Antennenformen III

Wie wir bereits gelernt haben, kann ein Halbwellendipol auch an einem Ende gespeist werden. Der Speisewiderstand ist bei einer Drahtlänge von $\lambda / 2$ oder Vielfachen davon hochohmig (ca. $\qtyrange{2000}{2500}{\ohm}$). Eine Möglichkeit der Anpassung ist der bereits besprochene Fuchskreis.

AG419: Was ist beim Aufbau des dargestellten Drahtantennensystems zu beachten? Die Drahtlänge des Strahlers sollte ...
1) Kurzbeschreibung: Schaltplan in rechteckiger Leitungsführung; von links ein mit „50–75 Ω“ beschriftetes Koaxialkabel: der innere Leiter ist über eine vertikale Spule (zwei nach rechts gerichtete Halbbögen) mit Masse verbunden, der äußere Leiter ist direkt mit Masse verbunden; unteres Ende der Spule nach rechts mit einem Parallelschwingkreis aus Spule und Drehkondensator verbunden; oberes Ende des Parallelschwingkreises verbunden mit einem horizontalen Leiter.

2) Ausführliche Beschreibung: Der Schaltplan enthält einen rechteckigen Schaltkreis aus geraden Leitern. Von links ist ein Koaxialkabel eingezeichnet, beschriftet mit „50–75 Ω“. Dessen innerer Leiter ist über eine vertikale Spule (zwei nach rechts gerichtete Halbbögen) mit Masse verbunden, der äußere Leiter ist direkt mit Masse verbunden. Das untere Ende der Spule ist nach rechts mit einem Parallelschwingkreis aus vertikaler Spule (vier nach links gerichtete Halbbögen, parallel zur ersten Spule eingezeichnet) und Drehkondensator (zwei horizontale Striche mit einem nach oben rechts zeigenden Pfeil) verbunden. Das obere Ende des Parallelschwingkreises führt zu einem etwas dicker eingezeichneten, horizontalen Leiter mit einem Anschlusspunkt am Ende.

Eine andere Möglichkeit ist ein Transformator mit einem Übersetzungsverhältnis von $ü = 1:7$. Da sowohl Spannung als auch Strom um den Faktor $\num{7}$ multipliziert bzw. dividiert werden, ergibt sich für den Widerstand eine Transformation von $1:7^2 = 1:49$ entsprechend $(1 \cdot \qty{50}{\ohm}) : (49 \cdot \qty{50}{\ohm}) = \qty{50}{\ohm} : \qty{2450}{\ohm}$.

Hinsichtlich der Impedanztransformation (Transformation des Widerstands) geht das Windungsverhältnis eines Transformators im Quadrat ein, d. h. ein Transformator mit einem Windungsverhältnis von 1:7 sorgt für eine 1:49-Impedanztransformation. Bei Baluns und Un-Uns ist oft ist nicht angegeben, ob es sich um das Windungs- oder das Impedanzverhältnis handelt. Es besteht also die Möglichkeit der Verwechselung. Üblich ist die Angabe des Impedanzverhältnisses. Bei einem Transformator mit einem Windungsverhältnis ($ü$) von 1:7 spricht man dann z. B. von einem 1:49-Un-Un.

Als Gegengewicht wird oft ein kurzes Drahtende (mindestens ein zwanzigstel der Wellenlänge) oder ein Teil der koaxialen Zuleitung verwendet. Eine Mantelwellensperre (Abkürzung MWS) verhindert, dass das weitere Zuleitungskabel zum Teil der Antenne wird.

AG123: Wie wird die dargestellte Antenne bezeichnet (MWS = Mantelwellensperre)?
Kurzbeschreibung: Schaltbild mit einem langen horizontalen Leiter (≈ λ/2), einer großen Spule mit Übersetzungsverhältnis „ü = 1 : 7“, einem links angeschlossenen Block „MWS“ und Maßangabe „≥ 0,05·λ“ am abgehenden vertikalen Leiter.

Ausführliche Beschreibung: Vom linken Ende eines langen, waagerechten Leiters mit Begrenzungspfeilen nach links und rechts und der Beschriftung „≈ λ/2“ geht eine senkrechte, große Spule ab. Sie ist mit „ü = 1 : 7“ bezeichnet. Links neben der Spule verläuft parallel eine gestrichelte senkrechte Linie. Unten an der Spule ist ein Knotenpunkt, von dem ein Leiter senkrecht nach unten führt; daneben zeigt ein Doppelpfeil mit Beschriftung „≥ 0,05·λ“ die geforderte vertikale Länge. Vom Knotenpunkt am unteren Ende der Spule führt ein Leiter zu einem Block mit der Beschriftung „MWS“. Der Block enthält zwei kleine Spulen links (oben und unten) sowie rechts von den Spulen einen Kondensator zwischen zwei Klemmen. Die rechte Klemme ist mit dem unteren Spulenanschluss der großen Spule verbunden. Links am „MWS“-Block ist ein Eingang mit der Beschriftung „50 Ω“.
AG124: Wie wird die in der nachfolgenden Skizze dargestellte Antenne bezeichnet (MWS = Mantelwellensperre)? Es handelt sich um eine ...
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Ein Schaltplan zeigt eine Anordnung elektrischer Bauteile. Links verläuft eine Leitung mit 50 Ohm, gefolgt von einer Spule, die als MWS beschriftet ist. Eine weitere Spule und ein Kondensator sind parallel angeordnet. Rechts ist eine größere Spule abgebildet, deren Umwicklungsverhältnis mit

Anstelle eines Fuchskreises oder Transformators kann auch eine Zweidrahtleitung der Länge $\lambda / 4$ verwendet werden. Dann spricht man von einer Zeppelinantenne.

AG120: Wie wird die folgende Antenne in der Amateurfunkliteratur bezeichnet?
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Kurzbeschreibung: Schematische Zeichnung mit einer waagerechten Leitung, deren Länge mit „λ/2“ markiert ist, und einer links anschließenden senkrechten Doppelleitung, deren Höhe mit „λ/4“ angegeben ist.

Detailbeschreibung: Eine kräftige, waagerechte Linie verläuft von links nach rechts; darüber befindet sich ein beidseitiger Pfeil (links–rechts) mit der Beschriftung „λ/2“. Links ist eine senkrechte Doppelleitung dargestellt: zwei parallele Linien mit mehreren kurzen Querverbindern (leiterartig), die oben mit einem ausgefüllten Punkt an die waagerechte Linie angeschlossen ist. Rechts neben dieser Senkrechten steht ein beidseitiger Pfeil (oben–unten) mit der Beschriftung „λ/4“. An den Endbereichen der waagerechten Linie sind Gruppen kleiner, offener Kreise eingezeichnet; am unteren Ende der senkrechten Doppelleitung befinden sich zwei ausgefüllte Punkte. Eine feine gestrichelte Horizontallinie verläuft auf Höhe der waagerechten Leitung über den linken und rechten Bildrand hinaus.

Ebenso wie bei einem endgespeisten Halbwellendipol kann auch bei anderen Antennenformen eine Speiseleitung mit abweichendem Wellenwiderstand zur Anpassung verwendet werden. Für die Klasse E haben wir bereits die Ganzwellen-Schleifen-Antennen kennengelernt; darunter auch die Delta-Loop und die Quad-Antenne. Eine Delta-Loop-Antenne hat bei gleichlangen Schenkeln eine Speiseimpedanz von etwa $\qty{100}{\ohm}$. Durch Einfügen einer $\lambda / 4$-Leitung mit einem Wellenwiderstand von $\qty{75}{\ohm}$ erfolgt eine Transformation auf die im Amateurfunk üblichen $\qty{50}{\ohm}$.

AG117: Wie wird die folgende Antenne in der Amateurfunkliteratur üblicherweise bezeichnet?
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Kurzfassung: Schematische Zeichnung einer dreieckigen Drahtschleife mit Speisepunkt unten, angeschlossen an ein λ/4‑Stück 75‑Ω‑Koax und daran ein 50‑Ω‑Koax.

Details: Ein großes, nach oben zeigendes Dreieck (geschlossene Schleife) ist mittig symmetrisch gezeichnet; im Inneren steht die Beschriftung „l = 43,18 m für 7,1 MHz“. Vom unteren Mittelpunkt der Dreiecksbasis führen zwei kurze, parallele vertikale Leiter nach unten zu einem kurzen, zylindrisch dargestellten Abschnitt (offene Ellipse oben), der links mit „λ/4“ und rechts mit „75 Ω“ beschriftet ist; kleine schwarze Punkte markieren Anschlusspunkte oben und unten an diesem Abschnitt. Darunter ist ein längerer, ebenfalls zylindrisch gezeichneter Abschnitt angeschlossen, rechts mit „50 Ω“ beschriftet; oben ist ein Verbindungspunkt eingezeichnet, das untere Ende ist offen dargestellt und setzt sich angedeutet nach unten fort (gestrichelte Mittellinie). Alle Linien sind schwarz auf weißem Hintergrund; es gibt keine weiteren Bauteile, Achsen oder Skalen.

Der optimale Wert für den Wellenwiderstand einer $\lambda / 4$-Speiseleitung, die zur Anpassung verwendet wird, errechnet sich aus dem geometrischen Mittel der beiden Impedanzen (z. B. $\qty{50}{\ohm}$ und $\qty{100}{\ohm}$ entsprechend $\sqrt{\qty{50}{\ohm} \cdot \qty{100}{\ohm}} \approx \qty{70,7}{\ohm}$.

Führt man die Ganzwellenschleife als Quadrat aus, dann muss die Länge jeder Seite entsprechend ein Viertel der Wellenlänge betragen.

AG119: Bei einer Quad-Antenne beträgt die elektrische Länge jeder Seite ...

Wie beim Dipol weicht die mechanische Länge einer Ganzwellen-Schleifenantenne von der elektrischen Länge ab. Im Gegensatz zum Verkürzungsfaktor bei Dipolen gibt es bei Ganzwellenschleifen hingegen überraschenderweise einen Verlängerungsfaktor, d. h. die Antenne muss wenige Prozent länger sein, als eine Wellenlänge im Freiraum wäre.

Da Frequenzbänder unterschiedliche Ausbreitungsbedingungen zu unterschiedlichen Tages-, Jahres- und Sonnenzykluszeiten aufweisen, möchten Funkamateure gerne auf möglichst vielen Frequenzbändern Betrieb machen können. Zwei Beispiele für Multibandantennen sind die G5RV-Antenne mit zwei gleichlangen Schenkeln und einer Zweidrahtleitung sowie die asymmetrisch angeregte Windomantenne, bei denen sich durch geschickte Abmessungen viele Resonanzen und damit eine Nutzung auf möglichst vielen Amateurfunkbändern ergeben.

AG121: Wie wird die folgende Antenne in der Amateurfunkliteratur bezeichnet?
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1) Kurze Zusammenfassung: Schematische Zeichnung mit einer horizontalen Leitung und einem mittigen Abzweig zu einer vertikalen, parallel geführten Zweileiterleitung; Maßangaben „31,2 m“ horizontal und „10,3 m“ vertikal, unten die Beschriftung „75 Ω“.

2) Detaillierte Beschreibung: Ein waagerechter, dicker Strich verläuft über die gesamte Breite. Über ihm steht ein beidseitiger Maßpfeil mit der Aufschrift „31,2 m“. Nahe den beiden Enden der Horizontalleitung sind kleine offene Kreise eingezeichnet. In der Mitte der Horizontalleitung befinden sich zwei gefüllte Punkte; von dort führt nach unten eine senkrechte Zweileiterleitung aus zwei parallelen Linien mit mehreren kurzen Querstreben (leiterartig). Rechts neben dieser senkrechten Leitung zeigt ein vertikaler Doppelpfeil von der Horizontalleitung nach unten, beschriftet mit „10,3 m“. Am unteren Ende der Zweileiterleitung sind zwei gefüllte Punkte; direkt darunter steht je ein kleines „x“. Unter diesen Markierungen befindet sich mittig die Textbeschriftung „75 Ω“.
AG122: Wie wird die folgende Antenne in der Amateurfunkliteratur bezeichnet?
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Diagramm einer Antenne mit einem Pfeil von links nach rechts oben, der 41,5 m anzeigt. In der Mitte ist ein quadratisches Element mit der Beschriftung

Dass eine Antenne resonant ist, bedeutet noch nicht, dass sie auch eine gute Abstrahlcharakteristik aufweist. Oftmals ist es gewünscht, eine möglichst flache Abstrahlung zu erreichen. Bei gegenüber Erde erregten Vertikalantennen ergibt sich eine Länge von ca. $5/8 \lambda$ als Optimum.

Ein einfacher Draht mit Erde als Gegenpol ist bei einer Länge von $5/8 \lambda$ nicht resonant. Resonanzen ergeben sich nur bei $1/4$, $3/4$, $5/4$ usw. Daher ist eine Anpassung notig. Dies wird in der Regel durch Einfügen einer Spule erreicht, welche die elektrische Länge von $5/8$ auf $6/8$ (also $3/4$) verlängert. Solche Spulen sieht man oft bei Antennen für den KFZ-Bereich.

Das Optimum von $5/8 \lambda$ gilt nur für gegenüber Erde erregte Antennen. Betrachtet man beispielsweise mittengespeiste Dipole, die sich entweder im Freiraum oder vertikal, knapp über dem Erdboden befinden, dann liegt das Optimum bei $5/4 \lambda$.

AG223: Bei welcher Länge erreicht eine Vertikalantenne für den Kurzwellenbereich über einer Erdoberfläche mittlerer Leitfähigkeit eine möglichst flache Abstrahlung?

Weiter zum nächsten Abschnitt: Antennenlänge und -resonanz