Zurück auf Start Berechnung einer Mehrbandantenne

Drahtantennen sind für den Portabeleinsatz auf den Kurzwellenbereich wohl die erste Wahl. Ich zeige Ihnen auf dieser Webseite, wie sich eine für mehrere Bänder maßgeschneiderte Mehrbandantenne berechnen lässt. Ausgangspunkt ist eine Doublet-Antennen, denn sie besteht aus 2 Strahlerhälften und einer Zweidrahtleitung. Da diese Antennen nicht resonant sind, erfordern sie einen Antennentuner und einen Balun zur Anpassung des unsymmetrischen Transceiver-Ausgangs an die symmetrische Speiseleitung.
 
Ich wollte eine möglichst universell einsetzbare Antenne bauen. Sie sollte sowohl mit Zuleitung zum Beispiel als Inverted-Vee als auch ohne Zuleitung als Vertikal nutzen sein. Und ich wollte sie nur für einige Bänder bauen und nur so lang wie erforderlich machen.
 
Wenn die Länge von Strahler und Leitung auf einem Band ein ganzzahliges Vielfache von 0,5 λ beträgt, tritt am Fußpunkt eine sehr hohe Impedanz auf. Und die kann in der Regel der Antennentuner nicht anpassen. Doch da der Betrieb auf mehreren Bändern gewünscht ist, beginnt die Suche nach Längen für den Strahler und für die Leitung, bei der auf allen Bändern nur moderate Fußpunktimpedanzen auftreten.
 
Geeignete Anschaltpunkte
 
Auf die Idee, die geeignete Stelle zum Anschalten der Speiseleitung berechnen zu lassen, kam bereits Karl H. Hille, DL1VU, im Buch "Windom- und Stromsummen-Antennen" [1]. Darin berechnet er den optimalen Punkt auf dem resonanten Antennendraht einer Windom-Antenne. Doch das von ihm genutzte Verfahren lässt sich auch auf eine Hälfte einer Doublet-Antenne anwenden. Es ist ja ebenfalls ein hochohmiges Ende vorhanden und es ist ein Punkt mit moderater Impedanz gesucht.
 
Der Algorithmus zur Berechnung von Windom- und Stromsummen-Antennen hat jedoch eine Eigenart, die bei Nichtbeachtung zu Fehlern führt. Bei der Ermittlung geeigneter Anschaltpunkte werden die an einer bestimmten Stelle der Antenne fließenden Ströme aller Bänder addiert. Dadurch entsteht das charakteristische "Gebirge" wie im Bild unten. Prinzipbedingt dürfen nur die Gipfel (Maxima) in Betracht gezogen werden - Nebengipfel sind nicht verwendbar.
 
Aussagekräftiger ist das Bilden des Produkts. Beim Produkt ist das Ergebnis jedoch auch dann niedrig, wenn der Wert auf einem Band niedrig ist.
 
Stromsumme und -produkt für 160 bis 10 m
 
Das Bild oben zeigt die Stromsumme (rot) und das Stromprodukt (blau) auf einer 9-Band-Antenne für 160 bis 10 m bis 300 m Länge. Die Maxima der Summe und des Produkts sind in etwa an identischen Stellen. Doch die nutzbaren Maxima sind beim Produkt besser erkennbar.
 
Das nachfolgende Formular gibt die Maxima bis zu einer Entfernung von 300 m vom hochohmigen Ende des Drahts aus, deren Werte über 0,1 liegen. Es lassen sich bis zu 9 Bänder und Frequenzen eintragen.
 

MHz

MHz

MHz

MHz

MHz

MHz

MHz

MHz

MHz

 

 


Ich war auf der Suche nach einer für den CW-Transceiver Elecraft K1 nutzbaren Antenne. Das der Transceiver nur für das 40-, 30-, 20- und 17-m-Band ausgelegt, muss die Antenne auch nur für diese 4 Bänder bemessen sein. Die ersten 4 Maxima sind 5,51 m, 9,43 m, 12,58 m und 18,58 m. Die Werte in Klammern geben jeweils die Höhe des Stromprodukts an.
 
Maxima auswählen
 
Doublet Aus den Maxima lassen sich die elektrischen Längen des Antennendrahts und der Zuleitung berechnen. Da immer mehrere Maxima ausgegeben werde, lässt sich ein Maximum zur Berechnung des Antennendrahts und die Differenz bis zum nächsten Maximum zur Berechnung der Zuleitung nutzen. Die Maxima müssen nicht das erste und das zweite sein. Es ist zum Beispiel auch das zweite Maximum für die Ermittlung der Länge des Antennendrahts und die Differenz bis zum vierten Maximum für die Länge der Speiseleitung nutzbar. Die Wahl richtet sich einzig nach den Aufbaumöglichkeiten (Masthöhe, Abspannpunkte) der Antenne. Ich wählte aus den errechneten Maxima 5,51 m und 12,58 m aus.
 

m (kleinerer Wert)

m (größerer Wert)

 

 

 

m (= M1)

m (= M2 - M1)

m (= lSE · VFS)

m (= lLE · VFL)


Das vom Endpunkt des Drahts zuerst erreichte Maximium M1 ist die elektrische Länge lSE des Strahlers, hier 5,51 m. Die Differenz von hier 7,07 m bis zum nächsten gewählten Maximum M2 ist die elektrische Länge lLE der Zweidrahtleitung. Nun aus den elektrischen Längen unter Berücksichtigung der Verkürzungsfaktoren die mechanischen Längen des Strahlers lSM und der Zweidrahtleitung lLM berechnen. Die von mir verwendeten Drähte besitzen einen Verkürzungsfaktor von VFS = 0,98, die Zweidrahtleitung hat laut Hersteller einen Verkürzungsfaktor von VFL = 0,80.
So ergaben sich im Beispiel als Längen der beiden Hälften der Doublet-Antenne jeweils 5,51 m (zusammen 11,02 m) und als Länge der Zweidrahtleitung 5,66 m.
 
Das Verwenden von 2 Maxima bringt den gewollten positiven Nebeneffekt mit sich. Da die beiden Strahlerhälften jeweils selbst auch niedrige Impedanzen besitzen, lassen sich die Strahlerhälften auch ohne Zuleitung direkt an den Antennentuner anschließen. Wenn doch eine Zweidrahtleitung erforderlich sein sollte, so hat die gewählte Länge zusammen mit dem Strahler ebenfalls eine niedrige Impedanz.
 
Kontrolle
 
Bleibt nur noch die Frage, ob die so ermittelten Längen auch die erhofften niedrigen Impedanzen auf den ausgewählten Bändern ergeben. Die elektrische Länge der Strahlerhälften (S) und die elektrische Länge der aus Strahler und Zweidrahtleitung (S+Z) zusammengeschalteten Konstruktion dürfen keine Vielfache von 0,5 λ betragen. Im abschließenden Schritt werden daher die ermittelten Längen kontrolliert und die entsprechenden Wellenlängen ausgegeben. Die Frequenzen sowie die Längen der Strahlerhälften und Zweidrahtleitung stammen aus den beiden vorherigen Berechnungen.
 

m bei VF =

m bei VF =

 

S =λ, S+Z=λ 

S =λ, S+Z=λ 

S =λ, S+Z=λ 

S =λ, S+Z=λ 

S =λ, S+Z=λ 

S =λ, S+Z=λ 

S =λ, S+Z=λ 

S =λ, S+Z=λ 

S =λ, S+Z=λ 


Möglichkeiten und Grenzen
 
Mit den hier dargestellten Berechnungen lassen sich lediglich nutzbare Strahler- und Speiseleitungslängen ermitteln. Rückschlüsse auf die Abstrahlung und somit die Wirksamkeit der Antennen sind nicht möglich. Außerdem wird die Fußpunktimpedanz entsprechend der Aufbauhöhe und der vorhandenen Bebauung immer etwas variieren. Doch diese Änderungen sollte der ohnehin notwendige Antennentuner ausgleichen können.
 
Literatur:
[1] Karl H. Hille, DL1VU: Windom- und Stromsummen-Antennen. Theuberger Verlag, Berlin 2000; Box 73, Artikel X-9141