mir nicht umsetzbar.

Ob bei der niedrigen Aufbauhöhe von nur 10m über Grund eine gestreckte und 2x36m lange Doppelzepp-Antenne sich gegenüber einer 2x27m L-Antenne in der Praxis überhaupt gewinnbringend bemerkbar macht, dass möge an dieser Stelle ein Jeder für sich bewerten. Anders mag das bei diesem direkten Vergleich ggfs. mit der rückgefalteten Dipol-Antenne ausfallen, die mit ca. -3.5 dB Average Gain einen deutlich geringeren Antennen-Gewinn gegenüber einer 2x36m Doppelzepp-Antenne ausweist.

Schlussbetrachtung

So lautet dann mein persönliches Fazit. In Ermangelung entsprechender Grundstückslänge und der notwendigen Aufbauhöhe von mind. λ/4 über Grund, scheint mir eine relative Verkürzung und eine um 90 Grad vertikale Ablenkung der beiden horizontalen Strahler nicht nur eine zweckmäßige, sondern im gewissen Maße auch eine gewinnbringende Maßnahme zu sein.

Viel Spaß beim Simulieren & Erfolg beim Installieren!