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.

Draht­an­ten­ne für alle Kurz­wel­len-Ama­teur­funk­bän­der (Teil 2)

In einem frü­he­ren Bei­trag habe ich die Pla­nun­gen für eine neue Kurz­wel­len­an­ten­ne beschrie­ben. Ihr Auf­bau und ihre Abmes­sun­gen sind durch die ört­li­chen Gege­ben­hei­ten bestimmt, nicht durch die Erwar­tung, eine neue Wun­der­an­ten­ne zu erfin­den. Da die Dimen­si­on des Grund­stücks nicht für einen Lang­draht-Dipol reicht, der auch die unte­ren Kurz­wel­len­bän­der 160 m und 80 m abdeckt, wur­den bei­de Anten­nen­dräh­te nach unten gefal­tet und im Abstand von 2 m wie­der zurück­ge­führt. Hier die von der ursprüng­li­chen Pla­nung etwas abwei­chen­de Dimensionierung:

Tatsächliche Dimensionierung der gefalteten Langdrahtantenne
Tat­säch­li­che Dimen­sio­nie­rung der gefal­te­ten Langdrahtantenne

Die gefal­te­ten Tei­le sind also zu lang, weil es deut­lich kosten­gün­sti­ger ist, sie nach der Erpro­bung zu kür­zen, als den gesam­ten Draht zu erset­zen. Damit han­delt es sich um einen asym­me­tri­schen Dipol, der deut­lich außer­halb des Zen­trums gespeist wird. Er wird also bei sei­nen Reso­nan­zen weit von dem gewünsch­ten reel­len Wider­stand von 50 Ω lie­gen. Eini­ge hun­dert Ohm bis über 1 kΩ sind zu erwar­ten, wie die ersten Simu­la­tio­nen zei­gen. Ein Tuner wird also nötig sein, denn das Steh­wel­len­ver­hält­nis liegt jen­seits des­sen, das der ein­ge­bau­te Tuner des IC7300 anpas­sen kann.

Der Spei­se­punkt der Anten­ne liegt in etwa 5 m Höhe und das Gelän­de hat ein Gefäl­le von etwa 15°. Das führt dazu, daß der süd­li­che Arm ver­meint­lich nur etwa 3 m über dem Gelän­de ist, tat­säch­lich aber in etwa 8 m Höhe auf­ge­hängt ist. Das mach­te die Bewer­tung mit Watt­wäch­ter unbrauch­bar, weil die vor­ge­schrie­be­nen Abstän­de nicht ein­zu­hal­ten waren. Daher habe ich nun für die Simu­la­ti­on bei­de Arme der Anten­ne um die Y‑Achse gedreht und zwar um die genann­ten 15° Gefäl­le. Es wird also so gerech­net, als wäre das Gelän­de hori­zon­tal und die Anten­ne wür­de um 15° nach oben geneigt zur Erd­ober­flä­che ste­hen. Damit sind die simu­lier­ten magne­ti­schen und elek­tri­schen Feld­stär­ken der Anten­ne auch mit Watt­wäch­ter zur Anmel­dung bei der Bun­des­netz­agen­tur ver­wend­bar. Auch Watt­wäch­ter hät­te die Anten­ne dre­hen kön­nen, das ist mir aber nicht gelungen.

4nec2 Simu­la­ti­on mit tat­säch­li­chen Maßen

Hier ist die Ein­ga­be­da­tei mit den tat­säch­li­chen Abmes­sun­gen der Anten­ne für die 4nec2-Simulation:

Breit­band­si­mu­la­ti­on

Hier zunächst die Simu­la­ti­ons­er­geb­nis­se der tat­säch­lich auf­ge­bau­ten Antenne:

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

Simulationsergebnis der Langdrahtantenne, Smith Diagramm zwischen 1 und 30 MHz
Simu­la­ti­ons­er­geb­nis der Lang­draht­an­ten­ne, Smith Dia­gramm zwi­schen 1 und 30 MHz

Das Smith-Dia­gramm zeigt in schwarz den Kreis mit einem SWR=3.

Man erkennt sofort die Reso­nan­zen bei etwa 3,2 MHz, 6,1 MHz, 9,1 MHz und 15,3 MHz. Wei­te­re und weni­ger aus­ge­präg­te Reso­nan­zen gibt es bei 18,2 MHz, 21,7 MHz und 27,6 MHz. Die Reso­nan­zen lie­gen also unter­halb der Ama­teur­funk­bän­der, die Anten­ne ist zu lang und muß gekürzt wer­den. Das soll aber im Moment mal egal sein, die span­nen­de Fra­ge ist ja, was denn die Mes­sung mit dem „Ohmmeter für Hoch­fre­quenz“ ergibt. Hier die Meß­er­geb­nis­se der real auf­ge­bau­ten Anten­ne mit dem DG8SAQ VNWA:

Reale Impedanzmessung des Mehrband-Dipols von 1 bis 30 MHz
Rea­le Impe­danz­mes­sung des Mehr­band-Dipols von 1 bis 30 MHz

Die gemes­se­nen Reso­nan­zen lie­gen bei 2,8 MHz, 6,1 MHz, 9,2 MHz, 15,2 MHz, 18,5 MHz, 23,5 MHz und 27,9 MHz. Sie lie­gen also tat­säch­lich nicht weit neben den simu­lier­ten Werten.

Jetzt gilt es, die Anten­ne auf die Ama­teur­funk­bän­der zu trim­men. Durch Kür­zen des unte­ren gefal­te­ten Teils um 5,50 m, näm­lich von 14 m auf 8,50 m, ergibt die Simu­la­ti­on nun fol­gen­des Ergebnis:

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

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

Simulationsergebnis der gekürzten Langdrahtantenne, Smith Diagramm zwischen 1 und 30 MHz
Simu­la­ti­ons­er­geb­nis der gekürz­ten Lang­draht­an­ten­ne, Smith Dia­gramm zwi­schen 1 und 30 MHz

Jetzt lie­gen die Reso­nan­zen bei 3,7 MHz, 7,1 MHz, 10,3 MHz, 13,8 MHz, 17,3 MHz, 21,0 MHz und 27,8 MHz. Die Steh­wel­len­ver­hält­nis­se sind dort jeweils unter 20, was ein Tuner dann eben anpas­sen kön­nen muß.

Damit ist das wei­te­re Vor­ge­hen klar, die Anten­ne muß gekürzt wer­den. Das erfor­dert aber bes­se­res Wet­ter und wird dann erst zu gege­be­ner Zeit stattfinden.

Die elek­tri­schen und magne­ti­schen Fel­der der hier simu­lier­ten Anten­ne wur­den mit Watt­wäch­ter aus­ge­wer­tet und bei der Bun­des­netz­agen­tur ange­mel­det. Das funk­tio­niert im Prin­zip ganz gut, aber es gibt eini­ge Stol­per­stei­ne und uner­klär­li­che kryp­ti­sche Feh­ler­mel­dun­gen. Das soll dann bei Gele­gen­heit in einem eige­nen Arti­kel beschrie­ben wer­den. Auch die Mes­sun­gen an der gekürz­ten Anten­ne wer­de ich nach­lie­fern, sobald sie durch­ge­führt sind.

Hier ist der erste Teil.

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