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Unter Marconi-Antennen versteht man Antennen, die unsymmetrisch gegen Erde gespeist werden (Bild 4.1). Im Falle eines Senders wird eine Seite des Ausgangsnetzwerks geerdet, während die an-dere Seite mit dem Strahlerelement der Antenne verbunden wird.

Die Länge des Strahlerelements variiert mit dem Typ und bestimmt viele der Betriebseigenschaften der Antenne. Die Richtung des Strahlers kann ebenfalls unterschiedlich sein. Er kann verti-kal ausgerichtet sein, wie es die Abbildung zeigt (Vertikalantennen sind eine besondere Spezies der Marconi-Antennen), aber er kann auch schräg aufgestellt werden. In einigen Fällen ist die Mar-coniantenne direkt mit dem Sender oder Empfän-ger verbunden, oft wird aber auch ein Antennen-Anpassnetzwerk benötigt.

4 Marconi-Antennen und andere unsymmetrische Antennen

Bild 4.1

Antennen-Werkbuch.indb 63 01.09.2011 07:29:43


Obwohl die meisten Antennen in diesem Kapitel sowohl zum Empfang als auch zum Senden be-nutzt werden können, wird diese Antenne (Bild 4.2) ausschließlich für Empfangzwecke empfoh-len, es sei denn man verwendet einen Antennen-tuner. Diese Antenne empfiehlt sich vor allen Din-

gen für viele Erstbesitzer von Empfängern oder für diejenigen, die in einer Umgebung wohnen, wo es schwierig ist, eine Antenne zu installieren. Das Strahlerelement ist ein ca. 10 - 40 m langes Stück Antennenlitze.

4.1 Die T-Empfangsantenne

Bild 4.2


Marconi-Antennen und andere unsymmetrische Antennen 65

Die Antenne in Bild 4.3 wird als „Lambda-Halbe-T-Antenne“ bezeichnet, da sie genau eine halbe Wellenlänge lang ist und T-Form hat. Das „T“ kommt dadurch zustande, dass die Ableitung unter einem Winkel von 90° vom Strahlerelement weggeführt wird. Die Länge der Zuleitung muss genau Lambda-Viertel betragen. Diese Länge un-terscheidet sich von der sogenannten „Top-Hat-T-Antenne“, die von vielen Kurzwellenhörern ver-wendet wird. Bei ihr hat der Strahler eine Länge von einer halben Wellenlänge oder mehr, und die Antennenzuleitung ist ein Stück Draht beliebiger Länge. Die Abmessungen dieser Elemente erge-ben sich aus folgenden Formeln:

2 143LF

mMHz

=

und

LF

mMHz

=71 5,

Diese Längen machen die Antenne resonant. Bei-

spiele für die korrekte Länge für verschiedene Bänder gibt die folgende kleine Tabelle:

Band L 2L60 m (5 MHz) 14,3 m 28,6 m31 m (9,75 MHz) 7,33 m 14,66 m20 m (14,2 MHz) 5,03 m 10,06 m

Für die Lambda-Halbe-T-Antenne wird ein An-tennentuner benötigt. Sowohl die Induktivität als auch die Kapazität sollten Reaktanzen von 450 Ohm haben, d.h. XL = 450 Ohm und XC = -450 Ohm. Typische Werte für diese Komponenten sind:

Band C L60 m (5 MHz) 65 pF 16.0 µH31 m (9.75 MHz) 33 pF 8.2 µH20 m (14.2 MHz) 23 pF 5.6µH

Für den Betrieb über ein breiteres Band empfehlen sich ein Drehkondensator und umschaltbare Spulen.

Bild 4.3

4.2 Die Halbwellen-T-Antenne



Die Antenne in Bild 4.4 ist prinzipiell eine Vier-telwellen-Marconi-Antenne. Sie besteht aus einer 300- oder 450-Ohm-Flachbandkabel-Leitung mit einer Länge von

L = 71,5/FMHz m

Für das 60-m-Band (5 MHz) würde die Länge insgesamt bei ungefähr 14,3 m liegen. Die Länge der koaxialen Speiseleitung ist nicht kritisch. Die 50-Ohm-Koaxkabel-Speiseleitung wird so ange-schlossen, dass der Mittelleiter mit einem Leiter des Flachbandkabels verbunden wird und die Ab-schirmung mit dem anderen.

Die Antenne ist prinzipiell eine Abart der Mar-coni-Antenne und erfordert daher eine gute Erde, um einwandfrei zu arbeiten. Es sollte mindestens ein längerer Erdungsstab aus Kupfer oder ein ent-sprechender verkupferter Stahlstab in die Erde

geschlagen werden und zwar am besten direkt am Speisepunkt oder in der Nähe. Die beste Me-thode besteht darin, sowohl einen Erdungsstab als auch ein System von zwei bis acht Radials mit einer Länge von λ/4 als Gegengewicht vor-zusehen. Diese Antenne kann auch unter einem Winkel schräg montiert werden, obwohl ich ver-mute, dass sie am besten arbeitet, wenn der Draht horizontal gespannt ist.

Beachten Sie das Ende des Flachkabels: Seine beiden Leiter werden dort miteinander verbun-den. Diese Antenne arbeitet besser als Marconi-Antennen mit einem einzelnen Leiter, da sie meist unter Erdverlusten leiden. Indem man eine Rück-laufleitung vorsieht, wird der Strahlungswider-stand von zehn oder 15 Ohm auf einen Wert in der Größenordnung 40 bis 50 Ohm angehoben, so dass man eine gute Anpassung an 50-Ohm-Koaxialkabel erhält

4.3 Die Flachbandkabel-Marconi-Antenne

Bild 4.4



Bild 4.5

4.4 Die Schwalbenschwanz-Antenne



Bild 4.5 zeigt zwei Varianten der Schwalben-schwanz-Multibandantenne. Die Strahlerelemente in Bild 4.5A und 4.5B werden für spezifische Fre-quenzbänder bemessen und haben jeweils eine Länge von λ/4.

LFmMHz

=75

Es können so viele Strahler verwendet werden, wie man möchte, um alle interessierenden Bänder abzudecken. Voraussetzung ist jedoch, dass sie kein Frequenzverhältnis von drei zu eins haben. Der Grund für diese Einschränkung liegt darin, dass für alle Antennen, bis auf die in Resonanz befindliche, die Fußpunktwiderstände so hoch sind, dass eine Parallelschaltung aller Strahler die Gesamtimpedanz nicht beeinflusst. Bei der dritten Harmonischen jedoch wird die Impedanz

wieder niedriger und würde dadurch die insgesamt von der Übertragungsleitung gesehene Impedanz verringern. Diese Situation ist für Sender von größerer Bedeutung als für Amateurfunksender, aber es ist auf jeden Fall sinnvoll, diese Situation, wenn möglich, zu vermeiden. Abgesehen davon ist die Antenne tatsächlich auf ihrer dritten Har-monischen in Resonanz.

Die Version in Bild 4.5A verwendet zwei isolierte Masten oder Befestigungspunkte (das Hausdach, einen Baum usw.) wobei zwischen beiden Punk-ten ein Seil ausgespannt wird. Die λ/4-resonanten Drähte werden auf dem Halteseil mit ungefähr gleichen Abständen verteilt. Die Version in Bild 4.5B verwendet ein großes hölzernes Kreuz als Tra-gestruktur. Die Antennendrähte werden mit dem Querstück am oberen Ende verbunden und gleich-zeitig mit dem Koaxialkabel am unteren Ende.



Es gibt verschiedene Antennen, die sich als „All-zeitfavoriten“ sowohl bei Funkamateuren als auch bei Kurzwellenhörern qualifiziert haben. Unter den beliebtesten drei oder vier findet sich auch die Drahtantenne mit beliebiger Länge. Diese An-tennenform hat eine Länge, die im Wesentlichen von dem Stück Draht abhängt, das man gerade hat zur Verfügung hat (obwohl es natürlich sinnvolle physikalische Grenzen gibt). Dieser Draht wird vom Funkgerät oder Empfänger zu einem geeig-neten erhöhten Befestigungspunkt, d.h. einem Mast oder einem Baum geführt. Bild 4.6 zeigt die grundlegende Form dieser Marconi-Antenne.

Obwohl man dieses Stück Draht natürlich direkt am Antenneneingang des Empfängers anschlie-ßen könnte, muss man für Betrieb mit einem Sen-der unbedingt ein Antennen-Anpassgerät (ATU) benutzen. Auch beim Betrieb an einem Empfän-ger wird man feststellen, dass die Antenne besser arbeitet, wenn eine ATU zwischen dem Koaxial-

kabel zum Empfänger und dem Strahlerelement vorgesehen wird.

Eine wichtige Anforderung dieser Antenne besteht darin, dass sie eine gute Erde benötigt. Es muss entweder eine gute Erdverbindung oder ein elek-trisches „Gegengewicht“ (ein System von Radials) vorgesehen werden. Wie man ein gutes Erdungs-system installiert, wird in Kapitel 13 beschrieben.

Diese Antennenform lässt sich nach ihrer Länge in drei Gruppen einteilen, für die unterschied-liche Anpassungsmaßnahmen vorgenommen werden müssen:

1. Die Antenne ist kürzer als eine Viertelwellen-länge.

2. Die Antenne ist genau eine Viertelwellen-länge lang.

Bild 4.6

4.5 Marconi-Antenne mit beliebiger Länge



3. Die Antenne ist länger als eine Viertelwellen-länge.

Bild 4.6 zeigt verschiedene Optionen für die er-forderlichen Anpassungsmaßnahmen:

• An Position 1 sieht man eine variable Induktivi-tät. Sie wird verwendet, wenn die Antenne sehr kurz gegenüber einer Viertelwellenlänge ist.

• Position 2 ist ein variabler Kondensator. Er wird verwendet wenn die Antenne länger als eine Viertelwellenlänge ist.

• Wenn die Antenne exakt eine Viertelwellen-länge lang ist, dann kann man eventuell die ATU weglassen.

Es ist auch möglich, die kombinierten Koppler an den Positionen drei und vier zu verwenden. Diese ATUs enthalten sowohl eine Induktivität als auch einen Kondensator. Sie werden eingesetzt, um die Fußpunktimpedanz der Antenne an das 50-Ohm-Koaxialkabel anzupassen. Viele kom-merzielle Koppler in L-Form verfügen entweder über Schalter oder Kurzschlussbrücken, die mit einigen einfachen Änderungen jede Art von ATU gemäß Bild 4.6 ermöglichen. Wer einen Empfänger in Verbindung mit dieser Antenne betreibt, sollte auf jeden Fall eine ATU verwenden, genauso wie ein Funkamateur, der damit senden will.



Die Windom-Antenne (Bild 4.7) gibt es seit etwa 1920. Obwohl Lorin Windom die Erfindung zu-erkannt wird, gab es tatsächlich noch einige an-dere, die dazu ihren Beitrag geleistet haben. Mit-arbeiter von Windom an der Universität von Illi-nois waren E.F. Brooke und W. L. Everett und sie sollten daher an dieser Stelle ebenfalls erwähnt werden. Die Nennung von Windom als Erfinder ist offensichtlich auf die Publizierung der Idee in der Juliausgabe 1926 des QST-Magazins zurück-zuführen. Zusätzliche späterer Beiträge kamen von G2BGI und GM3IAA. Wir werden aber die Tradition fortsetzen und Loren Windom als Er-finder nennen, ohne dabei zu vergessen, dass an-dere ebenfalls zu diesem Antennendesign beige-tragen haben.

Die Windom-Antenne ist – vereinfacht gesagt – eine Halbwellenantenne, die auch auf den gerad-zahligen Harmonischen der Grundfrequenz arbei-tet. Die grundlegende Eigenschaft dieser Antenne ist die Tatsache, dass ihr Strahlungswiderstand ungefähr zwischen 50 Ohm bis etwa 5000 Ohm

schwankt, abhängig vom gewählten Speisepunkt. Wenn Sie exakt in der Mitte gespeist wird, also in einem Stromknoten, beträgt die Speiseimpedanz 50 Ohm, bei Endspeisung ungefähr 5000 Ohm. In Bild 4.7 wurde der Speisepunkt von der Mitte zu einem Punkt verschoben, der etwa bei einem Drittel (0,36) der Antennenlänge liegt. Hier be-trägt die Impedanz ca. 600 Ohm.

Die Speiseleitung für die Windom-Antenne in Bild 4.7 ist ein isoliertes Stück Draht ausreichender Stärke, wenn Sendebetrieb beabsichtigt ist. Mit mehr als 200 W Leistung sollte man aber nicht senden, da es sonst zu HF-Einstrahlungen in die Geräte kommen kann, was unangenehme Pro-bleme verursacht.

Die Windom-Antenne arbeitet gut, aber mit einigen sehr wichtigen Einschränkungen. Beispielsweise hat die Antenne die Tendenz, HF in die Funkge-räte zurückzuleiten, da sie spannungsgespeist ist. Der zweite Grund ist der beträchtliche Strahlungs-verlust der Speiseleitung, und schließlich arbeitet

Bild 4.7

4.6 Die Windom-Antenne



die Antenne nur sehr schlecht auf den ungeraden Harmonischen der Grundfrequenz.

Das Antennen-Anpassnetzwerk kann entweder aus einem Link-gekoppelten Parallelresonanz-LC-Tankkreis oder einem Pi-Netzwerk bestehen, das eine hohe Impedanz in Richtung zur Antenne aufweist. Beachten Sie, dass diese Antenne eine gute Erdverbindung benötigt. Dies bedeutet zu-mindest die Verwendung eines Erdungsstabes von 2 bis 2,5 m Länge oder eines Systems von Radials.

Eine brauchbare Kompromissausführung, bei der die Strahlungsverluste der Speiseleitung redu-ziert werden, zeigt Bild 4.8. Bei dieser Antenne ist ein 4:1-Balun-Transformator am Speisepunkt vorgesehen, an den ein 75-Ohm-Koaxialkabel angeschlossen ist. Da sich der Speisepunkt unbe-dingt in einem Stromknoten befinden muss, wird er genau λ/4 von einem Ende entfernt in die An-tenne eingefügt. Desgleichen sollte die Antenne auf der anderen Seite des Balun-Transformators eine Länge aufweisen, die ein ungeradzahliges Vielfaches einer Viertelwellenlänge ist. Im Beispiel in Bild 4.8 ist die Antenne 3/4 Wellenlängen lang.

Bild 4.8



Die Viertelwellen-Vertikalantenne ist wahrschein-lich die klassische Form der Marconi-Antenne überhaupt (Bild 4.9). Sie besteht aus einem Ver-tikalstrahlerelement, das genau eine Viertelwel-lenlänge lang ist, und einem System von Viertel-wellenradials als Erde. Die Länge des Strahler-elements ergibt sich aus der Formel

LFMeterMHz

=75

worin L die Länge in Metern und F die Frequenz in Megahertz ist.

Das Strahlerelement kann man aus einem Stück Rohr oder Draht anfertigen. Dabei kann es sich um Kupfer- oder Aluminiumrohr handeln, obwohl die meisten Leser Aluminium bevorzugen werden. Verwendet man einen Drahtstrahler, muss man das obere Drahtende an einem Mast oder einem anderen Befestigungspunkt montieren. Der Mast oder der jeweilige Befestigungspunkt sollte aber

Bild 4.9

4.7 Die λ/4-Vertikalantenne



auf jeden Fall aus isolierendem Material, wie zum Beispiel Holz oder Kunststoff, bestehen.

Die Radials können Sie wahlweise verwenden, wenn sie keinen sehr guten Boden haben. Meist wird man aber mindestens vier Radials vorsehen müssen, maximal sollten es 16 sein. Über 16 lässt der Vorteil weiterer Radials deutlich nach. Die Ra-dials sollten vergraben werden, wenn die Vertika-lantenne auf dem Boden steht. Falls die Vertikal-Antenne auf einem Mast in größerer Höhe über der Erde installiert wird, sind Radials unbedingt erforderlich. In diesem Fall verwenden Sie vier

bis 16 Radials, die kreisförmig um die Basis des Strahlerelements angeordnet werden.

Schließen Sie das Speisekabel so an, dass der Strah-ler mit dem Innenleiter des Koaxialkabels und die Radials mit der Abschirmung verbunden werden. Da die Fußpunktimpedanz der Vertikalantenne 37 Ohm beträgt, ergibt sich bei Verwendung von 50-Ohm-Koaxkabel ein SWR von 50/37 = 1,35. In Fällen, wo die Vertikalantenne eine deutlich niedrigere Impedanz hat (bis hinunter zu 2 Ohm), muss unbedingt ein Breitbandübertrager zwischen dem Kabel und der Antenne vorgesehen werden.



Die Antenne in Bild 4.10 ist sehr beliebt für Emp-fangs- und Sendebetrieb auf den unteren Bändern (unter 7 MHz), wenn der Platz für eine größere Antenne zu knapp ist. Obwohl sie bei den tiefsten Frequenzen immer noch eine Menge Platz benö-tigt, ist sie doch ein ganzes Stück kürzer als ein Halbwellendipol für die gleichen Frequenzen.

Zwei Stücke 300- oder 450-Ohm-Flachkabel wer-den zum Aufbau der Antenne benötigt (A und B in Bild 4.10). Der A-Abschnitt ist das Hauptstrah-lerelement, und es hat eine Länge von

AF

mMeterMHz

=82

Beachten Sie, dass der Abschnitt A wie ein Faltdi-

pol aufgebaut ist. An den Enden des Flachkabels werden die beiden Leiter miteinander verbunden. In der Mitte des Strahlerelement A wird einer der beiden Leiter aufgeschnitten, damit man hier die beiden Leiter des Flachkabels, das für den Ab-schnitt B verwendet wird, anschließen kann.

Das Element B ist vertikal angeordnet und sollte unter einem rechten Winkel vom Strahler A weg-geführt werden. B hat eine Länge ähnlich wie A, jedoch muss das Kabel um den Geschwindig-keitsfaktor (VF) der Übertragungsleitung ge-kürzt werden:

B VFF

mMeterMHz

=82( )

Für normales 300-Ohm-Flachkabel beträgt die

Bild 4.10

4.8 Die gefaltete Marconi-„T“-Antenne



Länge von B = 0,82 x A.

Beachten Sie, dass die beiden Leiterstücke für A und B eine kontinuierliche Drahtschleife bilden. Das Koaxkabel wird so angeschlossen, dass die Abschirmung mit einem Leiter von B und der In-nenleiter mit dem anderen Leiter verbunden wird. Am oberen Ende von B werden die beiden Leiter an beide Seiten des aufgeschnittenen Teils von A angeschlossen.

Wie auch bei den anderen Marconi-Antennen in diesem Kapitel ist die Verwendung einer guten Erde zwingend notwendig. Andernfalls sind die

Verluste zu groß, und die Leistung der Antenne wird deutlich schlechter.

Bild 4.11 zeigt die endgespeiste Zepp-Antenne. Diese Antenne hat einen Strahler, der bei der nied-rigsten Betriebsfrequenz eine halbe Wellenlänge lang ist. Sie arbeitet aber nicht nur auf dieser Fre-quenz einwandfrei sondern auch auf ihren Har-monischen. Ebenso ist Betrieb auf anderen Fre-quenzen möglich, wenn ein hohes SWR toleriert werden kann. Die Zepp-Antenne wird über eine 600-Ohm-Zweidraht-Speiseleitung und eine ATU betrieben. Die ATU ist erforderlich, um das SWR auf allen Betriebsfrequenzen auf 1:1 abzustimmen.

Bild 4.11



Die EWE-Antenne von Koontz entstand erst in jüngster Zeit als rauscharme Antenne für die niedrigeren Frequenzbereiche. Bild 4.12 zeigt die Grundform der EWE-Antenne. Sie besteht aus zwei vertikalen Abschnitten (bezeichnet als L1) und einem horizontalen Abschnitt (L2). Die EWE sieht wie eine Beverage-Antenne aus, ist es aber nicht. Ähnlich wie die Beverage wird sie in einer Höhe L1 von ungefähr 3 m über der Erdo-berfläche errichtet. Im Gegensatz zur Beverage-Antenne ist L2 aber nur 6,5 m lang bei 3,5 MHz. Diese Dimensionen machen es möglich, dass sich die meisten Hörer eine derartige Antenne aufbauen können.

Das entfernte Ende der Antenne wird mit einem 850-Ohm-Widerstand abgeschlossen. Dieser Wi-derstand sollte ein Kohlemassewiderstand oder ein Metallfilmtyp sein, keinesfalls eine drahtge-wickelte Ausführung.

Die Empfängerseite der Antenne muss an die

50-Ohm-Eingangsimpedanz angepasst werden. Übertrager T1 ist dafür vorgesehen. Er hat ein Win-dungszahlverhältnis von 3:1 entsprechend einem Impedanzverhältnis von 9:1, das die Anpassung der 450-Ohm-Antennen-Impedanz an den Empfänge-reingang ermöglicht. Für den Übertrager kann ein Eisenpulver-Ringkern aus -2, -6 oder -15-Material verwendet werde. Ein geeigneter Transformator lässt sich z.B. mit einem Kern des Typs T-50-15 (rot/weiß) aufbauen. Sehen Sie ungefähr 20 Win-dungen beliebigen Drahtdurchmessers vor.

Die azimutalen und vertikalen Strahlungsdia-gramme der Koontz-EWE-Antenne zeigen Bild 4.13, 4.14, 4.15 und 4.16. Diese Diagramme wur-den mit der Nec-WIN-Basic-Software simuliert. Die Diagramme in Bild 4.13 und 4.14 basieren auf dem Sommerfield-Norton-Standard-Bodenmodell, Bild 4.13 zeigt das horizontale und Bild 4.14 das vertikale Diagramm. Die gleichen Diagramme, jetzt aber für einen realen Boden, zeigen die Di-agramme in Bild 4.15 und 4.16 (vertikal).

4.9 Die EWE-Antenne

Bild 4.12



Bild 4.14

Bild 4.13



Bild 4.16

Bild 4.15



Das Richtdiagramm der EWE-Antenne kann durch eine Anordnung gemäß Bild 4.17 um 180 Grad umgeschaltet werden. Die Speisepunkt- und Abschluss-Schaltung befinden sich dazu gemein-sam beim Empfänger. Der Transformator T1, die Spule L1, den Widerstand R1 und der Schalter S1 werden in einem Metallgehäuse eingebaut. Die Ausgänge des Gehäuses (d.h. die Anschlüsse des

Umschalters) werden mit den unteren Enden der vertikalen Abschnitte der EWE-Antenne verbun-den. Wenn der ohmsche Abschluss allein manch-mal nicht ausreicht, kann noch eine kleine Induk-tivität in Serie vorgesehen werden. Dies ist die bei der Beverage-Antenne verwendete Methode, um die Richtung mit maximaler Dämpfung steu-ern zu können.

Bild 4.17

4.10 Die reversible EWE-Antenne



Bild 4.18 A zeigt eine Modifikation der EWE-Antenne, die umschaltbare Richtwirkung er-möglicht. Dazu werden vier EWE-Antennen in Nord-Süd- und Ost-West-Richtung aufgebaut. Die Speisepunkte (A, B, C und D) werden mit einer

Schalteranordnung verbunden, wie sie Bild 4.18 B (folgende Seite) zeigt. Die Richtwirkung der An-tenne wird durch Öffnen und Schließen der vier Schalter (S1 bis S4) gesteuert.

Bild 4.18A

4.11 Die doppelte EWE-Antenne



Bild 4.18B


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