DARC-Online-Lehrgang Technik Klasse A Kapitel 9: Antennentechnik

    DARC-Online-Lehrgang Technik Klasse A Kapitel 9: Antennentechnik

      Kapitel 9: Antennentechnik

      Im Amateurfunklehrgang für die Klasse E wurde das Kapitel Antennentechnik als Kapitel 11 bereits sehr ausführlich behandelt. Folgende Themenbereiche wurden abgedeckt: Antennenlänge, Fußpunktwiderstand, Richtdiagramm (Öffnungswinkel) und Bauformen von Antennen. In dieser Lektion geht es zusätzlich um Strom- und Spannungsverteilung auf Antennen, um Gewinn und Strahlungsleistung und um Anpassung.

      Inhaltsübersicht


      Die Antenne hat die Aufgabe, elektrische Signale in Form eines elektromagnetischen Feldes abzustrahlen (siehe Kapitel 8) beziehungsweise umgekehrt ein elektromagnetisches Feld aufzufangen und in elektrische Signale umzuformen, die über ein HF-Kabel dem Empfänger zugeführt werden.

      Empfangs- und Sendeantennen unterscheiden sich grundsätzlich nicht. Eine gute Sendeantenne ist immer auch eine gute Empfangsantenne. Während man allerdings mit einer sehr mäßigen Antenne (eventuell Zimmerantenne) noch ganz gut empfangen kann, ist der Betrieb eines Senders mit dieser Antenne kaum möglich. Wir besprechen hier im Amateurfunklehrgang nur Sendeantennen. Das sind solche Antennen, die auf irgend eine Art und Weise mit der Sendefrequenz in Resonanz sind.

      Strom- und Spannungsverteilung auf einer Antenne

      Sie wissen aus dem Lehrgang Klasse E, dass man sich eine Antenne als auseinander gezogenen Schwingkreis vorstellen kann. Der Draht besteht gewissermaßen aus der Reihenschaltung vieler kleiner Induktivitäten. Von einer Dipolhälfte zur anderen bestehen zusätzlich Kapazitäten.

      Nehmen wir der Einfachheit halber an, der Dipol besteht aus fünf Induktivitäten und den dazwischen liegenden drei Kapazitäten (Bild 9-1). Durch die angelegte Wechselspannung haben alle Kondensatoren im gleichen Augenblick eine bestimmte Ladung (hier zum Beispiel positiv). Dann entlädt sich der Kondensator C1 über L3 und verursacht in der Antenne einen Strom I1.

      Zeichnung: Eckart Moltrecht
      Bild 9-1: Strom- und Spannungsverteilung auf einem Halbwellendipol

      C2 entlädt sich über L2, L3 und L4 und erzeugt einen Strom I2. Schließlich entlädt sich C3 über L1 bis L5 und liefert den Strom I3. In der Mitte des Strahlers fließt die Summe aller drei Ströme. Nach außen wird der Strom immer kleiner. Man sagt: In der Mitte liegt der Strombauch, an den Enden der Stromknoten. Beim Stromknoten ist der Strom zu jedem Zeitpunkt gleich null.

      Anders verhält es sich mit der Spannung. Durch die Aufladung der Kondensatoren war die Spannung auf der linken Seite positiv, auf der rechten Seite negativ. Zur Mitte hin wird die Spannung immer kleiner und wird genau in der Mitte gleich null. Dort, wo der Strombauch liegt, befindet sich der Spannungsknoten und umgekehrt.

      In der nächsten Halbwelle sind die Verhältnisse umgekehrt. Da die Kondensatoren mit umgekehrter Polarität geladen sind, fließen die Ströme in umgekehrter Richtung. Diese Richtung wurde in den Diagrammen Bilder 9-2 und 9-3 durch i’ und u’ angedeutet. Man verwendet hier kleine Buchstaben für Strom und Spannung, um anzudeuten, dass es sich um zeitlich veränderliche Größen handelt, nämlich um hochfrequente Wechselgrößen.

      Merke: An den Enden einer Dipolantenne sind immer Stromknoten, denn am Ende kann kein Strom mehr fließen. Dort wo ein Strombauch ist, muss ein Spannungsknoten sein und umgekehrt.

      Anstatt alle Linien bei einer Wechselspannung von plus bis minus zu zeichnen, zeichnet man meistens nur den äußeren Rand solch eines Diagramms.

      Zeichnung: Eckart Moltrecht
      Bild 9-2: Strom- und Spannungsverteilung auf einem Halbwellendipol, anders gezeichnet

      Auf diesem Draht einer halben Wellenlänge können also außen Spannungsbäuche sein. Wenn die Antenne doppelt so lang ist, endet die Kurve wieder bei einem Maximum. Nur dann ist die Antenne in Resonanz. Die Länge einer solchen „resonanten“ Antenne ist

      \[ l = n \cdot \dfrac{\lambda}{2}, \quad n = 1, 2, 3, \dots \]

      Eine Dipolantenne muss ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge haben.

      Prüfungsfrage
      TH101  Welche elektrische Länge muss eine Dipolantenne haben, damit sie in Resonanz ist?
      Die elektrische Länge muss ein ganzzahliges Vielfaches von λ/4 betragen (n⋅λ/4, n=1,2,3...).
      Die elektrische Länge muss ein ganzzahliges Vielfaches von λ/2 betragen (n⋅λ/2, n=1,2,3...).
      Die elektrische Länge muss 5/8⋅λ, λ/4 oder deren ganzzahlige Vielfache betragen.
      Die elektrische Länge muss ein ganzzahliges Vielfaches von λ betragen (n⋅λ, n=1,2,3...).

      Lösungsweg (hier klicken zum Anzeigen):

      Tipp: Suchen Sie nach λ/2!

      Prüfungsfrage
      TH215  Bei einer Drahtantenne bewirkt eine Erhöhung der Drahtlänge
      eine Erhöhung der Resonanzfrequenz.
      die Erhöhung der Güte.
      eine Vergrößerung der Belastbarkeit.
      eine Verringerung der Resonanzfrequenz.
      Beispiel
      Gezeichnet werden soll die Strom- und die Spannungsverteilung einer 40 m langen Antenne für das 20-m-Band.

      Lösung:
      l = 2.λ, also 2 Wellenlängen. Es müssen zwei volle Wellenlängen gezeichnet werden. An den Enden müssen Stromknoten sein. Man zeichnet zuerst den Stromverlauf und dann versetzt den Spannungsverlauf.

      Zeichnung: Eckart Moltrecht
      Bild 9-3: Strom- und Spannungsverteilung auf einer 2-λ-Antenne

      Die Amateurfunkbänder wurden seinerzeit so gewählt, dass jeweils die Harmonischen wieder in einem Amateurfunkband liegen.


      FrequenzWellenlänge
      3,5 MHz80-m-Band
      7 MHz40-m-Band
      14 MHz20-m-Band
      21 MHz15-m-Band
      28 MHz10-m-Band

      Beispiele
      14 MHz ist die zweite Harmonische von 7 MHz, 21 MHz ist die dritte Harmonische von 7 MHz.


      Aufgabe
      a) Zeichnen Sie die Stromverteilung für das 80-m-Band für eine 40 m lange Dipolantenne.
      b) Zeichen Sie in das gleiche Diagramm die Stromverteilung für die Bänder 40 m, 20 m und 10 m.


      Lösungshinweise: a) Für das 80-m-Band ist die Länge 40 m gerade Lambdahalbe. An den Enden fließt kein Strom. b) Das 40-m-Band hat die halbe Wellenlänge des 80-m-Bandes. Also gehen doppelt so viele Schwingungen hinein. Gleiches gilt danach für das 20-m-Band und dann für das 10-m-Band. Sie finden die Lösung im Prüfungsfragenkatalog in den folgenden Prüfungsfragen.

      Prüfungsfrage
      TH108  Das folgende Bild zeigt die Stromverteilungen A bis D auf einem Dipol, der auf verschiedenen Resonanzfrequenzen erregt werden kann.
       

      Für welche Erregerfrequenz gilt die Stromkurve nach A?

      Sie gilt für eine Erregung auf 28 MHz.
      Sie gilt für eine Erregung auf 14 MHz.
      Sie gilt für eine Erregung auf 7 MHz.
      Sie gilt für eine Erregung auf 3,5 MHz.
      Prüfungsfrage
      TH111  Das folgende Bild zeigt die Stromverteilungen A bis D auf einem Dipol, der auf verschiedenen Resonanzfrequenzen erregt werden kann.
       

      Für welche Erregerfrequenz gilt die Stromkurve nach D?

      Sie gilt für eine Erregung auf 7 MHz.
      Sie gilt für eine Erregung auf 28 MHz.
      Sie gilt für eine Erregung auf 3,5 MHz.
      Sie gilt für eine Erregung auf 14 MHz.

      Impedanzen der Antenne

      Das Verhältnis aus Spannung zu Strom an einer bestimmten Stelle der Antenne ist der Wechselstromwiderstand, den man mit Impedanz Z bezeichnet.

      \[ Z = \frac{U}{I} \]

      Bei einem Halbwellenstrahler besteht an den Enden ein Spannungsmaximum und ein Stromminimum. Der Strom wird wegen des so genannten "Endeffektes" (Abstrahlung von Energie) am Ende nicht ganz null. Teilt man nach obiger Formel eine hohe Spannung durch einen kleinen Strom, erhält man eine hohe Impedanz an den Strahlerenden. Beispielsweise ergäbe eine Spannung von 100 V geteilt durch einen Strom von 10 mA, einen Widerstand von 10 kΩ. Weil die Impedanz nur bei einer Frequenz sehr hoch ist, verhält sich ein solcher resonanter Dipol also dort wie ein Parallelschwingkreis. Man sagt auch, die Antenne ist in diesem Punkt spannungsgespeist.

      In der Mitte des Halbwellenstrahlers sind die Verhältnisse umgekehrt. Die Spannung hat ein Minimum und der Strom ein Maximum. Die Impedanz wird klein. Beispielsweise ergäbe eine Spannung von 10 V geteilt durch einen Strom von 200 mA einen Widerstand von 50 Ω. In der Mitte verhält sich also der Lambdahalbe-Dipol wie ein Serienschwingkreis. Man sagt auch, die Antenne ist in diesem Punkt stromgespeist.

      Die Impedanz in der Mitte eines Halbwellendipols heißt auch Strahlungswiderstand RS. In ihm denkt man sich die abgestrahlte Leistung umgesetzt. Im weiteren Verlauf wird die Impedanz zwischen den Antennenklemmen auch Fußpunktimpedanz oder Speisewiderstand genannt.

      Prüfungsfrage
      TH102  Welche Aussage zur Strom- und Spannungsverteilung auf einem Halbwellendipol ist richtig?
      An den Enden eines resonanten Dipols entsteht immer ein Spannungsknoten und ein Strombauch.
      An den Enden eines resonanten Dipols entsteht immer ein Stromknoten und ein Spannungsbauch.
      Am Einspeisepunkt eines resonanten Dipols entsteht immer ein Spannungsknoten und ein Strombauch.
      Am Einspeisepunkt eines resonanten Dipols entsteht immer ein Spannungsbauch und ein Stromknoten.
      Prüfungsfrage
      TH104  Ein Dipol wird spannungsgespeist, wenn an seinem Einspeisepunkt
      ein Spannungsbauch und ein Stromknoten liegt. Er ist daher hochohmig.
      ein Spannungsknoten und ein Strombauch liegt. Er ist daher niederohmig.
      ein Spannungs- und ein Strombauch liegt. Er ist daher niederohmig.
      ein Spannungs- und ein Stromknoten liegt. Er ist daher hochohmig.
      Prüfungsfrage
      TH105  Ein mittengespeister λ/2-Dipol ist bei seiner Grundfrequenz und deren ungeradzahligen Vielfachen
      stromgespeist, in Serienresonanz und am Eingang niederohmig.
      spannungsgespeist, in Parallelresonanz und am Eingang hochohmig.
      strom- und spannungsgespeist und weist einen rein kapazitiven Eingangswiderstand auf.
      strom- und spannungsgespeist und weist einen rein induktiven Eingangswiderstand auf.
      Prüfungsfrage
      TH107  Der Eingangswiderstand eines mittengespeisten λ/2-Dipols ist bei dessen Resonanzfrequenzen im Wesentlichen
      ein kapazitiver oder induktiver Blindwiderstand.
      ein kapazitiver Blindwiderstand.
      ein induktiver Blindwiderstand.
      ein reeller Widerstand.
      Prüfungsfrage
      TH201  Der Strahlungswiderstand einer Antenne
      entspricht dem für einen bestimmten Antennenpunkt berechneten Ersatzwiderstand, der die von der Antenne abgestrahlte Leistung verbrauchen würde.
      ist die an einem bestimmten Antennenpunkt auftretende Antennenimpedanz, die auch immer die nicht zur Strahlung beitragenden Verlustwiderstände der Antenne beinhaltet.
      ist ein Blindwiderstand, der zur Anpassung der Antenne verwendet wird.
      ergibt sich aus der abgestrahlten Leistung dividiert durch das Quadrat der HF-Spannung am Antenneneingang und kann für beliebige Punkte der Antenne angegeben werden.

      Nun soll gezeigt werden, dass bei ungeradzahligen Vielfachen der Grundfrequenz auch wieder Serienresonanz erfolgt und man in der Mitte deshalb niederohmig (mit Koaxkabel) einspeisen kann.

      Beispiel
      Zeichnen Sie den Stromverlauf für das 40-m-Band (7 MHz) und für das 15-m-Band (21 MHz) für eine 20 m lange Antenne.

      Lösungshinweise: Für das 40-m-Band passt genau eine halbe Wellenlänge hinein. An den Enden sind Stromknoten (Bild 9-4). 21 MHz ist die dreifache Frequenz, also ein Drittel der Wellenlänge. Es passen drei halb Wellenlängen hinein. Auch hier gilt: Stromknoten am Ende.

      Zeichnung: Eckart Moltrecht
      Bild 9-4: Stromverteilung auf einem 20-m-Dipol

      Aus diesem Stromverlauf erkennt man, dass in der Mitte die beiden Stromkurven ihr Maximum haben. Dort ist also die Antenne sowohl bei 7 MHz als auch bei 21 MHz niederohmig (Serienresonanz).

      Die Impedanzen sind nur im Resonanzfall ohmisch. Außerhalb der Resonanz kommt ein veränderlicher kapazitiver oder induktiver Blindwiderstand hinzu (zu kurzer Dipol: kapazitiv, zu langer Dipol: induktiv). Bei einem Halbwellenstrahler in Resonanz liegt RS bei etwa 30 bis 80 Ω. Dieser Wert hängt von der Dicke des Strahlers im Verhältnis zur Länge und von der Höhe der Antenne über dem Erdboden ab.

      Prüfungsfrage
      TH205  Welche Impedanz hat ein λ/2-Dipol unterhalb und oberhalb seiner Grundfrequenz?
      Unterhalb der Grundfrequenz ist die Impedanz niedriger, oberhalb höher.
      Unterhalb der Grundfrequenz ist die Impedanz induktiv, oberhalb kapazitiv.
      Unterhalb der Grundfrequenz ist die Impedanz kapazitiv, oberhalb induktiv.
      Unterhalb der Grundfrequenz ist die Impedanz höher, oberhalb niedriger.

      Zeichnung: Eckart Moltrecht
      Bild 9-5: Strahlungswiderstand in Abhängigkeit von der Höhe für einen Halbwellendipol, gestrichelt für eine Inverted-V-Antenne

      Beispiel
      Bitte lesen Sie aus dem Diagramm Bild 9-5 ab:
      a) Welchen höchsten Wert hat RS für einen Halbwellendipol (obere Kurve) und auf welchen Wert nähert sich dieser bei großen Höhen an?
      b) Wie groß ist RS eines Halbwellendipols für das 80-m-Band bei 12 m Höhe?

      Lösung: Nach rechts ist die Höhe der Antenne über Grund aufgetragen. a) Ein Lambdahalbe-Dipol hat bei großer Höhe eine Impedanz von 70 Ohm. Der höchste Wert bei einem drittel Lambda ist 87 Ohm. b) 12 m zu 80 m sind 0,15. Bei 0,15 Lambda lese ich 50 Ohm ab.

      Prüfungsfrage
      TH113  Die Impedanz eines Halbwellendipols bei mindestens einer Wellenlänge über dem Boden beträgt ungefähr
      50 Ω.
      75 Ω.
      30 Ω.
      600 Ω.

      Siehe Diagramm Bild 9-5!

      Prüfungsfrage
      TH204  Welchen Eingangs- bzw. Fußpunktwiderstand hat ein λ/2-Dipol bei seiner Grundfrequenz und hinreichender Höhe über dem Boden?
      ca. 30 Ω
      ca. 60 bis 75 Ω
      ca. 120 Ω
      ca. 240 bis 300 Ω

      Siehe Diagramm Bild 9-5!


      Das Richtdiagramm

      Nur eine Kugel würde die HF-Energie gleichmäßig rundum in den Raum abstrahlen. Eine lang gestreckte Antenne hat eine bestimmte Richtcharakteristik. Wird beispielsweise ein waagerecht aufgehängter Halbwellendipol von oben betrachtet, so ergibt das Horizontaldiagramm die Form einer Acht.

      Diese Charakteristik entsteht, wenn man in den verschiedenen Richtungen die Feldstärke misst, diesen Betrag als Pfeil einzeichnet und die Spitzen aller Pfeile miteinander verbindet. Im Lehrgang zur Klasse E haben Sie in der Lektion 5 ein solches Diagramm gezeichnet.

      Die größte Feldstärke ergibt sich senkrecht zur Aufhängerichtung des Halbwellenstrahlers also in Richtung 0° und 180°. Eine sehr geringe Feldstärke ergibt sich in Aufhängerichtung, wenn sich der Dipol sehr hoch über Grund befindet (A).

      Zeichnung: Eckart Moltrecht
      Bild 9-6: Horizontaldiagramm (Feldstärke in %) eines waagerecht aufgehängten Halbwellenstrahlers
      A: Höhe 5 λ, B: Höhe λ/4

      Bei einem niedrig aufgehängten Dipol ist die Achtercharakteristik nicht mehr so stark ausgeprägt (gestrichelte Linie B). Dies ist in der Praxis bei den Funkamateuren meistens der Fall bei nur 10 m hoch aufgehängten Dipolen für das 80- oder das 40-m-Band.

      Prüfungsfrage
      TH112  Das folgende Strahlungsdiagramm ist typisch für
       
      eine Richtstrahlantenne mit zwei Elementen.
      einen Halbwellendipol.
      eine Ganzwellenantenne.
      eine Drei-Halbwellenlängen-Antenne.
      Prüfungsfrage
      TH222  Welches Strahlungsdiagramm ist der richtigen Antennenbezeichnung zugeordnet?
      Dipol
      Groundplane
      Yagi
      Sperrtopf

      Der Winkel, der sich im Richtdiagramm ergibt, wenn die Feldstärke auf 70% (0,7) des Maximalwertes abgesunken ist, nennt man Öffnungswinkel. Der Öffnungswinkel beträgt beim hoch aufgehängten Halbwellendipol etwa 80° (± 40°).


      Beispiel
      Wie groß ist der Öffnungswinkel des niedrig aufgehängten Dipols in Bild 9-6?

      Lösung: Der Öffnungswinkel wird dadurch ermittelt, dass man bei 70% vom Maximalwert (0,7 .90 = 63), also bei 63 einen Kreisbogen einzeichnet. Er schneidet das Richtdiagramm bei 305° und bei 55° (Zeichnen Sie den Kreisbogen ein!). Der überstrichene Winkel beträgt 110°.

      Bei 70 Prozent der Spannung (entspricht der elektrischen Feldstärke E) ergeben sich auch 70 Prozent des Stromes und 0,7 mal 0,7 sind 0,5, also haben wir hier 50 Prozent der Leistung. Man nennt diesen Öffnungswinkel auch Halbwertsbreite.

      Prüfungsfrage
      TH211  Die Halbwertsbreite einer Antenne ist der Winkelbereich, innerhalb dem
      die Feldstärke auf nicht weniger als die Hälfte der maximalen Feldstärke absinkt.
      die Feldstärke auf nicht weniger als den 0,707-fachen Wert der maximalen Feldstärke absinkt.
      die Strahlungsdichte auf nicht weniger als den 1/√2-fachen Wert der maximalen Strahlungs­dichte absinkt.
      die abgestrahlte Leistung auf nicht weniger als den 1/√2-fachen Wert des Leistungsmaximums absinkt.
      Prüfungsfrage
      TH212  In dem folgenden Richtdiagramm sind auf der Skala der relativen Feldstärke E / Emax die Punkte A bis D markiert. Durch welchen der Punkte A bis D ziehen sie mit einem Zirkel den Kreisbogen, um die Halbwertsbreite der Antenne an den Schnittpunkten des Kreises mit der Keule ablesen zu können?
       
      Durch den Punkt A.
      Durch den Punkt B.
      Durch den Punkt D.
      Durch den Punkt C.
      Prüfungsfrage
      TH213  Die folgende Skizze zeigt das Horizontaldiagramm der relativen Feldstärke einer horizontalen Yagiantenne. Wie groß ist im vorliegenden Fall die Halbwertsbreite (Öffnungswinkel)?
       
      Etwa 34°.
      Etwa 55°.
      Etwa 69°.
      Etwa 27°.

      Das Horizontaldiagramm einer Antenne zeigt, in welche Himmelsrichtung eine Antenne vorwiegend strahlt. Für einen Funkamateur ist es aber auch von großer Bedeutung zu wissen, wie flach die HF-Energie abgestrahlt wird. Denn je flacher die Antenne strahlt, desto größer ist die Sprungentfernung (Skip) und desto besser ist die Antenne für DX geeignet. Für kürzere Entfernungen bis 1000 km sollte die Antenne auch einen Anteil von Steilstrahlung besitzen. Diese Strahlungscharakteristik zeigt das Vertikaldiagramm.

      Zeichnung: Eckart Moltrecht
      Bild 9-7: Vertikaldiagramme
      A: Dipol im Freiraum
      B: Dipol in zwei Wellenlängen Höhe
      C: Vergleich Dipol - Yagi

      Betrachtet man einen sehr hoch aufgehängten Dipol in Längsrichtung des Drahtes, so sieht man, dass die Antenne ihre Energie rundherum abstrahlt, also nicht nur nach rechts oder links, sondern auch nach oben und nach unten mit gleicher Stärke (A).

      Wenn man diese Antenne nun in geringerer Höhe über gut leitendem Boden montiert, wird die nach unten abgestrahlte Energie vom Boden wieder reflektiert und überlagert sich dem unreflektiert abgestrahlten Teil. Dabei gibt es bei Gleichphasigkeit Verstärkungen und bei Gegenphasigkeit Auslöschungen. Das Richtdiagramm fächert sich libellenflügelähnlich auf (B).

      Bisher wurden die Richtdiagramme nur bei Montage der Antenne über ideal leitendem Grund betrachtet. Dies entspricht den Diagrammen in folgendem Bild. In der Praxis, wenn der Boden nicht mehr so gut reflektiert, werden die Anhebungen und Auslöschungen weniger stark ausgeprägt und die Diagramme nicht mehr so libellenflügelähnlich. Dadurch wird die Feldstärke in Richtung der Hauptkeulen deutlich geringer.


      Zeichnung: Eckart Moltrecht
      Bild 9-8: Vertikaldiagramme eines horizontalen Dipols bei idealer Bodenreflexion (A) und bei mittelfeuchtem Boden (B) in Abhängigkeit von der Aufbauhöhe

      Antennen lassen sich in ihrer Strahlungscharakteristik und auch bezüglich ihrer Bandbreite durch entsprechende Formgebung oder Aufhängeart beeinflussen. Dazu mehr im folgenden Abschnitt.


      Der Gewinn einer Antenne

      Zeichnung: Eckart Moltrecht
      Bild 9-9: Das Richtdiagramm einer Yagi-Antenne

      Im Diagramm sind die Strahlungsdiagramme eines isotropen Strahlers, eines Dipols und einer Richtantenne eingetragen. Wie bereits im Bild 9-6 gezeigt, strahlt eine Richtantenne keulenförmig in Richtung der Direktorelemente. Das Verhältnis der Strahlungsleistung dieser Richtantenne in Vorwärtsrichtung PV zum Dipol bezeichnet man als „Gewinn über Dipol“ GD. Es wird meistens in dBd angegeben und dann mit gD bezeichnet.

      \[ \boxed{G_D = \frac{P_V}{P_D}} \quad \text{oder} \quad \boxed{g_D = 10 \cdot \lg \frac{P_V}{P_D} \ \text{[dBd]}} \]

      Misst man allerdings Spannungen U oder Feldstärken E, muss man den Faktor 20 verwenden.

      \[ \boxed{g_{D}=20 \cdot \lg \frac{E_{V}}{E_{D}} \ \text{[dBd]}} \]

      Das Verhältnis der Strahlungsleistung der Richtantenne in Vorwärtsrichtung PV zum Kugelstrahler bezeichnet man als „Gewinn isotrop“ Gi. Es wird ebenfalls in dBi angegeben.

      \[ \boxed{G_i = \frac{P_V}{P_i}} \quad \text{oder} \quad \boxed{g_i = 10 \cdot \lg \frac{P_V}{P_i} \ \text{[dBi]}} \]

      Das Verhältnis der Strahlungsleistung der Antenne in Vorwärtsrichtung PV zur Rückwärtsrichtung bezeichnet man als „Vor-Rück-Verhältnis“ V/R. Es wird in dB angegeben.


      Beispiel
      Folgende Feldstärken wurden gemessen.
      Kugelstrahler: 100 µV/m
      Dipol: 128 µV/m
      Beam vorwärts 300 µV/m
      Beam rückwärts: 20 µV/m.
      Es sollen
      a) der Gewinn über Dipol und
      b) isotrop,
      c) das Vor-Rück-Verhältnis und
      d) auch der Gewinn des Dipols
      gegenüber dem Kugelstrahler in dB berechnet werden.

      Lösungen:

      \[ \begin{align} &a) \; g_D = 20 \cdot \lg \frac{300}{128}\ \text{dBd} = 7{,}4\ \text{dBd} \\ \\ &b) \; g_i = 20 \cdot \lg \frac{300}{100}\ \text{dBi} = 9{,}55\ \text{dBi} \\ \\ &c) \; \frac{V}{R} = 20 \cdot \lg \frac{300}{20}\ \text{dB} = 23{,}5\ \text{dB} \\ \\ &d) \; g_{D/i} = 20 \cdot \lg \frac{128}{100}\ \text{dB} = 2{,}15\ \text{dB} \end{align} \]

      Zusatzfrage
      Wie viel höher ist die Gewinnangabe „isotrop“ gegenüber der Angabe „bezogen auf Dipol“?

      Aus diesem Beispiel mit realistischen Werten sollen Sie Folgendes lernen. Der Gewinn eines Dipols gegenüber dem Kugelstrahler ist immer 2,15 dB. Die Gewinnangabe „isotrop“ ist immer um 2,15 dB höher als die Gewinnangabe „über Dipol“. Hierauf müssen Sie in den Prospektangaben achten!

      Prüfungsfrage
      TH206  Das folgende Bild zeigt das Richtdiagramm einer Dipol- und einer Yagi-Antenne. Der Antennengewinn der Yagi-Antenne über dem Dipol ist definiert als
       
      das Verhältnis von Pv zu PD.
      das Verhältnis von PD zu PR.
      das Verhältnis von Pv zu PR.
      das Verhältnis von 0,7⋅Pvzu 0,7⋅PR.
      Prüfungsfrage
      TH207  Das folgende Bild zeigt das Richtdiagramm einer Dipol- und einer Yagi-Antenne. Das Vor-/Rück-Verhältnis der Yagi-Antenne ist definiert
       
      das Verhältnis von Pv zu PR.
      das Verhältnis von PD zu PR.
      das Verhältnis von Pv zu PD.
      das Verhältnis von 0,7⋅Pv zu 0,7⋅PD.
      Prüfungsfrage
      TH208  Der Gewinn von Antennen wird häufig in dBi angegeben. Auf welche Vergleichsantenne bezieht man sich dabei? Man bezieht sich dabei auf den
      horizontalen Rundstrahler.
      Halbwellenstrahler.
      isotropen Kugelstrahler.
      vertikalen Rundstrahler.
      Prüfungsfrage
      TH209  Ein Antennenhersteller gibt den Gewinn einer Antenne mit 5 dBd an. Wie groß ist der Gewinn der Antenne in dBi?
      2,5 dBi
      5 dBi
      7,15 dBi
      2,85 dBi
      Prüfungsfrage
      TH147  Dieses Strahlungsdiagramm ist typisch für
       
      eine Richtstrahlantenne.
      einen Halbwellendipol.
      einen Viertelwellenstrahler.
      eine Marconi-Antenne.
      Prüfungsfrage
      TH148  Bei einer Yagi-Antenne mit dem folgenden Strahlungsdiagramm beträgt die ERP in Richtung A 0,6 Watt und in Richtung B 15 Watt. Welches Vor-Rück-Verhältnis hat die Antenne?
       
      25 dB
      27,9 dB
      2,8 dB
      14 dB

      ERP und EIRP

      An diesem Beispiel des Richtdiagramms einer Yagi-Antenne kann man gut die Begriffe ERP und EIRP erklären.

      ERP (Effective Radiated Power) ist die mit dem Gewinn über Dipol multiplizierte Sendeleistung.

      \[ \boxed{P_{ERP} = G_D \cdot P_S} \]
      Beispiel
      Berechnen Sie den Leistungsgewinnfaktor GD aus dem Beispiel von Seite weiter oben (Gewinn einer Antenne) und die ERP, wenn an der Antenne eine Sendeleistung von 100 W eingespeist wird.

      Im Beispiel ist nur der Spannungsgewinnfaktor errechenbar. Er beträgt

      \[ G_{Du} = \frac{300}{128} = 2{,}344 \]

      Wegen \( P = \frac{U^2}{R} \) geht U quadratisch ein. Der Gewinnfaktor für Leistung ist demnach GD 2,3442 = 5,49.

      Damit wird die ERP: PERP = GD · PS = 5,49 · 100 W = 549 W.

      Wenn aber der Gewinn in dB gegeben ist, kann man mit folgender Formel aus der Formelsammlung (Anhang) die ERP berechnen.

      \[ \boxed{P_{ERP} = P_S \cdot 10^{\frac{g_D}{10\ \text{dB}}}} \]

      Es werden die 7,4 dB aus Aufgabe TD232 als Gewinn eingesetzt.

      \[ P_{ERP} = 100\ \text{W} \cdot 10^{\frac{7{,}4\ \text{dB}}{10\ \text{dB}}} = 100\ \text{W} \cdot 5{,}49 = 549\ \text{W} \]

      Es gibt natürlich dasselbe Ergebnis wie mit Berechnung durch den Leistungsfaktor.

      EIRP (equivalent isotrop radiated power) ist die mit dem Gewinn über Kugelstrahler multiplizierte Sendeleistung.

      \[ P_{EIRP} = G_i \cdot P_S \]
      Beispiel
      Berechnen Sie den Leistungsgewinnfaktor Gi aus obigem Beispiel und daraus die EIRP, wenn an der Antenne eine Sendeleistung von 100 W eingespeist wird.

      In obigem Beispiel ist nur der Spannungsgewinnfaktor errechenbar. Er beträgt

      \[ G_{Du} = \frac{300}{100} = 3 \]

      Sie wissen schon: Der Leistungsgewinnfaktor geht quadratisch ein, also ist Gi = 9.

      \[ P_{EIRP} = G_i \cdot P_S = 9 \cdot 100\ \text{W} = 900\ \text{W}\]

      Rechnen wir wieder mit Dezibel.

      \[ \begin{align} \boxed{P_{EIRP} = P_S \cdot 10^{\frac{g_i}{10\ \text{dB}}}} \\ \\ P_{EIRP} = 100\ \text{W} \cdot 10^{\frac{9{,}55\ \text{dB}}{10\ \text{dB}}} &= 100\ \text{W} \cdot 9 = 900\ \text{W} \end{align} \]
      Prüfungsfrage
      TH149  Eine Richtantenne mit einem Gewinn von 10 dB über dem Halbwellendipol und einem Vor-Rück-Verhältnis von 20 dB wird mit 100 Watt Senderleistung direkt gespeist. Welche ERP strahlt die Antenne entgegengesetzt zur Senderichtung ab?
      10 Watt
      100 Watt
      0,1 Watt
      1 Watt

      Lösungsweg (hier klicken zum Anzeigen):

      "Im Kopf" gerechnet: 10 dB vorwärts und 20 dB rückwärts ergibt -10 dB rückwärts. Das ist ein Zehntel von 100 Watt.

      Prüfungsfrage
      TH150  Eine Richtantenne mit einem Gewinn von 15 dB über dem Halbwellendipol und einem Vor-Rück-Verhältnis von 25 dB wird mit 6 Watt Senderleistung direkt gespeist. Welche ERP strahlt die Antenne entgegengesetzt zur Senderichtung ab?
      60 Watt
      0,019 Watt
      0,19 Watt
      0,6 Watt

      Lösungsweg (hier klicken zum Anzeigen):

      "Im Kopf" gerechnet: 15 dB vorwärts und 25 dB rückwärts ergibt -10 dB rückwärts. Das ist ein Zehntel von 6 Watt.

      Prüfungsfrage
      TH226  Ein Sender mit 5 Watt Ausgangsleistung ist über eine Antennenleitung, die 2 dB Kabelverluste hat, an eine Richtantenne mit 5 dB Gewinn (auf den Dipol bezogen) angeschlossen. Welche EIRP wird von der Antenne maximal abgestrahlt?
      8,2 W
      9,98 W
      16,4 W
      41,2 W

      Lösungsweg (hier klicken zum Anzeigen):

      Ohne Rechner: 5 dB Gewinn minus 2 dB Kabelverluste, bleiben 3 dB Gewinn übrig. 3 dB sind doppelte Leistung, also haben wir 10 Watt bezogen auf den Dipol. Bezogen auf den Kugelstrahler sind es 2,15 dB mehr oder Faktor 1,64. Also: EIRP = 16,4 Watt.

      Prüfungsfrage
      TH225  Ein Sender mit 0,6 Watt Ausgangsleistung ist über eine Antennenleitung, die 1 dB Kabelverluste hat, an eine Richtantenne mit 11 dB Gewinn (auf den Dipol bezogen) angeschlossen. Welche EIRP wird von der Antenne maximal abgestrahlt?
      9,8 Watt
      5,4 Watt
      12,7 Watt
      7,8 Watt

      Lösungsweg (hier klicken zum Anzeigen):

      Es bleiben 10 dB Gewinn, also 6 Watt ERP, mal 1,64 = 9,84 Watt EIRP.

      Prüfungsfrage
      TH227  Ein Sender mit 8,5 Watt Ausgangsleistung ist über eine Antennenleitung, die 1,5 dB Kabelverluste hat, an eine Antenne mit 0 dB Gewinn (auf den Dipol bezogen) angeschlossen. Welche EIRP wird von der Antenne maximal abgestrahlt?
      6,0 Watt
      19,7 Watt
      12,0 Watt
      9,9 Watt
      Prüfungsfrage
      TH228  An einen Sender mit 100 W Ausgangsleistung ist eine Antenne mit einem Gewinn von 11 dBi angeschlossen. Die Dämpfung des Kabels beträgt 1 dB. Wie hoch ist die äquivalente Strahlungsleistung (EIRP)?
      100 Watt
      1000 Watt
      111 Watt
      1110 Watt

      Lösungsweg (hier klicken zum Anzeigen):

      Es bleiben 10 dBi Gewinn, also 10 mal 100 Watt = 1000 W EIRP.

      Prüfungsfrage
      TH229  An einen Sender mit 100 W Ausgangsleistung ist eine Dipolantenne angeschlossen. Die Dämpfung des Kabels beträgt 10 dB. Wie hoch ist die äquivalente isotrope Strahlungsleistung (EIRP)?
      10 Watt
      90 Watt
      164 Watt
      16,4 Watt

      Lösungsweg (hier klicken zum Anzeigen):

      Ein Zehntel von 100 W ergibt 10 W ERP. Mal 1,64 ergibt 16,4 W EIRP.

      Bauformen von Antennen

      Der Dipol

      Der gestreckte Dipol mit einer Länge von Lambdahalbe ist die Grundform einer Sendeantenne. Weil der Draht nicht unendlich dünn ist und die Kapazität zum Erdboden deshalb nicht zu vernachlässigen ist, verstimmt eine Dipolantenne deshalb nach niedrigeren Frequenzen. Um dies auszugleichen, macht man die Antenne je nach Bauhöhe um drei bis sieben Prozent, also im Schnitt um 5 % kürzer. Man nennt dies den Verkürzungsfaktor einer Antenne. Die mechanische Länge wird mit folgender Formel berechnet.

      \[ l = k \cdot \frac{\lambda}{2}, \quad k = 0{,}93 \dots 0{,}97 \]
      Prüfungsfrage
      TH126  Welcher Prozentsatz entspricht dem Korrekturfaktor, der üblicherweise für die Berechnung der Länge einer Drahtantenne verwendet wird?
      66 %
      75 %
      95 %
      100 %
      Prüfungsfrage
      TH214  Warum muss eine Antenne mechanisch immer etwas kürzer als der theoretisch errechnete Wert sein?
      Weil sich diese Antenne nicht im idealen freien Raum befindet und weil sie nicht unendlich dünn ist. Kapazitive Einflüsse der Umgebung und der Durchmesser des Strahlers verlängern die Antenne elektrisch. Dies wird durch eine mechanische Verkürzung ausgeglichen.
      Weil sich diese Antenne nicht im idealen freien Raum befindet und weil die Antennenele­mente nicht die Idealform des Kugelstrahlers besitzen. Kapazitive Einflüsse der Umgebung und die Abweichung von der idealen Kugelform verlängern die Antenne elektrisch. Dies wird durch eine mechanische Verkürzung ausgeglichen.
      Weil sich durch die mechanische Verkürzung die elektromagnetischen Wellen leichter von der Antenne ablösen. Dadurch steigt der Wirkungsgrad, so dass größere Reichweiten (DX-Verbindungen) möglich werden.
      Weil sich durch die mechanische Verkürzung der Verlustwiderstand eines Antennenstabes verringert. Dadurch steigt der Wirkungsgrad, so dass größere Reichweiten (DX-Verbindungen) möglich werden.

      Außer dem gestreckten Dipol gibt es davon abgewandelte Bauformen. Einige Antennenformen, die auch im UKW-Bereich verwendet werden, wurden bereits im Lehrgang zur Klasse E in der Lektion 11 besprochen. Dazu gehören die „Inverted Vee“, der Faltdipol, die quadratische Schleife, die Delta Loop und auch die Groundplaneantenne.

      Prüfungsfrage
      TH114  Ein Faltdipol hat einen Eingangswiderstand von ungefähr
      60 Ω.
      240 Ω.
      50 Ω.
      30-60 Ω.
      Prüfungsfrage
      TH115  Die Länge des Drahtes zur Herstellung eines Faltdipols entspricht
      einer Halbwellenlänge.
      einer Wellenlänge.
      zwei Wellenlängen.
      vier Wellenlängen.
      Prüfungsfrage
      TH155  Eine λ/2-Dipol-Antenne soll für 7,1 MHz aus Draht gefertigt werden. Wie lang müssen die beiden Drähte der Dipolantenne sein? Es soll hier mit einem Korrekturfaktor von 0,95 gerechnet werden.
      Je 10,56 m
      Je 10,03 m
      Je 20,07 m
      Je 21,13 m
      Prüfungsfrage
      TH156  Eine λ/2-Dipol-Antenne soll für 14,2 MHz aus Draht gefertigt werden. Es kann mit einem Korrekturfaktor von 0,95 gerechnet werden. Wie lang müssen die beiden Drähte der Dipolantenne sein?
      Je 5,28 m
      Je 10,56 m
      Je 10,03 m
      Je 5,02 m
      Prüfungsfrage
      TH157  Ein Drahtdipol hat eine Gesamtlänge von 20,00 m. Für welche Frequenz ist der Dipol in Resonanz, wenn mit einem Korrekturfaktor von 0,95 gerechnet werden kann.
      7,12 MHz
      6,77 MHz
      7,50 MHz
      7,00 MHz
      Prüfungsfrage
      TH158  Ein Drahtdipol hat eine Gesamtlänge von 21,00 m. Für welche Frequenz ist der Dipol in Resonanz, wenn mit einem Korrekturfaktor von 0,95 gerechnet werden kann.
      7,14 MHz
      6,78 MHz
      7,51 MHz
      7,00 MHz
      Prüfungsfrage
      TH202  Welchen Eingangs- bzw. Fußpunktwiderstand hat ein Faltdipol?
      ca. 120 Ω
      ca. 30 bis 60 Ω
      ca. 60 Ω
      ca. 240 bis 300 Ω

      Verlängerung und Verkürzung

      Wenn man mit der mechanischen Länge einer Antenne nicht hinkommt, kann man einen Teil des Drahtes aufwickeln, beziehungsweise eine Spule in Reihe schalten. Allerdings wirkt die Spule umso mehr als Verlängerung, je mehr sie vom Strom durchflossen wird. Am Ende hat sie keine Wirkung mehr.

      Prüfungsfrage
      TH127  Welches der folgenden Bauteile sollte mit einem 15-m-langen Antennendraht in Reihe geschaltet werden, damit die Resonanz im 3,5-MHz-Bereich erfolgen kann?
      Kondensator
      Parallelkreis mit einer Resonanzfrequenz von 3,5 MHz
      Spule
      RC-Glied

      Lösungsweg (hier klicken zum Anzeigen):

      Ist eine vorhandene Antenne für die Frequenz zu kurz, kann man sie durch Reihenschaltung einer Spule elektrisch velängern.

      Prüfungsfrage
      TH138  Welche Antenne ist hier dargestellt und wozu dient der Kondensator?
       
      λ/4-Groundplane mit Verkürzungskondensator
      λ/2-Groundplane mit λ/4-Verkürzungskondensator
      λ/4-Sperrtopfantenne mit Verlängerungskondensator
      λ/4-Kreuzdipol mit kapazitiv verkürztem λ/4-Vertikalstrahler

      Lösungshinweis (hier klicken zum Anzeigen):

      Ist eine vorhandene Antenne für die Frequenz zu lang, kann man sie durch Reihenschaltung eines Kondensators elektrisch verkürzen.

      Endgespeiste Antennen

      Wenn man beispielsweise seinen Sender in der Nähe des Befestigungspunktes des Drahtes hat, ist eine Verlegung eines Koaxkabels, das nicht zum Antennendraht parallel laufen sollte, etwas schwierig. In diesem Fall kann man die Antenne auch am Ende direkt einspeisen. Allerdings ist die Impedanz dort am Ende hochohmig. Man muss ein Anpassgerät verwenden. Diese Antenne heißt Langdrahtantenne. Diese Antenne sollte auch eine Länge von λ/2 haben. Die Sendeleistung wird mit einem HF-Transformator, den man auf der Sekundärseite mit einem abstimmbaren Drehkondensator zu einem so genannten Fuchskreis ergänzt, angepasst. Man nennt sie in diesem Fall Fuchs-Antenne.

      Zeichnung: Eckart Moltrecht
      Bild 9-10: Langdrahtantenne oder Fuchs-Antenne
      Prüfungsfrage
      TH125  Welche Antenne ist hier dargestellt?
       
      Langdrahtantenne
      Koaxialgespeiste Doppel-Windom-Antenne
      Dipolantenne
      Groundplane-Antenne

      Lösungsweg (hier klicken zum Anzeigen):

      Hinweis: In der Prüfungsfrage TH125 ist eigentlich eine Fuchsantenne dargestellt. Da diese Antwort nicht vorgesehen ist, stimmt die allgemeine Bezeichnung Langdrahtantenne.

      Prüfungsfrage
      TH131  Wie wird die folgende Antenne in der Amateurfunkliteratur bezeichnet?
       
      Sie wird Windom-Antenne genannt.
      Sie wird Fuchs-Antenne genannt.
      Sie wird G5RV-Antenne genannt.
      Sie wird Zeppelin-Antenne genannt.

      Zeichnung: Eckart Moltrecht
      Bild 9-11: Zeppelinantenne

      Eine andere Möglichkeit, die Antenne hochohmig am Ende einzuspeisen ist im Bild 9-11 dargestellt. In der nächsten Lektion lernen Sie die Lambdaviertel-Transformation kennen. Damit kann man eine hochohmige Impedanz in eine niederohmige transformieren. Diese Lambdaviertelleitung besteht einfach aus zwei parallelen Drähten, die durch Abstandshalter gehalten werden. Diese Leitung nennt man Zweidraht- oder Feederleitung, im Sprachgebrauch wird sie meist als "Hühnerleiter" bezeichnet.

      Prüfungsfrage
      TH128  Wie wird die folgende Antenne in der Amateurfunkliteratur bezeichnet?
       
      Sie wird Fuchs-Antenne genannt.
      Sie wird Windom-Antenne genannt.
      Sie wird Zeppelin-Antenne genannt.
      Sie wird Marconi-Antenne genannt.

      Schleifenantennen (Loop-Antennen)

      Zeichnung: Eckart Moltrecht
      Bild 9-12: Verschiedene Formen der quadratischen Schleife

      In obigem Bild wurden vier Formen der quadratischen Schleife (Quad Loop) gezeichnet. Die Seitenlänge des Quadrates ist jeweils λ/4. Zeichnet man durch Pfeile die Stromrichtungen ein, erkennt man, wo die Ströme parallel fließen. Durch Punkte sind diese Strommaxima gekennzeichnet.

      Prüfungsfrage
      TH140  Jeweils eine Seite einer Quad-Antenne ist in Resonanz mit
      einer Halbwelle.
      einer Viertelwelle.
      dreiviertel einer Wellenlänge.
      einer ganzen Wellenlänge.

      In den Bildern A und B ist zu erkennen, dass die Strommaxima in horizontaler Richtung parallel verlaufen. Diese Antennen haben eine horizontale Polarisation. Dreht man diese Antennen um 90° (C und D), verlaufen die Strommaxima in vertikaler Richtung parallel, während sich die horizontalen Anteile aufheben. Diese Art der Einspeisung ergibt eine vertikale Polarisation.

      Der Parallelverlauf der Ströme in einem größeren Abstand hat eine gewisse Bündelung des Strahlungsdiagramms zur Folge. In den Bildern A und B verlaufen zwei horizontale Stromanteile im λ/4-Abstand parallel und die vertikalen Anteile heben sich auf. Dadurch verringert sich der vertikale Öffnungswinkel und es entsteht ein Gewinn in der Hauptstrahlrichtung. Gleiches gilt für die Bauformen C und D, bei denen der horizontale Öffnungswinkel verkleinert wird.

      Zeichnung: Eckart Moltrecht
      Bild 9-13: Verschiedene Einspeisungen der Dreiecksschleife

      Die Dreiecksschleife (Delta Loop) lässt sich an verschiedenen Stellen einspeisen. Nach Bild A verlaufen die Strommaxima in horizontaler Richtung gleichphasig. Dadurch ist sie horizontal polarisiert und hat gegenüber dem Dipol einen Gewinn bei niedrigen Abstrahlwinkeln.

      Die Einspeisungsart nach Bild B erzeugt ebenfalls ein horizontal polarisiertes Feld. Da der längere Teil der Drahtschleife aber näher dem Erdboden ist, erfolgt die Abstrahlung steiler nach oben, was für den innerdeutschen oder innereuropäischen Funkverkehr von Vorteil sein könnte.
      Für einen flachen Abstrahlwinkel für DX-Funkverkehr sind die Einspeisungsarten nach den Bildern C, D und E von Vorteil. Es entsteht eine vertikale Polarisation mit Abstrahlwinkeln zwischen 20 und 30 Grad bei niedrigen Aufbauhöhen von etwa λ/4.

      Die Drahtschleife lässt sich auch waagerecht parallel zum Erdboden aufhängen. Hängt sie zirka λ/4 über dem Erdboden, ergibt sich eine starke Steilstrahlung und damit große Feldstärken im innerdeutschen Funkverkehr. Allerdings benötigt man drei hohe Aufhängepunkte.

      Prüfungsfrage
      TH159  Eine Delta-Loop-Antenne mit einer vollen Wellenlänge soll für 7,1 MHz aus Draht hergestellt werden. Es kann mit einem Korrekturfaktor von 0,95 gerechnet werden. Wie lang muss der Draht insgesamt sein?
      42,25 m
      20,07 m
      40,14 m
      21,13 m

      Mehrbandantennen

      Ein Dipol und auch die daraus abgeleitete Dipolschleife hat nur für eine Frequenz beziehungsweise mit entsprechender Bandbreite für ein Band eine bestimmte Impedanz.


      Zeichnung: Eckart Moltrecht
      Bild 9-14: Dipol erregt auf
      A: Grundwelle,     B: 1.Oberwelle,     C: 2.Oberwelle

      Erregt man einen λ/2-Dipol auf seiner Grundwelle (A), erhält man in der Mitte eine niedrige Impedanz, da dort großer Strom fließt und dort das Spannungsminimum ist. Erregt man den gleichen Dipol auf der doppelten Frequenz, herrscht in der Mitte hohe Spannung und kleiner Strom, also hochohmige Impedanz.

      Bei der dreifachen Frequenz (C), erhält man wieder großen Strom und geringe Spannung, also niedrige Impedanz in der Mitte. Ein 20 m langer Dipol für das 40-m-Band (7 MHz) kann also auch für das 15-m-Band (21 MHz) eingesetzt werden, was bereits im Bild 9-14 gezeigt wurde.

      Mehrbandantennen sollen auf vielen Amateurfunkbändern an der gleichen Stelle einen gleichen Strahlungswiderstand haben. Dann braucht man nicht mehrere Speisekabel und nicht zwischen den verschiedenen Antennen umzuschalten. Der Strahlungswiderstand muss dabei nicht direkt 50 Ohm betragen, nur gleich sollte er sein. Man kann an dieser Stelle zur Anpassung einen Anpassungsübertrager einsetzen.

      Multibanddipol

      Eine Möglichkeit ist es, für jedes gewünschte Band einen Halbwellenstrahler zu bemessen, diese untereinander zu hängen und mit einem gemeinsamen Kabel einzuspeisen. Dann wird immer die Antenne, die niederohmig ist, die Energie aufnehmen. Die hochohmigen Antennen stören dann nicht.

      Zeichnung: Eckart Moltrecht
      Bild 9-15: Mehrbanddipol

      Es genügen für die fünf klassischen Bänder vier Dipole, denn der Strahler für das 40-m-Band ist ja, wie gezeigt wurde, auch für das 15-m-Band resonant.

      Eine andere Art von Multibanddipol als Inverted Vee für einen Portabeleinsatz ist in folgendem Bild dargestellt.

      Zeichnung: Eckart Moltrecht
      Bild 9-16: Eine Portabelantenne an einer Angelrute

      Praxis
      Die Antenne wird in ihrer Grundlänge für das Band mit der kürzesten Wellenlänge (10-m-Band) bemessen. Für das nächste Band (15 m) werden bei Bedarf die zusätzlichen Längen angesteckt, für die weiteren Bänder entsprechend. So erhält man eine Antenne für beliebig viele Bänder. Allerdings ist diese Antenne nur für einen Portabeleinsatz brauchbar, da sie zum Umstecken heruntergeholt werden muss.

      Die G5RV-Antenne

      Wenn man die 41 m Länge einer Antenne in 31 m plus 10 m nach folgendem Bild aufteilt, erhält man einen Dipol, der im Einspeisepunkt auf den Bändern 80 m, 40 m, 20 m und 10 m einen reellen Fußpunktwiderstand von 75 Ohm ergibt.

      Zeichnung: Eckart Moltrecht
      Bild 9-17: Die G5RV-Antenne
      Prüfungsfrage
      TH129  Wie wird die folgende Antenne in der Amateurfunkliteratur bezeichnet?
       
      Sie wird G5RV-Antenne genannt.
      Sie wird Windom-Antenne genannt.
      Sie wird Fuchs-Antenne genannt.
      Sie wird Zeppelin-Antenne genannt.

      Die W3DZZ-Antenne

      Der amerikanische Funkamateur W3DZZ hat durch Einfügen von Sperrkreisen (englisch: traps) eine Mehrbandantenne konstruiert, die auf den fünf klassischen Bändern in der Mitte eine Antennenimpedanz von 40 bis 75 Ohm besitzt.

      Zeichnung: Eckart Moltrecht
      Bild 9-18: W3DZZ Multibanddipol

      Diese Antenne wird wegen ihrer relativ geringen Länge von 33 m (anstatt 41 m eines normalen Halbwellendipols) von vielen Funkamateuren gern verwendet. Die Sperrkreise haben eine Resonanzfrequenz in der Mitte des 40-m-Bandes (7,05 MHz) und wirken auf diesem Band als Isolatoren, so dass die Antenne hier als λ/2-Dipol arbeitet. Auf 80 m wirken die Sperrkreise induktiv, so dass die Spulen die Antenne elektrisch verlängern. Die Antenne arbeitet deshalb im 80-m-Band ebenfalls als λ/2-Dipol.

      Prüfungsfrage
      TH116  Ein Parallelresonanzkreis (Trap) in jeder Dipolhälfte
      erlaubt eine Anpassung für mindestens zwei Frequenzbereiche.
      erhöht die effiziente Nutzung des jeweiligen Frequenzbereichs.
      ermöglicht eine breitbandigere Anpassung.
      ermöglicht die Unterdrückung der Harmonischen.
      Prüfungsfrage
      TH132  Welche Antennenart ist hier dargestellt?
       
      Trap-Dipol
      Einband-Dipol mit Oberwellenfilter
      Feedergespeister einfacher Dipol mit Gleichwellenfilter
      Feedergespeiste Doppel-Quad
      Prüfungsfrage
      TH133  Wenn man diese Mehrband-Antenne auf 7 MHz erregt, dann wirken die LC-Resonanzkreise
       
      wie eine induktive Verlängerung des Strahlers.
      als Sperrkreise für die Erregerfrequenz.
      wie eine kapazitive Verkürzung des Strahlers.
      wie eine Vergrößerung des Strahlungswiderstands der Antenne.
      Prüfungsfrage
      TH134  Wenn man diese Mehrband-Antenne auf 3,5 MHz erregt, dann wirken die LC-Resonanzkreise
       
      wie eine induktive Verlängerung des Strahlers.
      als Sperrkreise für die Erregerfrequenz.
      wie eine kapazitive Verkürzung des Strahlers.
      wie eine Vergrößerung des Strahlungswiderstands der Antenne.

      Lösungsweg (hier klicken zum Anzeigen):

      Auf Frequenzen unterhalb von 7 MHz wirken die Sperrkreise induktiv. Eine Induktivität (Spule) in Reihenschaltung verlängert aber eine Antenne elektrisch, so dass im 80-m-Band etwa 40 m wirksam werden (λ/2-Dipol).

      Prüfungsfrage
      TH135  Wenn man diese Mehrband-Antenne auf 14 MHz erregt, dann wirken die LC-Resonanzkreise
       
      wie eine induktive Verlängerung des Strahlers.
      als Sperrkreise für die Erregerfrequenz.
      wie eine kapazitive Verkürzung des Strahlers.
      wie eine Vergrößerung des Strahlungswiderstands der Antenne.

      Lösungsweg (hier klicken zum Anzeigen):

      Auf den oberen Bändern oberhalb von 7 MHz wirken die Sperrkreise kapazitiv. Ein Kondensator in Reihenschaltung verkürzt aber eine Antenne elektrisch, so dass im 20-m-Band etwa 30 m wirksam werden (3/2 λ) und die Antenne in der Mitte wiederum niederohmig wird.

      Zeichnung: Eckart Moltrecht
      Bild 9-19: Strom- und Spannungsverteilung auf einer 3/2-λ-Antenne

      Auf dem 15-m-Band wirkt die Antenne als 5/2-λ- und auf dem 10-m-Band als 7/2-λ-Antenne. Bei allen ungeradzahligen Vielfachen von λ/2 ist eine Antenne in der Mitte niederohmig und kann mit 50-Ω-Koaxkabel gespeist werden.

      Die Windom-Antenne

      Zeichnung: Eckart Moltrecht
      Bild 9-20: Die Windom-Antenne

      Bereits im Jahr 1923 wurde in den USA eine Antenne vorgestellt, die mit einer Eindrahteinspeisung auskommt. Dabei geht die Eindrahtspeiseleitung von der Tatsache aus, dass ein einzelner Draht gegenüber einer guten Erde einen Wellenwiderstand von etwa 500 Ohm aufweist.

      Schwierig ist es, für alle Bänder den richtigen Einspeisepunkt bei ungefähr 0,18 Lambda zu finden. Die Eindrahtspeisung wird heutzutage nicht mehr angewendet, weil man es kaum vermeiden kann, dass diese Speiseleitung doch strahlt und es in unmittelbarer Nachbarschaft zu störenden Beeinflussungen kommen kann.

      Prüfungsfrage
      TH130  Wie wird die folgende Antenne in der Amateurfunkliteratur bezeichnet?
       
      Sie wird Fuchs-Antenne genannt.
      Sie wird Windom-Antenne genannt.
      Sie wird Zeppelin-Antenne genannt.
      Sie wird Marconi-Antenne genannt.
      Prüfungsfrage
      TH231  Eine Langdrahtantenne mit einer senkrechten Speiseleitung in der Nähe eines Hauses
      erzeugt keine unerwünschten Signale in horizontal verlegten Stromleitungen.
      induziert keine Störungen in horizontalen Antennen.
      kann unerwünschte Signale in TV-Koaxialkabel induzieren.
      erzeugt ein Summen im Stromversorgungsnetz.

      Die Windom-Antenne mit Übertrager

      Speist man einen 40 m langen Dipol nicht in der Mitte, sondern bei etwa einem Drittel der Länge wie bei der beschriebenen Windom-Antenne, ergibt sich für die Grundwelle (80 m) wie auch für die geradzahligen Oberwellen (40 m, 20 m, 10 m) an dieser Stelle jeweils eine Impedanz von etwa 300 Ohm. Mittels Breitbandübertrager, der die Impedanz 1 : 6 herunter transformiert, kann ein 50-Ω-Kabel angeschlossen werden.

      Zeichnung: Eckart Moltrecht
      Bild 9-21: Windom-Antenne mit Übertrager

      Bei dieser Lösung einer Mehrbandantenne ist wegen der unsymmetrischen Speisung auf manchen Bändern ein hoher Anteil von Mantelwellen auf dem Kabel vorhanden, die gelegentlich zu störenden Beeinflussungen führen, wenn das Speisekabel nahe an Kabeln für die Rundfunk- und Fernsehversorgung vorbei geführt werden muss. Sie funktioniert aber sehr gut, wenn man das Kabel frei senkrecht zum Erdboden führen kann.

      Prüfungsfrage
      TH152  Bei welcher der nachfolgend genannten Antennenkonfigurationen ist eine Abstrahlung von der Speiseleitung am wenigsten wahrscheinlich?
      Bei einem mit doppelt geschirmten Koaxialkabel mittengespeisten Dipol.
      Bei einer L-Antenne mit senkrechter Speiseleitung.
      Bei einem mit symmetrischer Speiseleitung mittengespeisten Dipol.
      Bei einer endgespeisten Langdrahtantenne mit direkt angeschlossener Speiseleitung.
      Prüfungsfrage
      TH151  Um die Möglichkeit unerwünschter Abstrahlungen mit Hilfe eines angepassten Antennensystems zu verringern, empfiehlt es sich
      mit einem hohen Stehwellenverhältnis zu arbeiten.
      die Gleichstrom-Speisespannung zu überwachen.
      einen Antennentuner oder ein Filter zu verwenden.
      eine Mehrbandantenne zu verwenden.

      Kurzwellenrichtantennen

      Wenn man die Senderenergie, die bei den meisten Antennen ungleichmäßig verteilt in viele Richtungen gleichzeitig abgestrahlt wird, in die gewünschte Richtung bündelt, erzielt man genau wie beim Licht eines Scheinwerfers eine größere Feldstärke in dieser Richtung. Man nennt dies Antennengewinn. Der Gewinn ist um so größer, je stärker die Bündelung erfolgt, das heißt je kleiner der Öffnungswinkel ist. Allerdings müssen diese Antennen dann in die gewünschte Richtung gedreht werden. Diese Antennen heißen Drehrichtstrahler oder Beam (gesprochen: biem).

      Die Yagi-Antenne

      Zeichnung: Eckart Moltrecht
      Bild 9-22: a) 2-Element-, b) 3-Element-Yagi-Antenne

      Bringt man in das elektrische Feld eines Halbwellenstrahlers in einem Abstand von etwa λ/10 einen um etwa 5 % kürzeren Stab, so stellt man eine deutliche Zunahme (ca. 60 %) der Feldstärke in dieser Richtung fest. In der Gegenrichtung wird das Feld geschwächt. Außerdem strahlt diese Antenne weniger Energie nach oben und unten ab. Das heißt, eine solche Anordnung mit einem so genannten parasitären Zusatzelement (Direktor) bündelt die HF-Energie (Bild a).

      Ähnliches Verhalten zeigt ein um 5 % längerer Stab, der in etwa λ/5 Entfernung vom Strahler in das Feld gebracht wird. Allerdings bündelt er die HF-Energie in entgegen gesetzte Richtung. Er reflektiert das elektrische Feld. Man nennt ihn deshalb Reflektor. Er wird in Empfangsrichtung hinter den Strahler gesetzt. Er bewirkt eine um zirka 60 % höhere Feldstärke.

      Der Grund für die Verstärkung ist folgender. Die parasitären Elemente geraten in Resonanz, und wegen der etwas größeren oder kleineren Länge strahlen sie die Energie phasenverschoben wieder ab. Durch Überlagerung der Wellen des Strahlers mit denen des Reflektors und auch des Direktors gibt es in Rückwärtsrichtung Auslöschungen und in Vorwärtsrichtung Anhebungen. Die Energie wird gebündelt. Die Antenne bekommt Richtwirkung.

      Eine Anordnung von Elementen mit einem Halbwellenstrahler und einem Direktor oder mit einem Reflektor nennt man Zwei-Element-Beam (Bild 9-21a). Kombiniert man einen Halbwellenstrahler mit zwei parasitären Elementen, erhält man einen Drei-Element-Beam, bei dem sich die Feldstärke in der Hauptstrahlrichtung gegenüber dem einfachen Halbwellendipol etwa vervierfacht (+6 dB).
      Die Abstände des Reflektors und des Direktors zum Strahler haben Auswirkungen auf die Impedanz. Es ist wie bei einer Parallelschaltung. Die Impedanz wird niedriger. Deshalb nimmt man gelegentlich einen Faltdipol als Strahler. Zusammen mit Direktor und Reflektor erniedrigt sich die Impedanz von 240 Ohm auf 50 Ohm.

      Zeichnung: Eckart Moltrecht
      Bild 9-23: A: 3-Element-Beam mit Sperrkreisen
      B: Full-Size-4-Element-Beam

      Wegen der Größenverhältnisse ist für einen Drehrichtstrahler die Kombination der oberen Bänder 20 m, 15 m und 10 m noch realisierbar. Immerhin ist das längste Element bei 20 m zirka 10 m lang.

      Es lassen sich auch mehrere Elemente voller Länge für viele Bänder auf einem Boom unterbringen und diese mit einem Kabel speisen. Solch eine Antenne heißt dann „Mehrband-Full-Size-Beam“.

      Zeichnung: Eckart Moltrecht
      Bild 9-24: Mehrband-Full-Size-Beam
      Prüfungsfrage
      TH141  Das folgende Bild enthält eine einfache Richtantenne. Die Bezeichnungen der Elemente in numerischer Reihenfolge lauten
       
      1 Direktor, 2 Strahler und 3 Reflektor.
      1 Strahler, 2 Direktor und 3 Reflektor.
      1 Reflektor, 2 Strahler und 3 Direktor.
      1 Direktor, 2 Reflektor und 3 Strahler.
      Prüfungsfrage
      TH142  An welchem Element einer Yagi-Antenne erfolgt die Energieeinspeisung? Sie erfolgt
      am Dipol.
      am Direktor.
      am Reflektor.
      an Dipol und Reflektor.
      Prüfungsfrage
      TH143  Der Anbau von Reflektoren und einem Direktor an einen Faltdipol
      verringert die Impedanz.
      erhöht die Impedanz.
      hat keinen Einfluss auf die Impedanz.
      verhindert Rückwärtsstrahlung.

      Lösungsweg (hier klicken zum Anzeigen):

      Es wird Energie abgenommen. Es fließt mehr HF-Strom. Die Impedanz wird geringer.

      Prüfungsfrage
      TH144  Durch den Einbau zusätzlicher Direktoren in eine Richtstrahlantenne wird deren
      Keulenbreite verringert.
      Keulenbreite erhöht.
      Strahlungswiderstand erhöht.
      Vor-Rück-Verhältnis verringert.

      Lösungsweg (hier klicken zum Anzeigen):

      Je mehr Elemente, desto schmaler wird die Keule. Der Strahlungswiderstand hat nichts damit zu tun. Das Vor-Rück-Verhältnis wird besser.

      Prüfungsfrage
      TH145  Die Impedanz des Strahlers eines Multibandbeams richtet sich auch nach
      den Abständen zwischen den Direktoren und Reflektoren.
      dem Strahlungswiderstand des Reflektors.
      dem Widerstand des Zuführungskabels.
      den Ausbreitungsbedingungen.

      Lösungsweg (hier klicken zum Anzeigen):

      Je näher diese an den Strahler kommen, desto stärker wird die Kopplung. Es fließt mehr Strom und die Impedanz sinkt.

      Prüfungsfrage
      TH146  Wie wirken parasitäre Elemente von Antennen?
      Sie geraten in Resonanz und strahlen einen Teil der aufgenommenen Leistung phasenverschoben wieder ab. Dies bewirkt die gleichmäßige Verteilung der Energie in alle Richtungen.
      Sie sind in Wellenwiderstand und Länge so bemessen, dass sie als Phasenleitungen wirken. Dadurch kann bei der Zusammenschaltung von Antennen rechts- oder linksdrehende zirkulare Polarisation erzeugt werden.
      Sie geraten in Resonanz und strahlen einen Teil der aufgenommenen Leistung phasenverschoben wieder ab. Die dabei zusammenwirkenden Komponenten ermöglichen, dass die Abstrahlung in einer Richtung gebündelt wird.
      Sie sind in Wellenwiderstand und Länge so bemessen, dass sie als Impedanztransformatoren wirken. Damit wird eine Zusammenschaltung mehrerer Antennen ermöglicht.

      Der Mehrband-Beam

      Auch diese Richtantenne lässt sich durch Einbau entsprechender Sperrkreise zu einer Mehrbandantenne erweitern.


      Zeichnung: Eckart Moltrecht
      Bild 9-25: Mehrbandstrahler

      Auf jeder Seite aller Antennenstäbe baut man zwei Sperrkreise ein, einen für 10 m und einen für 15 m. Für das 10-m-Band hat man weiterhin λ/2. Bis zum Sperrkreis von 21 MHz wirkt die Spule des 28-MHz-Sperrkreises wie eine Verlängerung. Die volle Länge gibt Resonanz auf 14 MHz. Damit erreicht man drei Bänder mit nur einem Antennenstab. Der Nachteil dieses Trap-Beams ist der etwas geringere Wirkungsgrad und die verringerte „Lebensdauer“ durch die Alterung von Spulen und Kondensatoren.

      Prüfungsfrage
      TH136  Das folgende Bild stellt einen Dreiband-Dipol für die Frequenzbänder 20, 15 und 10 Meter dar.
       

      Die mit B gekennzeichneten Schwingkreise sind auf

      10,1 MHz abgestimmt.
      29,0 MHz abgestimmt.
      14,2 MHz abgestimmt.
      21,2 MHz abgestimmt.
      Prüfungsfrage
      TH137  Das folgende Bild stellt einen Dreiband-Dipol für die Frequenzbänder 20, 15 und 10 Meter dar.
       

      Die mit A gekennzeichneten Schwingkreise sind auf

      14,2 MHz abgestimmt.
      10,1 MHz abgestimmt.
      21,2 MHz abgestimmt.
      29,0 MHz abgestimmt.
      Prüfungsfrage
      TH223  Welches Strahlungsdiagramm ist der richtigen Antennenbezeichnung zugeordnet?
      Groundplane
      Yagi
      Dipol
      Sperrtopf

      Die Cubical Quad

      Eine wegen ihres angeblich flachen Abstrahlwinkels bei bereits geringer Aufbauhöhe gern verwendete DX-Antenne ist die Kubische Quad (gesprochen: kwott). Man benötigt aber eine Menge Platz für diese räumliche Anordnung.

      Zeichnung: Eckart Moltrecht
      Bild 9-26: Kubische Quad (cubical quad)

      Im Prinzip ist die Cubical Quad eine quadratische Schleife (Loop) aus vier λ/4-Stücken (a) und einem Schleifenreflektor aus vier um 5 % längeren Stücken (b) oder aus einem Direktor-Rahmen aus vier um 5 % kürzeren Stücken. Die Antenne kann horizontal (A) oder auf der Spitze stehen (diamond shape, B) aufgebaut werden. Der Abstand der beiden Rahmen ist entweder 0,1 λ (Strahler - Direktor) oder 0,2 λ (Strahler - Reflektor). Insgesamt ergibt sich ein Gebilde wie ein Quader, daher der Name.

      Diese Antenne kann relativ leicht zu einer Mehrbandantenne erweitert werden, indem man weitere Drähte im Innern des größten Strahlers montiert. Bei der so genannten Boom-Quad stimmen dann die Abstände nur für ein Band optimal. Die so genannte Spinnen-Quad (spider quad) vermeidet diesen Nachteil. Allerdings ist die Konstruktion sehr aufwendig. Man verwendet meist Stangen aus Glasfiberrohr.

      Zeichnung: Eckart Moltrecht
      Bild 9-27: Dreiband-Quad,
      A: Boom-Quad, B: Spinnen-Quad

      Die Magnetantenne

      Durch einen sehr hohen Strom in einem Leiter lässt sich die magnetische Komponente des elektromagnetischen Feldes nutzen. Dazu wird eine Spule mit einer oder zwei Windungen mit etwa λ/4π Umfang mit einem Kondensator großer Kapazität zusammengeschaltet.

      Zeichnung: Eckart Moltrecht
      Bild 9-28: Die Magnetantenne

      Diese Antenne hat für Kurzwelle nur einen Durchmesser von etwa 0,8 bis 1,3 m und ist deshalb leicht unterzubringen. Sie bewährt sich für Portabelzwecke, da man sie einfach am Balkongeländer oder auf dem Wagendach befestigen kann. Manche nehmen sie auch als einzige Kurzwellenantenne eventuell im Fensterbereich, weil sie keine andere Möglichkeit haben, eine Außenantenne anzubringen. Aus Gründen der elektromagnetischen Verträglichkeit soll man nicht zu nah in das Feld einer solchen Antenne geraten. Der Wirkungsgrad einer solchen Antenne ist für ihre Größe recht gut. Allerdings ist sie sehr schmalbandig, so dass man sie bei Frequenzwechsel selbst innerhalb eines Bandes nachstimmen muss.

      Prüfungsfrage
      TH230  Eine im Außenbereich installierte Sendeantenne wird immer bevorzugt, da
      sie eine geringere Anzahl von Harmonischen abstrahlt.
      sie in geringerem Ausmaß Ausstrahlungen unterworfen ist.
      die Kopplung mit der Netzspannungsverkabelung auf ein Minimum beschränkt ist.
      das Sendesignal einen niedrigeren Pegel aufweist.

      Vertikalantennen

      Senkrecht stehende Antennen heißen Vertikalstrahler. Sie haben in der horizontalen Ebene Rundstrahl-Charakteristik. Das horizontale Richtdiagramm ist ein Kreis. Das ist für den Amateurfunk sehr praktisch, da die Antenne in allen Richtungen gleich gut abstrahlt. Vertikalstrahler haben außerdem die Eigenschaft, einen flachen Abstrahlwinkel zu besitzen, was aus folgenden Bildern hervorgeht. Den günstigsten Abstrahlwinkel hat ein 5/8-λ langer Vertikalstrahler (Bild C). Wenn man die Vertikalantenne noch länger macht, steigt die Steilstrahlung an.

      Zeichnung: Eckart Moltrecht
      Bild 9-29: Vertikaldiagramme von Vertikalstrahlern verschiedener Länge

      Wichtig bei allen Vertikalstrahlern sind sehr gute Erdverhältnisse mit gut leitender Oberfläche, die oft künstlich geschaffen werden durch Eingraben eines entsprechenden Erdnetzes. Solche gegen Erde erregten Vertikalstrahler werden auch Marconi-Antennen oder Monopole genannt. Sie werden von Rundfunksendern im Mittelwellenbereich und auch von Funkamateuren im Kurzwellen- und Ultrakurzwellenbereich verwendet.

      Eine Lambda-Viertel-Vertikalantenne über idealer Erde wird übrigens mit einem Gewinn von zirka 3 dB gegenüber Dipol angegeben.

      Prüfungsfrage
      TH122  Eine Marconi-Antenne ist
      eine gegen Erde erregte λ/4-Vertikalantenne.
      eine Groundplane-Antenne mit abgestimmten Radials.
      eine horizontale λ/2-Langdrahtantenne.
      eine vertikale Halbwellenantenne.
      Prüfungsfrage
      TH123  Bei welcher Länge hat eine Vertikalantenne die günstigsten Strahlungseigenschaften?
      λ/2
      λ/4
      5/8 λ
      3/4 λ
      Prüfungsfrage
      TH124  Eine Vertikalantenne erzeugt
      einen hohen Abstrahlwinkel.
      zirkulare Polarisation.
      einen flachen Abstrahlwinkel.
      elliptische Polarisation.
      Prüfungsfrage
      TH160  Eine λ-5/8-Antenne (gegen Erde) soll für 14,2 MHz aus Draht hergestellt werden. Es soll mit einem Korrekturfaktor von 0,97 gerechnet werden. Wie lang muss der Vertikaldraht insgesamt sein?
      10,03 m
      13,20 m
      12,80 m
      13,61 m

      Die Groundplane-Antenne

      Wegen der oft schwer übersehbaren Bodenverhältnisse wird die natürliche Erde durch ein Netz von Gegengewichten ersetzt. Diese meist radial vom Strahlerfußpunkt ausgehenden Gegengewichte nennt man Radiale (englisch: radials), das gesamte Netz Groundplane, was so viel wie Erdebene bedeutet. Eine solche λ/4-Vertikalantenne mit einer künstlichen Erdebene nennt man im Amateurfunk Groundplane-Antenne (GP oder GPA).

      Zeichnung: Eckart Moltrecht
      Bild 9-30: Groundplane-Antenne

      Die Radials werden aus einer möglichst großen Anzahl von λ/4-langen Drähten gebildet, die man am Fußpunkt der Antenne zusammenführt, horizontal verspannt und am anderen Ende isoliert befestigt. Eine solche GP hat eine Fußpunktimpedanz von etwa 36 Ohm und muss deshalb mit einem speziellen Netzwerk angepasst werden.

      Eine solche Groundplane-Antenne kann wie die W3DZZ durch Einbau von Sperrkreisen an den entsprechenden Stellen als Mehrbandantenne konstruiert werden. Für jedes Band sollen dann wenigstens drei Radials angebracht werden. Verwendet man für jedes Band nur ein Radial, hat man eine Art Winkeldipol mit bevorzugter Abstrahlung in Richtung des jeweiligen Radials. Bei drei Radials ergibt das horizontale Strahlungsdiagramm zwar noch keinen Kreis, aber viel fehlt nicht mehr, wie folgendes Bild zeigt.

      Zeichnung: Eckart Moltrecht
      Bild 9-31: Strahlungsdiagramm einer GP mit drei Radials
      Prüfungsfrage
      TH203  Welchen Eingangs- bzw. Fußpunktwiderstand hat eine Groundplane?
      ca. 30 bis 50 Ω
      ca. 60 bis 120 Ω
      ca. 600 Ω
      ca. 240 Ω
      Prüfungsfrage
      TH139  Die Radiale einer Groundplane-Antenne bezeichnet man auch als
      Gegengewichte.
      künstliche Strahler.
      Parasitärstrahler.
      Blitzschutzelemente.
      Prüfungsfrage
      TH121  Welche Antenne gehört nicht zu den symmetrischen Antennen?
      Groundplane
      Faltdipol
      Yagi
      λ/2-Dipol
      Prüfungsfrage
      TH224  Welches Strahlungsdiagramm ist der richtigen Antennenbezeichnung zugeordnet?
      Dipol
      Sperrtopf
      Groundplane
      Yagi
      Prüfungsfrage
      TH154  Eine λ/4-Groundplane-Antenne mit vier Radials soll für 7,1 MHz aus Drähten gefertigt werden. Für Strahler und Radials kann mit einem Korrekturfaktor von 0,95 gerechnet werden. Wie lang müssen Strahler und Radials sein?
      Strahler: 10,03 m,  Radials: 10,03 m
      Strahler: 10,56 m,  Radials: 21,13 m
      Strahler: 21,13 m,  Radials: 10,56 m
      Strahler: 10,03 m,  Radials: 20,07 m

      HB9CV-Antenne

      Eine recht einfach nach zu bauende Zweimeter-Antenne, die auch häufig als Peilantenne für Fuchsjagden verwendet wird, soll hier mit ihren Abmessungen angegeben werden. Diese vom Schweizer Funkamateur HB9CV propagierte Antenne arbeitet mit zwei Elementen, wobei auch der Reflektor mitgespeist wird. Sie soll einen Gewinn wie eine Vier-Element-Yagi haben.

      Zeichnung: Eckart Moltrecht
      Bild 9-32: HB9CV-Antenne für 145 MHz

      Kollinearantenne

      Im folgenden Bild ist eine gestockte Vertikalantenne (Kollinearantenne) dargestellt, die aus mehreren Koaxstücken zusammengelötet ist. Sie hat wegen ihrer vertikalen Bündelung eine sehr flache Abstrahlung und einen Gewinn von ungefähr 6 dB bei Verwendung von 8 Koaxstücken beziehungsweise 9 dB bei 16 Koaxstücken.

      Zeichnung: Eckart .Moltrecht
      Bild 9-33: Kollinearantenne

      Nachbau: Die gestrichelte Stelle bedeutet, dass dort 8 Kabelstücke in der gezeichneten Form übereinander gelötet werden. Der im unteren Bereich dick gezeichnete Kurzschlussbügel dient als Gamma-Match (siehe nächste Lektion). Man lötet also den Kurzschlussbügel direkt nach Lambda-Viertel (51,3 bzw. 17 cm) außen an das beliebig lange (auch 0 cm möglich, also direkt der Stecker) Kabel an. Als Wetterschutz für das Ganze kann ein PVC-Rohr dienen.

      Spiegelantennen

      Wie aus dem Rundfunksatellitenbereich bekannt, gibt es auch im Amateurfunk die Möglichkeit, bei den UHF-SHF-Bereichen Parabolspiegelantennen mit hohem Gewinn zu verwenden. Sie bündeln die Hochfrequenzstrahlung ähnlich wie ein Scheinwerfer das Licht.

      Zeichnung: Eckart Moltrecht
      Bild 9-34: Parabolantenne und Hornstrahler

      Schlitzantenne

      Schneidet man aus der Mitte einer Metallplatte oder aus einem Rohr einen Streifen heraus, kann der entstandene Schlitz als Strahler verwendet werden. Dieser Schlitz, dessen Breite im Verhältnis zur Länge klein sein muss, wird in der Mitte seiner Längsseiten bei XX erregt.

      Zeichnung: Eckart Moltrecht
      Bild 9-35: Schlitzantennen

      Der Schlitz zeigt die gleichen Strahlungseigenschaften wie ein Halbwellendipol, jedoch mit umgekehrter Verteilung der magnetischen und elektrischen Feldkomponenten. Ein senkrechter Schlitz strahlt wie ein waagerechter Dipol. Die Eingangsimpedanz ist bei einem schmalen Schlitz sehr hoch (zirka 500 Ohm), so dass mehrere solcher Schlitze durch entsprechende Leiter parallel geschaltet werden können, bis man die Impedanz von 50 Ohm erhält. Dieses gestockte System hat einen hohen Gewinn. Angewendet wird diese Antenne im UHF-Bereich.

      Wendelantenne

      Vor einem Reflektor (Blechscheibe) wird eine Wendel als Strahler angebracht. Diese Antenne erzeugt zirkulare Polarisation. Sie wird hauptsächlich bei sehr hohen Frequenzen ab dem 70-cm-Band aufwärts verwendet. Man nennt sie auch Helical-Antenne.

      Zeichnung: Eckart Moltrecht
      Bild 9-36: Helical-Antenne

      Die Backfire-Antenne

      Bei dieser Antenne wird die Yagiantenne rückwärts strahlend vor einer Reflektorwand angeordnet. Durch die Spiegelwirkung und die Bündelung von der Reflektorwand ergibt sich ein erheblicher Gewinn.

      Die Rhombusantenne

      Zeichnung: Eckart Moltrecht
      Bild 9-36A: Rhombusantenne für den VHF-Bereich

      Eine sehr breitbandige Antenne für den VHF- und UHF-Bereich erhält man bei der obigen Anordnung durch Abschluss mit einem Widerstand. Deshalb ist die Antenne praktisch nur für den Empfang geeignet. Sie ist sehr hochohmig. Sie strahlt in Längsrichtung der Antenne. Da sie aus einfachem Draht hergestellt wird, eignet sie sich sehr gut als provisorische Portabelantenne.

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      Prüfungsfrage
      TH117  Sie wollen verschiedene Antennen testen, ob sie für den Funkbetrieb im 80-m-Band geeignet sind. Man stellt Ihnen jeweils drei Antennen zur Verfügung. Welches Angebot wählen sie, um nur die drei für Ihre Zwecke besonders gut geeigneten Antennen testen zu müssen
      Dipol, W3DZZ-Antenne, Beam
      Beam, Groundplane-Antenne, Dipol
      Dipol, Delta-Loop, W3DZZ-Antenne
      Dipol, Delta-Loop, Langyagi

      Hinweis: Hier ist natürlich der "Normalfall" gemeint, d.h. Antenne auf einem Reihenhausgrundstück oder ähnlich. Ansonsten wäre natürlich ein drehbarer Beam eine Superantenne. Sie hat aber Ausmaße von 40 m bei Full-Size und ist auch mit Verlängerungsspulen riesig.

      VHF/UHF-Yagi-Antennen

      Genau wie bei Kurzwelle (Bild 9-22), kann man die Yagi-Anordnung auch für das 2-m- oder das 70-cm-Band verwenden. Da die Elemente zirka λ/2 lang sind, ergeben sich Elemente von nur 1 m beziehungsweise nur 35 cm Länge. Deshalb kann man noch viel mehr Direktoren verwenden und erhält dadurch eine so genannte Langyagi-Anten­ne (Bild 9-37 A oder 9-27 B).

      Bild 9-37:  A horizontal,  B vertikal polarisierte  Langyagi-Antenne
      Bild 9-38: A Kreuzyagi-Antenne,  B zirkular polarisierte Yagi-Antenne in X-Form

      Eine Doppelantenne, deren Elemente für horizontale und für vertikale Polarisation auf einem gemeinsamen Trägerrohr (Boom) aufgebaut werden, ist die Kreuzyagi-Antenne (Bild 9-38 A). Führt man die beiden Speisekabel einer Kreuzyagi-Antenne an ein Koaxrelais oder direkt bis hinunter zur Funkstation, kann man zwischen horizontaler und vertikaler Polarisation umschalten.

      Prüfungsfrage
      TH219  Für die Erzeugung von zirkularer Polarisation mit Yagi-Antennen wird eine horizontale und eine dazu um 90 Grad um die Strahlungsachse gedrehte Yagi-Antenne zusammengeschaltet. Was ist dabei zu beachten, damit tatsächlich zirkulare Polarisation entsteht?
      Die Zusammenschaltung der Antennen muss über eine Halbwellen-Lecherleitung erfolgen. Zur Anpassung an den Wellenwiderstand muss zwischen der Speiseleitung und den Antennen noch ein λ/4-Transformationsstück eingefügt werden.
      Bei einer der Antennen muss die Welle um λ/2 verzögert werden. Dies kann entweder durch eine zusätzlich eingefügte λ/2-Verzögerungsleitung oder durch mechanische "Verschiebung" beider Yagi-Antennen um λ/2 gegeneinander hergestellt werden.
      Bei einer der Antennen muss die Welle um λ/4 verzögert werden. Dies kann entweder durch eine zusätzlich eingefügte Viertelwellen-Verzögerungsleitung oder durch mechanische "Verschiebung" beider Yagi-Antennen um λ/4 gegeneinander hergestellt werden.
      Die kreuzförmig angeordneten Elemente der beiden Antennen sind um 45° zu verdrehen, so dass in der Draufsicht ein liegendes Kreuz gebildet wird. Die Antennen werden über Leitungsstücke gleicher Länge parallel geschaltet. Die Anpassung erfolgt mit einem Symmetrierglied.

      UKW-Rundstrahlantennen

      Beim Mobilfunk und im 2-m- und im 70-cm-Band ist vertikale Polarisation mit Rundstrahlantennen üblich. Im Lehrgang für die Klasse A wurden folgende Antennen ausführlich beschrieben.

      Bild 9-39: UKW-Vertikalantennen:
      A Viertelwellenstab, B λ/2-, C 5/8-λ-, D Sperrtopf-,  E Groundplane-Antenne
      Prüfungsfrage
      TH120  Welche Antennenformen werden im VHF-UHF-Bereich bei den Funkamateuren in der Regel nicht verwendet?
      Parabolantennen
      Yagi-Antennen
      Langdraht-Antennen
      Schlitz-Antennen

      Viel Erfolg beim Lehrgang wünscht Ihnen Eckart Moltrecht DJ4UF!


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      Letzte Bearbeitung: 19.06.2017 DJ4UF, 04.04.2020 DH8GHH
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