Anmel­den einer Eigen­bau­an­ten­ne bei der Bundesnetzagentur

Anten­nen, die mit einer Gesamt­strah­lungs­lei­stung (EIRP) von mehr als 10 W betrie­ben wer­den, müs­sen nach der Ver­ord­nung zur Begren­zung elek­tro­ma­gne­ti­scher Fel­der (BEMFV) bei der Bun­des­netz­agen­tur ange­mel­det wer­den. Durch Simu­la­ti­on oder Mes­sung muß nach­ge­wie­sen wer­den, daß der stand­ort­be­zo­ge­ne Sicher­heits­ab­stand inner­halb des kon­trol­lier­ba­ren Bereichs endet. Außer­halb des kon­trol­lier­ba­ren Bereichs dür­fen die fest­ge­leg­ten und unbe­denk­li­chen elek­tri­schen und magne­ti­schen Feld­stär­ken nicht über­schrit­ten werden.

Der kon­trol­lier­ba­re Bereich ist dabei der Bereich, in dem der Betrei­ber der Funk­stel­le die Befug­nis hat, Per­so­nen weg­zu­schicken. Eine beson­de­re Siche­rung des Bereichs, bei­spiels­wei­se durch einen Zaun oder auch nur durch Hin­weis­schil­der, ist nicht gefor­dert. Der kon­trol­lier­ba­re Bereich umfasst auch sol­che Berei­che, in denen sich nor­ma­ler­wei­se kei­ne Per­so­nen auf­hal­ten. Das sind ins­be­son­de­re Berei­che ober­halb einer gewis­sen Höhe, in die nie­mand ohne wei­te­re Hilfs­mit­tel hin­ein­kommt. Eine genaue Höhe ist nicht defi­niert, aber es wird offen­sicht­lich eine Höhe von 3 m von der Behör­de als plau­si­bel aner­kannt. Damit ist der kon­trol­lier­te Bereich im all­ge­mei­nen das eige­ne Grund­stück und der 3 m über­ra­gen­de Teil des angren­zen­den öffent­li­chen oder pri­va­ten Bereichs.

Gerä­te zur Mes­sung der Feld­stär­ken kön­nen beim DARC aus­ge­lie­hen wer­den. Die Mes­sung kann sich aller­dings auf­wen­dig gestal­ten, weil man im Grun­de um das gesam­te Grund­stück her­um­lau­fen und die Son­de jeweils in 3 m Höhe hal­ten muß. Die Mes­sung muß dann für jedes ver­wen­de­te Fre­quenz­band wie­der­holt wer­den. Inso­fern ist die Simu­la­ti­on mit 4nec2 und die Aus­wer­tung der berech­ne­ten Daten mit Watt­wäch­ter ein­fa­cher, aber man muß sich auch hier erst ein­mal in die Mate­rie ein­ar­bei­ten. Die nach­fol­gen­de Beschrei­bung bezieht sich auf die Ver­sio­nen 4nec2 V5.9.3 und Watt­wäch­ter V2.01.

Vor­ge­hens­wei­se

Nah­feld und Fern­feld der Anten­ne müs­sen für jedes benutz­te Band errech­net und in ein­zel­nen Datei­en abge­spei­chert wer­den. Für das Nah­feld wird dabei das magne­ti­sche Feld und das elek­tri­sche Feld sepa­rat betrach­tet, weil hier der Wel­len­wi­der­stand noch weit ent­fernt vom Feld­wel­len­wi­der­stan­des des lee­ren Rau­mes ist. 4nec2 erzeugt somit also min­de­stens drei Datei­en pro Band, wenn höhe­re Auf­lö­sung gewünscht ist, auch mehr. Alle erzeug­ten Datei­en wer­den Band für Band von Watt­wäch­ter ein­ge­le­sen und kön­nen anschlie­ßend für die Bestim­mung der Grenz­wer­te benutzt werden.

Die Anten­ne muß nicht not­wen­di­ger­wei­se ange­passt sein. Die Bewer­tung mit Watt­wäch­ter benö­tigt also am Spei­se­punkt kei­ne reel­le Impe­danz und ihr Real­teil kann auch weit weg von den übli­chen 50 Ω lie­gen. Die unver­meid­ba­ren Ver­lu­ste eines Anpas­sungs­netz­werks kön­nen berück­sich­tigt werden.

Hier soll nicht auf die Details von 4nec2 und Watt­wäch­ter ein­ge­gan­gen wer­den. Es gibt hin­rei­chend gute Beschrei­bun­gen zu 4nec2 in diver­sen Foren und für Watt­wäch­ter auf der Sei­te der Bun­des­netz­agen­tur. Ich will ledig­lich doku­men­tie­ren, wie ich bei der Berech­nung und Anmel­dung mei­ner eige­nen, hier beschrie­be­nen, Anten­ne vor­ge­gan­gen bin.

Simu­la­ti­on mit 4nec2

Das Design der Anten­ne, die gepack­te 4nec2 Ein­ga­be­da­tei, kann hier her­un­ter­ge­la­den wer­den. Sie kann direkt mit 4nec2 geöff­net wer­den und es wird sofort die Struk­tur der Anten­ne angezeigt:

Nun soll­te man zunächst die Fre­quenz für die nach­fol­gen­den Simu­la­tio­nen ein­stel­len. Dazu wird mit F6 oder über das Edit Menü der Edi­tor auf­ge­ru­fen. Im Rei­ter „Freq./Ground“ stellt man oben links die Fre­quenz ein:

4nec2 Edit Input File
4nec2 Edit Input File

Für das hier beschrie­be­ne Bei­spiel blei­be ich bei 10,1 MHz und dem 30-m-Band. Als Envi­ron­ment soll­te „Free-space“ gewählt wer­den, weil Watt­wäch­ter selbst eine eige­ne Umge­bung berück­sich­tigt. Für Anten­nen­si­mu­la­tio­nen zur Bestim­mung von Gewinn und Richt­wir­kung, ohne Ver­wen­dung von Watt­wäch­ter, soll­te man hier aber ein mög­lichst rea­li­sti­sches Umfeld wäh­len. Das ist aber nicht Teil die­ses Bei­trags. Die Ände­run­gen müs­sen gespei­chert wer­den und durch Klicken auf das Taschen­rech­ner­sym­bol wird die Simu­la­ti­on gestar­tet, hier zunächst das Fern­feld (die Rei­hen­fol­ge ist aber egal):

4nec2, Simulation des Fernfeldes
4nec2, Simu­la­ti­on des Fernfeldes

Ein Klick auf Gene­ra­te star­tet die Simu­la­ti­on, die weni­ger als eine Sekun­de Lauf­zeit benö­tigt. Es wird auto­ma­tisch das errech­ne­te ver­ti­ka­le Strah­lungs­dia­gramm ange­zeigt, das durch Drücken der Leer­zei­chen­ta­ste auf das hori­zon­ta­le Dia­gramm umge­schal­tet wer­den kann. Zur Erin­ne­rung: es gilt für den frei­en Raum, der Boden ist nicht berück­sich­tigt. Durch Drücken von Strg‑S öff­net sich ein Dia­log zum Spei­chern des hier errech­ne­ten Fern­fel­des. Hier gilt nun eine strik­te Regel zur Bena­mung der Datei, damit Watt­wäch­ter sie spä­ter kor­rekt ein­le­sen kann:

Fernfeld: antennenname_frequenz_FF.out 
Elektr. Nahfeld: antennenname_frequenz_NF_E.out 
Magn. Nahfeld: antennenname_frequenz_NF_H.out 

Man wählt in die­sem Bei­spiel also sinn­vol­ler­wei­se KW-Mehrband-Dipol_10,1_FF.out. Anschlie­ßend sol­len die elek­tri­schen und magne­ti­schen Nah­fel­der berech­net wer­den. Man klickt wie­der auf den Taschen­rech­ner oder F7 und es öff­net sich der Dia­log zum Simulator.

4nec2, Simulation des elektrischen Nahfeldes
4nec2, Simu­la­ti­on des elek­tri­schen Nahfeldes

Man wählt Near Field Pat­tern und muß nun die Grö­ße der recht­ecki­gen Box um die Anten­ne her­um und den Abstand der errech­ne­ten Punk­te ange­ben, inner­halb derer das elek­tri­sche oder magne­ti­sche Feld bestimmt wird. Dabei gibt es eini­ge Vor­ga­ben zu beach­ten. Ver­stößt man dage­gen, bricht Watt­wäch­ter mit kryp­ti­schen Feh­ler­mel­dun­gen ab, die kei­ner­lei Hin­weis auf den Ver­stoß erhal­ten. Wie in der Watt­wäch­ter Pro­gramm­be­schrei­bung auf­ge­li­stet, gel­ten fol­gen­de Vorgaben:

- Start und Stop definieren einen Würfel um den Ursprung der Antenne mit einer Kantenlänge von etwa 4λ (-­2λ … 2λ) in jede Richtung

Insbesondere ist zu beachten, dass der berechnete Bereich die modellierte Antenne vollständig umfasst, inklusive eines zusätzlichen Bereiches um die Antenne herum. Dies ist vor allem bei Langdrahtantennen wichtig.

-­ Auflösung (Diskretisierung) etwa λ/10, je feiner die Auflösung desto genauer die Berechnung der Größe des Schutzbereiches im Nahfeld.
-­ Die Kantenlänge geteilt durch die Auflösung muss eine ganze Zahl sein!
-­ Der Würfel muss symmetrisch um den Ursprung platziert sein!
-­ Die einzelnen Punkte des Gitterwürfels dürfen nicht auf der Antenne liegen.

Man soll­te sich strikt dar­an hal­ten, auch wenn Watt­wäch­ter bei einem Ver­stoß schein­bar funk­tio­niert. Bei irgend­ei­ner Fre­quenz geht es dann plötz­lich nicht mehr. Ins­be­son­de­re muß ver­mie­den wer­den, daß Punk­te des Git­ter­wür­fels auf der Anten­ne lie­gen. Wie oben am Bei­spiel des 30-m-Ban­des gezeigt, wur­den hier Dimen­sio­nen in X- Y- und Z‑Richtung von ‑61 m bis +61 m mit einer Auf­lö­sung von 2 m gewählt. Das ent­spricht der For­de­rung einer Grö­ße von 4λ in jede Rich­tung, Sym­me­trie um den Ursprung und die Kan­ten­län­ge von 122 m geteilt durch die Auf­lö­sung von 2 m ist eine gan­ze Zahl. Da die Anten­ne ent­lang der X‑Achse liegt, ist Y immer null und somit liegt kein Punkt des Git­ters auf der Anten­ne. Mit 2 m ist die Dis­kre­ti­sie­rung auch gerin­ger als λ/10, was ja 3 m wären. 4nec2 begrenzt übri­gens die maxi­ma­le Anzahl von Git­ter­punk­ten. Unter „Set­tings“, „Memo­ry usa­ge“, „Max-nr field-points“ kann man die maxi­ma­le Anzahl ein­stel­len. Ich habe hier mit 500.000 gear­bei­tet. Das scheint ein sinn­vol­ler Kom­pro­miss zu sein. Die Rechen­zeit und die Datei­grö­ßen stei­gen mit der Anzahl der Punkte.

Hier eine Tabel­le der von mir ver­wen­de­ten Abmes­sun­gen und Diskretisierungen:

gewählte Dimensionen für x, y und z:

 1.8 MHz: Start: -325m, Stop: 325m, Step: 10m
 3.5 MHz: Start: -162.5 m, Stop: 162.5 m, Step: 5m
 5.4 MHz: Start: -122m, Stop: 122m, Step: 4m
 7.0 MHz: Start: -82.5m, Stop: 82.5m, Step: 3m
10.1 MHz: Start: -61m, Stop: 61m, Step: 2m
14.0 MHz: Start: -40.2 m, Stop: 40.2 m, Step: 1.2m
18.1 MHz: Start: -34.5 m, Stop: 34.5 m, Step: 1 m
21.0 MHz: Start: -30m, Stop: 30m, Step: 0.8 m
24.9 MHz: Start: -26m, Stop: 26m, Step: 0.8 m
28.0 MHz: Start: -26m, Stop: 26m, Step: 0.8 m
50.0 MHz: Start: -26m, Stop: 26m, Step: 0.8 m
70.0 MHz: Start: -26m, Stop: 26m, Step: 0.8 m

Bei 50 MHz und 70 MHz ist die Bedin­gung der Auf­lö­sung (Lambda/10) nicht ganz erfüllt. Eine klei­ne­re Box wür­de die Anten­ne nicht mehr kom­plett umschlie­ßen und eine höhe­re Auf­lö­sung wür­de die maxi­ma­le Anzahl an Punk­ten spren­gen (die man, wie oben beschrie­ben, aber hoch­set­zen könnte).

Die elek­tri­schen und magne­ti­schen Nah­fel­der wer­den also nun wie beschrie­ben berech­net und in die Dateien

KW-Mehrband-Dipol_10,1_NF_E.out und 
KW-Mehrband-Dipol_10,1_NF_H.out

gespei­chert. In einer Fleiß­ar­beit wer­den nun nach­ein­an­der die Simu­la­tio­nen für alle ande­ren gewünsch­ten Bän­der durch­ge­führt. Bei den oben gezeig­ten zwölf Bän­dern erhält man dann also min­de­stens 36 Feld­da­tei­en, jede zwi­schen 15 und 50 MB groß, die nun in Watt­wäch­ter ein­ge­le­sen wer­den sollen.

Watt­wäch­ter

Watt­wäch­ter fragt nach dem Start, ob es im Assi­stent Modus oder im Erwei­ter­ten Modus aus­ge­führt wer­den soll. Hier soll eine neue Anten­ne defi­niert wer­den und die erfor­dert den Erwei­ter­ten Modus.

Wattwächter, Hauptmenü im erweiterten Modus
Watt­wäch­ter, Haupt­me­nü im erwei­ter­ten Modus

Durch Anklicken des Fel­des Anten­ne in der Spal­te A öff­net sich dann der Antennenauswahl-Dialog:

Wattwächter, Antennenauswahl
Watt­wäch­ter, Antennenauswahl

Man kann aus einer Rei­he vor­de­fi­nier­ter Anten­nen aus­wäh­len oder durch Klicken auf „Neue Anten­ne“ die mit 4nec2 erzeug­ten Feld­da­ten einlesen.

Wattwächter, Antenneneditor
Watt­wäch­ter, Antenneneditor

Durch Klicken auf NEC-Daten wer­den nach­ein­an­der die ein­zel­nen Feld­da­tei­en ein­ge­le­sen. Es genügt dabei, für jede Fre­quenz nur eine der Datei­en anzu­klicken. Watt­wäch­ter sucht sich anhand des Namens die ande­ren zu die­ser Fre­quenz gehö­ren­den Datei­en dazu. Jede bereits feh­ler­frei ein­ge­le­se­ne Datei wird in der Liste der Fre­quenz­da­ten auf­ge­führt. Wenn die oben genann­ten Vor­ga­ben nicht peni­bel ein­ge­hal­ten wur­den, kann es beim Ein­le­sen zu den schon ange­deu­te­ten Feh­ler­mel­dun­gen kom­men. Beliebt ist bei­spiels­wei­se „Feh­ler­haf­tes For­mat der NEC datei : bad num­ber for­mat (field)“. Dann hilft nur, die Feld­da­tei­en mit kor­ri­gier­ten Para­me­tern neu zu erzeugen.

Als Anten­nen­typ kann man u.a. Lang­draht oder Dipol wäh­len. Der Unter­schied scheint nur in der Ori­en­tie­rung zu lie­gen. Eine Lang­draht­an­ten­ne ist in X‑Richtung gespannt, ein Dipol in Y‑Richtung. Da der hier unter­such­te Falt­di­pol ursprüng­lich als Lang­draht­an­ten­ne geplant war und in X‑Richtung auf­ge­spannt ist, wur­de hier der Anten­nen­typ Lang­draht gewählt. Bei der Aus­wer­tung muß der Azi­mut dann ent­spre­chend der tat­säch­li­chen Mon­ta­ge­rich­tung ein­ge­stellt werden.

Nach­dem alle Daten feh­ler­frei ein­ge­le­sen wur­den, klickt man auf „Spei­chern“ und spei­chert alle Daten für die­se Anten­ne in einer Datei mit sinn­vol­lem Namen. Im Watt­wäch­ter Unter­ver­zeich­nis „User­Da­ta“ hat Watt­wäch­ter nun Datei­en für jede Fre­quenz mit der Endung .field und eine XML-Datei mit dem gewähl­ten Namen erzeugt.

Jetzt erscheint die neu ange­leg­te Anten­ne im Aus­wahl­me­nü und kann genau­so wie jede ande­re Anten­ne für die wei­te­ren Berech­nun­gen selek­tiert wer­den. Das wei­te­re Vor­ge­hen soll hier nicht mehr beschrie­ben wer­den. Man kon­sul­tie­re die Watt­wäch­ter Pro­gramm­be­schrei­bung oder meh­re­re Quel­len im Internet.

Für die hier beschrie­be­ne Anten­ne ergab sich auf fast allen Bän­dern eine nutz­ba­re Aus­gangs­lei­stung von min­de­stens 100 Watt, oft deut­lich dar­über. Der klei­ne nörd­li­che Zip­fel der Anten­ne, nahe an der Grund­stücks­gren­ze, macht aller­dings auf zwei Bän­dern Pro­ble­me: auf 160 m sind maxi­mal 20 Watt mög­lich und auf dem 30-m-Band geht es nur bis maxi­mal 50 Watt. Damit kann ich leben. Auf 160 m ist die Anten­ne sowie­so sub­op­ti­mal und auf 30 m ist auch nicht viel Akti­vi­tät zu beob­ach­ten. Viel­leicht span­ne ich auch irgend­wann mal einen extra Draht für 160 m.