Draht­an­ten­ne für alle Kurz­wel­len-Ama­teur­funk­bän­der (Teil 1)

Bevor die Tage deut­lich kür­zer wer­den und das Wet­ter wie­der unan­ge­nehm kühl wird, will ich mei­ne pro­vi­so­ri­sche end­ge­spei­ste Draht­an­ten­ne durch eine sta­bi­le­re Kon­struk­ti­on erset­zen. Wie hier schon ange­deu­tet, soll der Strah­ler län­ger wer­den und ein defi­nier­tes Gegen­ge­wicht anstatt des jet­zi­gen am Bal­kon­ge­län­der geer­de­ten Pig­tails ange­schlos­sen wer­den. Die­ser erste Teil beschreibt die Pla­nung und die Simu­la­ti­on der Anten­ne. Im zwei­ten Teil soll der tat­säch­li­che Auf­bau und die Mes­sung mit einem VNWA beschrie­ben wer­den. Die dann tat­säch­lich imple­men­tier­ten Dimen­sio­nen wer­den in eine ange­pass­te 4nec2-Simu­la­ti­on ein­flie­ßen, aus der dann die elek­tri­schen und magne­ti­schen Feld­da­ten für den Watt­wäch­ter (ein kosten­frei­es Pro­gramm der Bun­des­netz­agen­tur zur Bewer­tung von Ama­teur­funk­stel­len) extra­hiert wer­den. Damit wird die Anten­ne dann bei der Bun­des­netz­agen­tur, dem dafür zustän­di­gen Amt, angemeldet.

Vor­über­le­gun­gen

Eine ein­fa­che Draht­an­ten­ne, die auf allen gewünsch­ten Bän­dern reso­nant ist, gibt es nicht. Daher soll auch bei der neu­en Anten­ne wie­der ein Tuner für die Abstim­mung sor­gen. Mein selbst­ge­bau­ter Tuner funk­tio­niert zwar hin­rei­chend gut, aber ich woll­te auch immer schon mal einen kom­mer­zi­el­len Tuner aus­pro­bie­ren. Daher habe ich den zu mei­nem IC-7300 pas­sen­den AH-730 von ICOM besorgt. Er soll fast jeden Draht ab 7 m Län­ge auf allen Kurz­wel­len­bän­dern inklu­si­ve 160 m und 6 m anpas­sen kön­nen. Viel­fa­che von λ/2 sol­len aber ver­mie­den wer­den, denn dann geht der Strah­lungs­wi­der­stand gegen unend­lich, was von kei­nem Tuner mehr mit ver­nünf­ti­gem Auf­wand ange­paßt wer­den kann. Die Span­nung müss­te dann zu hoch wer­den. Die Doku­men­ta­ti­on des AH-730 weist aus­drück­lich dar­auf hin, sol­che Län­gen zu vermeiden.

Die Pla­nung

Die Anten­ne soll vom Bal­kon aus gespeist wer­den, weil dort das Anten­nen­ka­bel vom Trans­cei­ver ankommt und dort auch der Anten­nen­um­schal­ter instal­liert ist. Die Aus­deh­nung des Grund­stücks lässt vom Bal­kon aus in Süd­rich­tung etwa 25 m Län­ge zu, in Nord­rich­tung etwa 8 m. Wegen der not­wen­di­gen Abspan­nung der Masten muß ich min­de­stens drei Meter Abstand zu der jewei­li­gen Grund­stücks­gren­ze hal­ten. Das ist nicht zuletzt auch für die Anmel­dung bei der Bun­des­netz­agen­tur not­wen­dig. Die Anten­ne soll mit mode­ra­ten 100 Watt betrie­ben wer­den. Kei­ne sehr hohe Lei­stung, aber eben deut­lich mehr als die nach BEMFV anmel­de­frei­en 10 W EIRP. Da hilft es immer, wenn der Abstand zum unkon­trol­lier­ten Bereich mög­lichst groß ist.

Im Moment habe ich als Pro­vi­so­ri­um einen 20 m lan­gen Draht instal­liert, der für 160 m und 80 m eigent­lich zu kurz ist. Um die Draht­län­ge zu erhö­hen, sol­len bei­de Schen­kel gefal­tet wer­den, so wie es bei dem 17‑m und 15-m-Falt­di­pol erfolg­reich aus­pro­biert wur­de. Wegen der geo­me­tri­schen Umstän­de wer­den die bei­den Schen­kel ungleich lang. Die Län­gen wur­den so gewählt, daß sie auf kei­nem der Kurz­wel­len­bän­der ein Viel­fa­ches von λ/2 lang sind. Hier ist ein ein­fa­ches Libre­Of­fice Spreadsheet, mit dem die „guten“ und „schlech­ten“ Draht­län­gen berech­net wer­den können:

Die fol­gen­de, nicht maß­stabs­ge­treue Skiz­ze zeigt die Dimen­sio­nie­rung der geplan­ten Antenne:

Dimensionierung der gefalteten Langdrahtantenne
Dimen­sio­nie­rung der gefal­te­ten Langdrahtantenne

Der süd­li­che Draht ist nun ins­ge­samt 32,20 m lang, der nörd­li­che 10,60 m. Bei­de Län­gen lie­gen in einem „guten“ Bereich, sie sind kein Viel­fa­ches von λ/2 auf einem der Ama­teur­funk­bän­der. Der tat­säch­li­che Auf­bau wird zei­gen, ob alles paßt. Zunächst aber mal zur Simulation.

Simu­la­ti­on mit 4nec2

Hier ist die Ein­ga­be­da­tei für die 4nec2-Simulation:

Breit­band­si­mu­la­ti­on

Die Breit­band­si­mu­la­ti­on von 1 MHz bis 30 MHz zeigt aus­ge­präg­te Reso­nan­zen am unte­ren Ende des 80-m-Ban­des und unter­halb des 40-m-Ban­des. Wei­te­re Reso­nan­zen bei höhe­ren Fre­quen­zen sind wei­ter von 50 Ω ent­fernt und wei­sen daher ein schlech­te­res Steh­wel­len­ver­hält­nis auf.

Simulationsergebnis der Langdrahtantenne, SWR zwischen 1 und 30 MHz
Simu­la­ti­ons­er­geb­nis der Lang­draht­an­ten­ne, SWR zwi­schen 1 und 30 MHz
Simulationsergebnis der Langdrahtantenne, Impedanz zwischen 1 und 30 MHz
Simu­la­ti­ons­er­geb­nis der Lang­draht­an­ten­ne, Impe­danz zwi­schen 1 und 30 MHz

Die Simu­la­ti­on von 3 MHz bis 8 MHz zeigt die Reso­nan­zen etwas genauer.

Simulationsergebnis der Langdrahtantenne, SWR zwischen 3 und 8 MHz
Simu­la­ti­ons­er­geb­nis der Lang­draht­an­ten­ne, SWR zwi­schen 3 und 8 MHz
Simulationsergebnis der Langdrahtantenne, Impedanz zwischen 3 und 8 MHz
Simu­la­ti­ons­er­geb­nis der Lang­draht­an­ten­ne, Impe­danz zwi­schen 3 und 8 MHz

Durch Kür­zen des süd­li­chen Anten­nen­drah­tes um etwa 2 m las­sen sich die­se Reso­nan­zen leicht in das 80-m- und 40-m-Band schie­ben, so daß dort das Steh­wel­len­ver­hält­nis auf unter 2 sinkt. Auf die­sen bei­den Bän­dern wäre die Anten­ne dann ohne Tuner betreib­bar. Das führt aber dazu, daß der Wirk­wider­stand im 20-m‑, 10-m- und 6‑m-Band auf über 1 kΩ steigt. Auch das Spreadsheet zeigt bei die­ser Draht­län­ge genau für die genann­ten Bän­der „rot“. Die Anpas­sung dürf­te dann schwie­rig wer­den. In der jet­zi­gen Kon­fi­gu­ra­ti­on sind nun aller­dings die 17-m- und 12-m-Bän­der grenz­wer­tig. Man kann wohl nicht alles haben, even­tu­ell muß ich den Draht spä­ter doch noch kürzen.

Schmal­band­si­mu­la­ti­on

Nach­fol­gend zur Doku­men­ta­ti­on die Schmal­band­si­mu­la­tio­nen für alle Ama­teur­funk­bän­der auf Kurzwelle:

Im 17-m-Band liegt der Wirk­wider­stand zwi­schen 1 und 2 kΩ, im 12-m-Band bei etwa 1 kΩ. Die Draht­län­ge von 32,20 m ist im 17-m-Band nahe bei 4×λ/2 und im 12-m-Band bei knapp 6×λ/2. Die Pra­xis muß zei­gen, ob das funk­tio­niert. Pro­ble­me wären nicht wei­ter ver­wun­der­lich. Man soll­te immer im Kopf behal­ten, daß 100 Watt Sen­de­lei­stung an einem 2 kΩ Wider­stand eine Span­nung von 450 V am Spei­se­punkt bedeu­ten (√(P×R)).

Das ande­re Extrem bil­det das 60-m-Band und das 160-m-Band ab. Auf die­sen Bän­dern liegt der Wirk­wider­stand bei 10 Ω bis 20 Ω. Bei­des soll­te gut mit einem Anten­nen­tu­ner abstimm­bar sein, daher erwar­te ich dort kei­ne Probleme.

Die Anten­nen­ma­sten

Als Anten­nen­ma­sten sol­len zwei 12-m-Glas­fa­ser­ma­sten zum Ein­satz kom­men. Einer davon steht bereits seit drei Jah­ren im Gar­ten und soll nun etwas ver­setzt und bes­ser abge­spannt wer­den. Der zwei­te ist ein Neu­kauf und besteht nur aus sie­ben Ele­men­ten. Wegen der Hang­la­ge wird der süd­li­che Mast mit sei­nen zwölf Ele­men­ten auf etwa 10 m über dem Boden aus­ge­zo­gen, der obe­re mit sie­ben Ele­men­ten auf 6 m. Ihre Spit­zen wer­den dann etwa die­sel­be Höhe haben und die Anten­nen­dräh­te sol­len hori­zon­tal verlaufen.

Der Her­stel­ler der Masten emp­fiehlt und ver­treibt sel­ber gewöhn­li­che Schlauch­schel­len aus Edel­stahl zum Fixie­ren der ein­zel­nen Roh­re. Sie wer­den mit Schrumpf­schlauch umman­telt und klem­men so die Roh­re gegen Ver­schie­ben fest. Das funk­tio­niert soweit, aber ich fin­de es sub­op­ti­mal und „geba­stelt“. Außer­dem brau­che ich Ele­men­te zum Abspan­nen des Mastes und zum Hal­ten der Rol­len, auf denen der Anten­nen­draht auf­ge­spannt wird. Das ist eine loh­nen­de Auf­ga­be für eine CNC-Fräse.

Daher habe ich die nach­fol­gend beschrie­be­nen Ele­men­te aus einer 20 mm dicken Hart-PVC-Plat­te her­aus­ge­fräst. Der Innen­durch­mes­ser ist für das jewei­li­ge Seg­ment ange­passt und zwar der­art, daß noch eine pas­send zurecht­ge­schnit­te­ne 2 mm dicke Gum­mi­un­ter­la­ge als Schutz dazwi­schen geklemmt wer­den kann. Die Klem­men wer­den mit einer 4‑mm-Schrau­be auf dem jewei­li­gen Seg­ment fest­ge­klemmt. Die Aus­frä­sun­gen sind not­wen­dig, damit die Klem­me hin­rei­chend bieg­bar wird.

Segmentklemme
Seg­ment­klem­me

Eine Seg­ment­klem­me dient zum Fest­klem­men eines Seg­ments des Anten­nen­masts. Sie ersetzt die Schlauchschelle.

Segmentklemme mit zwei Haltern für die Abspannung
Seg­ment­klem­me mit zwei Hal­tern für die Abspannung

Eine Seg­ment­klem­me mit Hal­tern klemmt einer­seits das Seg­ment fest und hat zusätz­lich noch im 120°-Winkel zwei Hal­ter für Abspannseile.

Segmentklemme mit Rollenhalter
Seg­ment­klem­me mit Rollenhalter

Eine Seg­ment­klem­me mit Rol­len­hal­ter hat zwei lan­ge Aus­le­ger, zwi­schen denen eine Rol­le befe­stigt wird.

Die seit­li­chen Boh­run­gen für die Klemm­schrau­be und die Hal­ter wer­den in einem zwei­ten Arbeits­schritt manu­ell seit­lich ausgeführt.

Rolle
Rol­le

Die bei­den Rol­len an jedem Mast bestehen aus einer inne­ren 3 mm dicken PVC-Schei­be mit 50 mm Durch­mes­ser und zwei äuße­ren Schei­ben mit 70 mm Durch­mes­ser. Sie sind ver­klebt und zusätz­lich ver­schraubt. Sie wer­den mit einem durch­ge­steck­ten 6‑mm-Mes­sing­rohr an dem oben gezeig­ten Rol­len­hal­ter befe­stigt. Die­ses Mes­sing­rohr hat einen Innen­durch­mes­ser von 4 mm und wird mit einer durch­ge­hen­den 4‑mm-Schrau­be mit Stopp­mut­ter gehal­ten. Das Mes­sing­rohr bil­det so ein Gleit­la­ger, auf dem sich die Rol­le frei dre­hen kann.

Die Rol­len sind im Abstand von 195 cm am Mast befe­stigt, so daß die Anten­nen­dräh­te den geplan­ten Abstand von 2 m von­ein­an­der haben.

Damit dürf­te die Pla­nung und die Vor­be­rei­tung hin­rei­chend beschrie­ben sein. In den näch­sten Tagen geht’s an den Auf­bau. Die Erfah­run­gen wer­de ich im zwei­ten Teil beschreiben.

Hier ist der zwei­te Teil

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