Max Rüegger HB9ACC. Praxisbuch Antennenbau Antennentechnik leicht verständlich

Transkript

1 Max Rüegger HB9ACC Praxisbuch Antennenbau Antennentechnik leicht verständlich

2 3., überarbeitete und erweiterte Auflage, Juni 2014 Box 73 Amateurfunkservice GmbH Majakowskiring Berlin Alle Rechte vorbehalten ISBN Satz: Box 73 Amateurfunkservice GmbH Umschlaggestaltung: Knut Theurich Druck und Bindung: Druckhaus Thomas Müntzer GmbH, Bad Langensalza Kein Teil dieser Publikation darf ohne ausdrückliche schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt, verbreitet oder im Internet veröffentlicht werden.

3 1 Das etwas andere Antennenbuch 13 2 Allgemeines Sind Funkamateure Perfektionisten? Lasst Euch nicht entmutigen Die Gesetze der Physik gelten für alle Eine gute Antenne ist der beste HF-Verstärker Jede Antenne ist nur so gut wie ihr Standort Eine nicht optimale Antenne ist besser als gar keine Antenne Wie unterscheiden sich KW-Antennen von VHF-/UHF-Antennen Kommerziell gefertigte Antennen Verluste im Antennensystem Dezibel (db) Der Dynamikbereich eines Empfängers Der Funkamateur und seine lieben Nachbarn Umgang mit Vermietern und Behörden Das Eile-mit-Weile-Prinzip Umgang mit BCI / TVI Antennenstrahlung in der Praxis Elektrosmog & Cie Das Stationstagebuch 32 3 Sechs Merkregeln für den Antennenbau Viel Draht Möglichst hoch Strom strahlt Freie Enden = Spannungsbauch Geerdete Enden = Strombauch Drahtlänge +5% 35 4 Festigkeit der Konstruktion Welchen Belastungen muss eine Antenne standhalten? Inox verhindert späteren Ärger 38 5 Materialkunde Antennendraht Der ohmsche Widerstand des Antennendrahts Dicke des Antennendrahts Isolatoren Abspannseile Durchhang Abspannpunkte Abspannung an Bäumen Der Fiberglasmast ein Gehilfe beim Antennenbau 48 3

4 5.10 Ein praktisches Werkzeug Zugentlastung 49 6 Sicherheit Blitzschutz Blitzschutz allgemein Stecker raus, immer! Blitzschutz im Koaxialkabel Blitzschutz bei symmetrischer Speiseleitung Safety first Verhalten gegenüber anderen Leitungen Hochspannungsleitungen Niederspannungsleitungen 3 230/400 V Telefonleitungen 57 7 Masten Statik Mastmaterial Rohrmasten Gittermasten Holzmasten Fiberglasmasten Abgespannte Masten Aufstellen von Masten Betonfundamente für Masten Rotorbefestigungen Antennenmontage und die Verwendung von Hilfsmasten Den Mast gegen unbefugtes Besteigen sichern 71 8 Speiseleitungen Unsymmetrische Kabel Normales Koaxialkabel Doppelt geschirmtes Koaxialkabel Hardline und Heliax Kabel aus der TV-Technik oder der SAT-Technik Symmetrische Speiseleitungen Ω-Flachbandkabel Ω-Flachbandkabel Symmetrische 450-Ω-Leitung Hühnerleiter Hauseinführungen bei symmetrischen Leitungen Übergang von symmetrischer Leitung auf Koaxialkabel Kabelverluste Was passiert im Kabel bei hohem SWV und bei zunehmender Frequenz Kabelverluste Elektrische Belastung eines Koaxialkabels Thermische Belastbarkeit eines Koaxialkabels 85 4

5 8.4.2 Spannungsmäßige Belastbarkeit eines Koaxialkabels Verkürzungsfaktor Verlegung von Koaxialkabel Anschluss der Speiseleitung an die Antenne 87 9 SWV & Cie Allgemeine Bemerkungen zum Thema SWV Was muss ich tun, um bei meiner Antenne ein SWV von 1,0 zu erzielen? Kann man eine Antenne auch außerhalb der Resonanzfrequenz benutzen? Welches SWV ist auf der Speiseleitung (Koaxialkabel) zulässig? Meine Antenne ist schlecht, sie hat ein hohes SWV Grundlagen zum Thema SWV Vorgehen, wenn auf der Speiseleitung ein SWV größer als Eins auftritt SWV bestimmen Kabelverluste bestimmen Zusatzverluste durch das SWV bestimmen Entscheidung wagt mans oder nicht? Wenn ja, mittels Antennenkopplers Totalreflexion herstellen Was passiert bei der Totalreflexion SWV-Verbesserung durch lange Speiseleitungen Welches ist das wahre SWV auf der Speiseleitung Berechnung des SWV am Antennenspeisepunkt Einfluss der Speisekabellänge auf das SWV Auswirkungen des SWV bei symmetrischen Speiseleitungen Antennenkoppler Allgemeines zu Antennenkopplern Verluste in Antennenkopplern Prinzipien von Antennenkopplern Antennenkoppler für unsymmetrische Speiseleitungen Verlängerungsspulen oder Verkürzungskondensatoren Prinzip Tiefpassfilter alias Pi-Filter Prinzip Hochpassfilter alias T-Koppler Prinzip abgestimmter Schwingkreis Der einfachste unsymmetrische Antennenkoppler Vorgehen beim Abstimmen Antennenkoppler für symmetrische Speiseleitungen Unsymmetrische Antennenkoppler mit 1:4-Balun Echter symmetrischer Antennenkoppler Johnson Matchbox, ein echter symmetrischer Antennenkoppler in Luxusausführung Einfacher Koppler zum Anschluss symmetrischer Speiseleitungen Link-Kopplung zum Anschluss symmetrischer Speiseleitungen T-Koppler mit Mantelwellensperre Automatische Antennenkoppler 118 5

6 11 Erdleitungskoppler SWV-Meter Antennenstrom-Messung Instrumente für den Antennenbau Dip-Meter Vielfachmessinstrument Rauschbrücke SWV- und vektorielle Analysatoren Analysatoren von MFJ Bausatz vektorieller Antennenanalysator FA-VA Vektorieller Netzwerk analysator minivna Netzwerktester FA-NWT Antennenumschalter Baluns Balun oder nicht? Wie erkenne ich einen schlechten Balun? Spannungsbalun Strombalun alias Mantelwellensperre Mantellwellensperre in Form einer Koaxialkabeldrossel Der klassische Strombalun Mantelwellensperre in Form einer Ringkerndrossel aus Koaxialkabel Mantelwellensperre mit Ferritkernen Der 1:9-Übertrager alias magnetischer Balun Impedanzwandler Impedanzwandler für Aufwärts-Transformation Impedanzwandler für Abwärts-Transformation Statische Aufladungen ableiten Allgemeingültige Regeln in der Antennentechnik Die sechs Merkregeln zum Antennenbau Jedes elektrisch leitende Gebilde kann als Antenne benutzt werden Es ist der Strom, der strahlt Freie Enden = Spannungsbauch Am Punkt des Erdübergangs liegt immer ein Strombauch Bei einer Schleifenantenne tritt am Punkt der halben Drahtlänge immer ein Strombauch auf Es gibt keine einbeinigen Antennen Eine Antenne kann an einem beliebigen Punkt eingespeist werden Nicht resonante Antennen Die Bandbreite einer Antenne Die Richtwirkung einer Antenne 161 6

7 17.12 Meteorologische Einflüsse auf Antennen Formeln Grafische Darstellung der Strom- und Spannungsverteilung auf einer Antenne Software zur Antennensimulation Dipole und dipolartige Antennen Der Dipol, ein Klassiker Aufbauformen des Dipols Der klassische resonante Dipol Abstrahleigenschaften eines klassischen Dipols in Relation zur Aufbauhöhe Abstrahleigenschaften eines tief hängenden Dipols Wo bleiben denn die 2,15 dbi Gewinn, die ein Dipol theoretisch haben soll? Gewinn beim real existierenden Dipol Einfluss der Bodenbeschaffenheit Die Antennenspeisepunkt-Impedanz Parameterveränderungen in Funktion der Aufbauhöhe Horizontaler Dipol versus Inverted Vee Bandbreite eines Dipols Der Dipol als Mehrbandantenne Der Dipol als Mehrbandantenne für 80/30/17/12 m Der Dipol als Mehrbandantenne unterhalb der Resonanzfrequenz Der Dipol mit symmetrischer Speiseleitung Mehrbandantennen auf Dipol-Basis Rollmeterdipole Mehrbanddipole Open-Sleeve-Antennen Außermittig gespeiste Antennen Windom-Antennen Stromsummen-Antennen Trap-Antennen Wie verhält sich eine Trap-Antenne in der Praxis Langdrahtantennen Echte Langdrahtantennen Unechte Langdrahtantennen Typischer Aufbau einer unechten Langdrahtantenne Erdleitung versus Gegengewicht Erdleitung Gegengewichtsdrähte Die Erdleitung als Spielverderber Was passiert, wenn wir gar keine Erdleitung anbringen? Netzerde als Erdleitung 220 7

8 Gibt es eine Lösung zum Thema strahlende Erdleitung? Was tun bei HF im Shack? Praktisches Beispiel einer unechten Langdrahtantenne Speisepunktimpedanzen Antennenanpassung Richtdiagramme L-Antennen Sloper Der Viertelwellen-Sloper Der Halbwellen-Sloper Der Halbwellen-Sloper mit Reflektor Schleifenantennen Stromverteilung auf Schleifenantennen Horizontale Schleifenantennen Vertikale Schleifenantennen Kreisförmige Schleifenantenne Quadratische Schleifenantenne, Einspeisung unten Quadratische Schleifenantenne, Einspeisung seitlich Rechteckige Schleifenantenne, Einspeisung seitlich Rechteckige Schleifenantenne, Einspeisung unten in der Mitte Schräg aufgehängte Quad-Schleife Dreieckschleife mit Speisung unten in der Mitte Dreieckschleife mit Speisung seitlich in der Ecke Unsichtbare Schleifenantennen Speisung von Schleifenantennen Symmetrische Speiseleitung Koaxialkabel Speisung mittels Antennenkopplers am Einspeisepunkt Praxisbeispiel: Mehrband-Schleifenantenne Funktionsweise der Antenne Abstrahlcharakteristiken Die praktische Ausführung der Antenne Praxiserfahrungen Rhombusantennen und andere scheinbare Schleifenantennen Rhombusantennen Praxiserfahrungen mit einer Rhombusantenne Daten einer echten Rhombusantenne Bisquare-Antennen Vertikale Antennen Horizontale Antennen versus vertikale Antennen Allgemeines zu Vertikalantennen Umgebungseinflüsse und Bodenleitfähigkeit Erregung auf Oberwellen Kommerziell gefertigte Vertikalantennen 267 8

9 26.3 Die Marconi-Antenne Die Groundplane-Antenne Definition von Gegengewicht und Radial Wie viele Radials benötigt eine Groundplane-Antenne Vertikalantenne für das 40-m-Band mit auf dem Boden ausgelegten Radials Platzsparende Verlegung von Radials Vertikalantenne für das 20-m-Band mit Radials, montiert auf einem Gebäude Die T-Antenne Praxisbeispiel einer T-Antenne T-Antennen im Amateurfunk Der vertikale Dipol Mehrbandbetrieb Praxisbeispiel eines vertikalen Dipols Der koaxiale Dipol Der koaxiale Dipol mit Sperrtopf Der koaxiale Dipol mit Mantelwellensperre Vertikaler Halbwellenstrahler mit Spannungsspeisung Resonante spannungsgespeiste Antennen Ankopplung über einen geerdeten Schwingkreis Die Zeppelin-Antenne oder Ankopplung über eine l/4-leitung Ankopplung mittels einer koaxialen Stichleitung Die Fuchs-Antenne Drahtlängen resonanter spannungsgespeister Antennen Spannungsgespeiste Vertikalantennen Multiband-Anpassgerät 3,5 MHz bis 28 MHz Antennen verkürzen Verkürzung mittels Spulen Generelle Aussagen in der Amateurfunkliteratur Einfluss der Position der Verlängerungsspule(n) Unverkürzter Dipol Verkürzter Dipol, 2 5 m, Verlängerungsspulen je innen, nahe dem Speisepunkt Verkürzter Dipol, 2 5 m, Verlängerungsspulen je 1/3 nach außen gerückt Verkürzter Dipol, 2 5 m, Verlängerungsspulen je in der Mitte jeder Dipolhälfte Verkürzter Dipol, 2 5 m, Verlängerungsspulen je 2/3 nach außen gerückt Zusammenfassung der Resultate des auf 2 5 m verkürzten Dipols Eigenschaften eines auf 2 2,5 m verkürzten Dipols Zusammenfassung der Eigenschaften eines mittels Spulen verkürzten Dipols Die Spulengüte Q Konstruktion von Verlängerungsspulen 309 9

10 Freitragende Spulen Spulen auf Spulenkörpern Spule mit durchgehendem Draht Sonderform einer Verlängerungsspule im Speisepunkt Wendelantennen Andere Formen mit Spulen verkürzter Antennen Verkürzung mittels kapazitiver Belastung Typische Formen kapazitiver Belastung m-Vertikalantenne mit Dachkapazität Vertikalstrahler mit voller Länge Vertikalstrahler 13,5 m lang mit Ladespule Vertikalstrahler 13,5 m lang und Dachkapazität nach G3TXQ Inverted Vee als Vergleichsantenne Vertikaler Halbwellenstrahler am Wetterballon als Vergleichsantenne Zusammenfassung der Resultate m-Vertikalantenne unter Verwendung eines bestehenden Antennenmasts mit Beam Kommerziell erhältliche Vertikalantennen mit kapazitiver Belastung Verkürzung durch Umbiegen der Enden Einfluss der Position und der Art des Umbiegens Unverkürzter Dipol Dipol durch Umbiegen der Enden auf 50 % verkürzt Inverted Vee, Mittelmast 10 m, Enden 2 m ab Boden Inverted Vee, Mittelmast 10 m, Enden 4 m ab Boden zur Mitte herein gezogen Zusammenfassung der Resultate Verkürzung durch Zurückfalten der Enden m-Dipol durch Zurückfalten der Enden auf 60 % verkürzt m-/40-m-Dipol mit zurückgefalteten Enden Die Morgain-Antenne Gedanken zur praktischen Ausführung solcher Antennen Verkürzung mittels Umwegleitungen Praktische Ausführungen von Umwegleitungen Spezialformen verkürzter Antennen Die Magnetantenne Die Isotron-Antenne Antennen mit Widerstandsabschluss EH-Antennen Yagi & Cie Vorwärtsgewinn versus Vor-Rück-Verhältnis Yagi-Antennen Die Einband-Yagi-Antenne Trap-Beams Verschachtelte Yagi-Antennen Das SteppIR-Prinzip

11 Spiderbeam Moxon-Beam Logper-Antennen Quad-Antennen Antennenmessungen mit amateurmäßigen Mitteln Antennenideen für Antennengeschädigte Was kann von einer unsichtbaren oder getarnten Antenne erwartet werden? Wie erstellt man eine unsichtbare oder getarnte Antenne? Aufbau einer Dachbodenantenne Verlegung von Koaxialkabel im Außenbereich Verlegung eines Antennendrahts im oder hinter dem Dachkännel Unsichtbarer Antennendraht Das Eile-mit-Weile Prinzip Wo findet man Antennenideen? Ein Sammelsurium von Antennenideen Der Dachrinnen-Dipol Der Fahnenmast Fahnenmast aus Metall Fahnenmast aus Kunststoff Der Fiberglasmast als Antennenträger Auslegung der Antenne als Dipol Auslegung der Antenne als endgespeisten Halbwellenstrahler Der Baum als Antennenträger Teilweise ins Haus integrierte dipolartige Antennen Teilweise ins Haus integrierte L-Antenne Schleifenantennen Schleifenantenne im Dachboden Schleifenantenne rund ums Haus Schleifenantenne für beengte Verhältnisse Die Magnetantenne Die Isotron-Antenne Der Wäscheseil-Trick Die Kinderseilbahn Der Blitzableiter als Behelfsantenne? Weniger erfolgreiche Antennentypen Verbotene Antennen Getarnte Antennen für das 2-m- und 70-cm-Band Das Lüftungsrohr für die Kanalisation Der Wetterhahn auf dem Dach Mobilbetrieb Ist mein Fahrzeug HF-tauglich? Mobilbetrieb auf VHF/UHF Mobilbetrieb auf den KW-Bändern

12 33 Portabelbetrieb Funktechnisch günstige Standorte Das Equipment Antennenideen Antennen auf der Basis von Glasfibermasten Bäume als Antennenaufhängepunkt Professionell gefertigte Antennen für Portabelbetrieb Portabelbetrieb vom Wohnmobil aus Portabelbetrieb aus Hotels oder Ferienwohnungen Stromversorgung bei Portabelbetrieb Stromversorgung ab Trockenbatterien Stromversorgung durch Akkumulatoren ohne Nachladung Stromversorgung durch Akkumulatoren mit Nachladung mittels Solarpanel oder Windgenerator Akkumulatoren mit Nachladung mittels Ladegerät und Stromerzeugungsaggregat V-Akkumulatoren mit Battery Booster Netzersatzspeisung mittels Stromerzeugungsaggregat Akkumulatoren in der Praxis Stromerzeugungsaggregate Prinzipien der Stromerzeugungsaggregate Messungen an Stromerzeugungsaggregaten Verwendung von 60-Hz-Aggregaten Andere Länder andere Elektrizitätsnetze Man glaube nie einer Steckdose, die man nicht selbst ausgemessen hat! Des Elektrikers Notfallapotheke Einphasenanschluss in europäischen Ländern Netzstecker Netzspannungen Netzfrequenz 50 Hz oder 60 Hz Europäische Stromversorgung versus US Stromversorgung Schlussbetrachtung 428 Literatur 430 Fotonachweise