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bLOG-buch
Durchwachsene Bedingungen auch an diesem Sonntag mit Signalen von S. 0-7 hier in 178 BG.
Auf 10 USB Kucha Hans portabel mit der neuen Preisident Schorsch II. 8 USB CB Bayernrunde mit Lars aus 153, WOW congrats! Die Verbindung 178 zur 13 CB-Bayernrunde und dann 153 zu 13 wurden mit vertikaler Polarisation und jeweils einer HyZooka-Antenne an den Standorten erreicht (UTC 10:00). Alles richtig gemacht - 9000 km Luftlinie!
Die letzten zwei Wochen waren durchwachsen, es gab gute Funktage und Tage an denen sehr wenig ging. Die 'Bayernrunde konnte sowohl von der Rhön als auch vom gewohnten Standort erreicht werden. Aus dem Nichts ein QSO mit dem Schwarzwälder auf FM. Demodulation von SSB am alten AM/FM Meßempfänger mit Hilfe von einem externen Träger, und natürlich Baroni Power.
Im Portabel Funkbetrieb führt das Zuleitungskabel zwischen Antenne und Funkgerät jedoch meist einen sehr direkten Weg ohne echten Bodenkontakt. Befindet sich das Funkgerät zusätzlich noch im Inneren eines Fahrzeuges, wird jegliche Verbindung zum Boden durch die Reifen unterbrochen. Jetzt ist es nun mal so, daß Antennen mit dem Grund interagieren, viele Antennen sind explizit auf Grundkontakt konstruiert und funktionieren ohne Bodenhaftung erst gar nicht. Die meisten Antennen für CB-Funk sind so ausgelegt, daß man mangelhaften Grundkontakt über die Anpassung weitestgehend 'weg anpassen' kann und zumindest das SWR so weit einstellbar bleibt. Jedoch können grundlos auch Nachteile im Betrieb entstehen, die unter bestimmten Umständen dann auffälliger werden.
Ein Problem, welches einem vor allen beim Betrieb aus dem Auto auf dem Berg begegnet, sind statische Aufladungen. Diese können bei manchen Antennenformen im stärkeren Maße entstehen und bilden sogar eine Gefahr für das Funkgerät. Insbesondere davon betroffen sind Antennen ohne Erdschluss, also ohne Verbindung zwischen Strahler und Masse (DC-grounded). Als Beispiel hat die sehr oft portabel eingesetzte T2LT/RFD-Antenne jedes Jahr einige Endstufen und RX-Eingänge auf dem Gewissen, hier besteht keine Ableitung der Aufladungen Richtung Masse. Die Kabelmasse selbst hat dann oftmals auch keinen Kontakt zum Grund, um irgend etwas gegen Erde abzuleiten. So kann der beliebte vertikal Dipol zum Stromspeicher werden und die Ladung dann über das Koaxkabel zum Funkgerät gelangen. Solche Aufladungen geschehen in Verbindung mit bestimmten Wetterlagen, meist wenn Gewitter mit Sturm entfernt durchziehen. Bei direktem Gewitterbefall ist das Umlegen des GFK-Mastes beim Portabelbetrieb selbstverständlich und das Steckerrausziehen Routine. Steigert sich aber das Energiepotenzial in der Luft nur langsam und das Wetter bleibt lokal unberührt, kann es eben zu diesen Aufladungen kommen. Besteht dabei dauerhafter Kontakt zum Gehäuse des Funkgerätes, bleibt das meist unbemerkt und die Spannungen werden über die Masseverbindung weitestgehend abgeleitet. Ist die Antenne jedoch kurzzeitig ganz von der Ableitung abgetrennt, können sich sehr hohe Spannungen aufbauen. Wird nun der Antennenstecker einer statisch geladenen Antenne in das Funkgerät gesteckt mit PL-Pin voran, kann es zu einer Entladung in das Funkgerät kommen und dort Beschädigungen verursachen. Hier ist es dringend ratsam den PL-Stecker-Pin kurz auf Erde zu kontaktieren, bevor er in das Funkgerät eingesteckt wird. Sollte hierbei ein kleiner Funke enstehen ist Vorsicht geboten. Wenn auch bei einer zweiten Massekontaktierung wieder Spannung aufgebaut ist, sollte vom Funkbetrieb mit z.B. T2LT/RFD etc. abgesehen werden, solche Wetterlagen gehen jedoch meist schnell vorüber.
Aber auch bei Antennen mit Masseschluss bleibt das Problem der mangelnden Ableitungsmöglichkeiten im Portabelbetrieb, denn ein direkter Erdkontakt besteht auch hier nicht. Selbst wenn solche besagten Wetterlagen recht selten sind, kann man für längere Portabelaufbauten Vorsorge betreiben, das Wetter kann sich ändern. Wer nur für wenige Stunden bei gutem Wetter auf dem Berg ist, kann den Aufwand jedoch scheuen. Wohin jetzt also mit der unliebsamen Aufladung, natürlich in den Grund. Schon ein kurzer Erdungsstab im Boden und ein einfaches kurzes Kabel von dort auf die Antennenkabelmasse bringen deutlich Abhilfe.
Hierbei geht es in keinster Weise um Blitzableitung, sondern nur um die Ableitung von statischer Aufladung! Bei Gewitter gilt es weiterhin den Schwanz einzuziehen! Antennen mit Masseschluss bringen bei direktem Blitzeinschlag keinerlei Vorteile!
Der Punkt für eine Ableitung sollte möglichst nahe der Antenne geschehen, also dort wo das Koax vom Mast zum Boden kommt. Hierfür kann eine Kupplung für das Verlängerungskabel dienen, auf deren Masse die Erdleitung kommt. Es gibt aber auch spezielle wasserfeste Erdungsschellen für Koaxkabel, welche auf das Koax aufgebracht werden. Diese Schellen haben kleine Krallen die sich zur Schirmung des Kabels kontaktieren, eine Gummidichtung verschließt die Stelle wieder. Nicht ganz billig ... aber eine Anschaffung, insbesondere für aktive viel Bergfunker, die man sich leisten kann. Natürlich kann man sich sein Portabelkabel auch mit gutem Schrumpfschlauch und etwas Kabel selber bauen. "Ich selbst nutze auf Spiegellänge bemessene Portabelkabel passend zum Mast, bei denen alles für die Erdkontaktierung vorbereitet ist. So ist es kaum Mehraufwand noch kurz den Erdspieß in die Erde zu bringen und bei längeren Aufenthalten die Kombination aus GFK-Mast und vertikalem Strahler frei von Aufladungen zu halten. Das schont Geräteeingang und oftmals auch die Ohren, denn Aufladungen machen sich durchaus auch im Empfang hörbar."
Einen weiteren Weg zur Erde kann man zusätzlich über einen hochohmigen Widerstand bereit stellen. Dieser liegt als Brücke zwischen dem Innenleiter und der Schirmung des Antennenkabels. Der Widerstand ist zu hochohmig, daß über ihn HF abgeleitet wird. Statische Aufladungen hingegen können über ihn auf Masse abfließen. Am besten wird die Ableitung in eine kleine wasserfeste Metall-Box gebaut, das Koax in dieser nur aufgetrennt aber nicht unterbrochen (um Verluste zu vermeiden) und dann die Brücke mit dem Widerstand eingelötet. Sicherlich gibt es durch dieses Hindernis im Signalweg kleine Verluste,
jedoch bei Antennenaufbauten mit hohem Aufladungsfaktor ist so eine
Ableitung manchmal sinvoll oder sogar unverzichtbar. Die Ableit-Box kann zu dem dann auch gleich als Erdungsbox am Fußpunkt der Antenne dienen und die Masse wird hier mit dem Erdspieß verbunden.
Ein kleiner Spieß im Boden hilft also bei längeren portabel Aktionen schon mal als Sicherheitsbonus gegen Aufladungen, einen Einfluss auf die Reichweite wird er jedoch kaum alleine erbringen - für eine echte HF-Masse ist die Kontaktfläche eines einzelnen Stabes zu gering. Viele Antennen profitieren jedoch von einer Kontaktierung mit dem Erdreich. Diese erfolgt am besten mit Bodenradialen, also Drähten die am Boden liegen und mit der HF-Masse Verbunden sind. Idealer Anschlusspunkt ist dann der Erdungs-Bodenspieß, also am Fuß des Mastes. Die Radiale gehen nun sternförmig vom Erdungspunkt weg und erzeugen einen flächigen Kontakt. Dabei können die Drähte isoliert sein und das Kabel braucht nur locker am Grund liegen. Für den portabel Aufbau reichen dabei vier bis acht Radiale zu ca. λ¼. Hier bleibt nun die Frage: Lohnt sich dieser Aufwand denn, gibt es merkbare Signalunterschiede? Das hängt sehr von der Antennenart ab ... es gibt Antennen die weniger erdgebunden arbeiten, andere die förmlich nach Erdung schreien. Vertikale mittengespeiste Dipole wie die T2LT/RFD und die auf λ⅝ verlängerten GM-Clone sind etwas weniger auf direkten Erdkontakt angewiesen wie endgespeiste Antennen. Bei der radiallosen Halbwelle z.B. ist der einzige Weg zur Erde das Koaxkabel, wenn portabel ein (nicht leitender und geerdeter) GFK-Mast eingesetzt wird. Eine Halbwelle ist aber nun mal nicht wirklich radial los, sondern sucht Bodenkontakt. "Was reinkommt, muß auch wieder raus können ... eine Halbwellen-Antenne ist kein Faß ohne Ende". Erst mit der Interaktion zum Erdreich findet die Welle einen Fortsatz im Grund und die Antenne erhält soz. einen radialen Erdstrahler unterhalb des Mastes. So profitieren praktisch alle Antennen von einem Radialnetz, die konstruktionsbedingt so wie so schon stärker auf die Grundbedingungen reagieren.
Ist der Unterschied merkbar und meßbar? Das hängt stark vom Aufbauort und wie gesagt von der Antennenart ab. Auch machen sich Unterschiede zwischen ab oder zugeschaltetem Erdnetz nicht überall gleich bemerkbar. In Tests mit zahlreichen Stationen ergaben sich in vielen Fällen keine merklichen Unterschiede zwischen den Schaltzuständen, jedoch bei einzelnen Stationen dann doch. Das zugeschaltete Erdnetz brachte bei einigen Stationen deutlich stärkere Signale. Die meisten Stationen wurden auf direktem Weg über Bodenwelle oder direkter Reflexion über Raumwelle erreicht. Stationen die aber nicht in freier Direktverbindung liegen, konnten mit zugeschaltetem Bodennetz besser versorgt werden. Man kann also den Rundfunksendern angelehnt sagen, daß das Signal im Versorgungsgebiet gleichmäßiger stabilisiert ist und dadurch mehr Empfänger erreicht werden.
"Wir arbeiten hier vor allem mit Halbwellen und Antennen mit Masseschluss. Wir sind in der Nähe der Küste und unter uns befindet sich ein riesiges Süßwasservorkommen. Bei uns ergibt sich im Schnitt bei jeder fünften Station ein Vorteil durch das Radialwerk am Boden und daher Grund genug auf Erdkontakt zu gehen. Das kann unter anderen Aufbaubedingungen anders aussehen und bedeutet zusätzlichen Aufbauaufwand. Wenn der Mast jedoch länger als ein paar Stunden stehen soll, verwenden wir meist einen Erdungsspieß zur Ableitung von statischen Aufladungen. An diesem sind die Erdradiale fest angebracht und schnell ausgelegt, aber Achtung Stolperfalle."
Wir Funker sind keine kommerziellen Radiostationen, bei denen es ums Geldverdienen geht. Radiostationen sind darauf angewiesen Versorgungslücken zu schließen und einen großen Radius sicher ab zu decken, um Zuhörer zu bekommen. Daher ist es dann mehr auch privater Ehrgeiz des Funkers, das beste aus der Antennenanlage heraus zu holen. Stationäre private Funkamateure betreiben ja auch oft einen erheblichen Erd-Aufwand, bevor sie den eigentlichen Antennenmast setzen. Nur weil man portabel aufbaut, werden die Grundvoraussetzungen der guten Wellenausbreitung nicht ungültig, sondern können wie beschrieben oftmals jedoch in der Vernachlässigung entfallen. "Bei unseren Aufbaubedingungen lohnt sich der Mehraufwand für uns und bei längeren Aufenthalten ist sowohl Erdungsspieß als auch Radialnetz mit an der portabel Antenne".
Was passiert unter der Antenne - Bodeninteraktion selbst testen. Eine einfache Möglichkeit die Welt unter der Antenne zu erforschen, ergibt sich z.B. beim üblichen Stand-Mobil-Aufbau mit dem Fahrzeug. Es wird ein Auffahrfuß aufgestellt und das Fahrzeug mit einem Reifen darauf plaziert. An dem Auffahrfuß wird der GFK-Mast befestigt und die Antenne daran ausgeschoben. Das Koaxkabel geht dabei direkt von der Antenne in das Fahrzeug, dort zum SWR-Meter, dann zum Funkgerät. Das Funkgerät hängt über die Bordspannung mit auf der Fahrzeugmasse. Öffnet man nun alle Türen, Motorhaube und Kofferraum, kann sich eine sichtbare Änderung im SWR Verlauf ergeben, der Resonanzpunkt des ganzen Aufbaus kann sich verschieben. Das kommt daher, daß das ganze Fahrzeug über die Minusleitung der Bordspannung zum Teil der Antenne wird und die HF aktive Fläche unterhalb der Antenne verändert wurde. Bei erdhungrigen Antennen kann man diesen Grundkoppeleffekt sogar auf freiem Feld beobachten. Hierzu reicht es oft schon aus, das Zuleitungskabel in einem ca. 2,80m großen Kreis unten um den GFK-Mast auf den Boden zu legen um Änderungen zu erreichen. Abhängig von Aufbauort und Antennenform kann so mit einfachen Tests die Interaktion mit dem Boden erforscht und gegebenenfalls dann auch durch entsprechende portabel Maßnahmen verbessert werden. Ein sehr deutliches Beispiel liefert das sog. Schleppradial für Handfunkgeräte. Mit diesem verbessert man mit wenig Aufwand die Reichweite seines Handfunkgerätes, nur durch ein Stück Draht am Boden und dies verbunden mit der Gerätemasse.
Daraus ergibt sich dann natürlich auch ein neues Interesse an der Thematik und den zahlreichen Möglichkeiten, solch einen Halblambda-Draht zu erregen. Der Draht ist zwar resonant, aber sein Fußpunktwiderstand absolut nicht zum 50 Ohm Koaxkabel und dem dann folgenden Senderausgang passend. Neben der falschen Standortwahl, liegt ein vermeidbarer Schwachpunkt bei Halbwellen in der Ausführung der notwendigen Anpassung. Viele günstige kommerzielle Halbwellen haben diese Anpassung auf einer winzigen Platine im Fußpunkt versteckt, das funzt zwar irgendwie ... aber viel der zugeführten Leistung, verschwindet eben auch genau dort. Nur so ist es auf der einen Seite möglich, sehr günstige Einsteigerantennen an zu bieten, auf der anderen Seite aber auch den Ruf der Halbwelle ungerechtfertigter Weise zu schaden. Schön ist, daß einige Funkfreunde die Vorteile wieder erkennen und sogar ihre alte Citystar wiederbeleben, um am richtigen Ort mit einer guten Antenne in die Luft zu gehen.
High-"Q" LC matching circuit
Um Verluste in der Anpassung zu vermeiden, braucht man eine möglichst große Spule mit weit auseinander liegenden Wicklungen, damit nicht durch kapazitive Kopplung wieder negative Einflüsse gegen wirken. Zur Vollständigkeit einer verlustarmen Anpassung wird nun noch ein Kondensator mit hoher Spannungsfestigkeit als Mitspieler im LC-Matching gebraucht. Alles sehr schön gemacht bei der aktuell recht neuen Halbwelle aus Italien - echt graziol! Für den schnellen Portabelaufbau aber zu viel Blech (Alu) und damit zu schwer für den GFK-Mast. Grund genug das "Mach es groß" auf schnell und portabel zu übertragen, damit es auch an den 18 Metermast passt.
Große Spule mit weit auseinander liegenden Wicklungen aus Koax
Der Spulenkörper ist leider nicht aus Luft, sondern aus PP-Polypropylen. PP ist aber von der Permeablität (Duchlässigkeit für magnetische Flussdichte) ein recht günstiger Werkstoff. PP ist leicht und stabil, die Wandungen können recht dünn ausgeführt werden. Manche schönen Spulenkörper aus dem 3D-Drucker haben bei der falschen Wahl des Kunststoffes wesentlich höheren Einfluss auf die Spule als es gut ist. Leider wird dieser 3D-Fehler häufig gemacht, es schaut toll aus ... verhunzt aber die möglichst luftige Spule ...
Die Spule selbst besteht aus Koaxkabel, wobei hier die Schirmung bzw. dereren Oberfläche die Windungen bildet. Die Leistungsbemessung ist hierbei recht unkritisch, weil in diesem Fall nur die Belastbarkeit des Mantelgeflechts zählt und nicht die vollständigen Eigenschafen des Koaxkabels berücksichtigt werden müssen. Am Kondensator können jedoch sehr hohe Spannungen anliegen und ein Durchsschlagen verursachen. An dieser Stelle wird dann ein sehr spannungsfestes Koax gebraucht, um es als Kondensator einsetzen zu können.
Spannungsfester Kondensator aus hoch belastbarem LowLoss-Koaxkabel
In dieser Version ist das Verhältnis LC, also Spule zu Kondensator, zu Gunsten einer größeren Spule gewählt und C fällt entsprechend kleiner aus. Dadurch steigt die Kreisgüte, aber die Bandbreite schrumpft. Hier ist der Bereich mit SWR <1.5:1 um 0,7 MHz gewählt. Das paßt dann halt nur für 40 optimal Kanäle, so wie bei vielen alten guten Antennen auch. Wenn das für das Funkvergnügen reicht, wird man dafür mit einer hoch effektiven und ruhigen Antenne belohnt. Entgegen breiterer Antennen fällt hier sofort ein geringeres Rauschen auf, es wird alles außerhalb des Nutzbereiches stark abgedämpft und ganz schwache Stationen bleiben etwas besser lesbar. Vorteilhaft wirkt auch die direkte Verbindung auf Masse über die Spule, welche Aufladung vom Strahler direkt ableitet.
SWR 26-28 MHz - SWR max. 3
26-28 MHz Reaktanzkurve X
26-28 MHz - Impedanz
26-28 MHz - Return Loss
Betrieb am 18 Meter GFK-Mast
Eine echt fetzige portabel Antenne, die sich nicht hinter Alustangen verstecken muß! Aber in einer nächsten Version wird C etwas größer und L etwas kleiner, damit es etwas mehr Bandbreite mit guten Werten gibt. Beim portabel Aufbau hat man nicht immer die Zeit für lange Einstellarbeiten, es muß funzen. Daher wird bei der V.II der Spielraum als Toleranz etwas breiter ausfallen sollen und die LC etwas weniger spitz zuschneiden. Hier gilt es dann aber den Wirkungsgrad im Auge zu behalten, der durch die breitere Anpassung natürlich wieder etwas nachlässt. Also ein Grenzgang zwischen toleranter Abstimmung und tatsächlich abgestrahlter Leistung.
Spätestens an dieser Stelle kommt man dann allein mit dem Antennenanalyzer nicht mehr aus, sondern sollte auch Antennenstrom- und Feldstärkemessungen im Nah-und Fernfeld mit einbeziehen. Ein eigener abgesetzter Web-SDR leistet dann zusätzlich gute Dienste, um die Signale aus der Ferne zu beurteilen. Wir messen hier z.B. die Feldstärke in 110 Meter Entfernung zur Antenne beim Austritt aus dem Testgelände. Der Web-SDR steht in 17 Kilometer Entfernung und liegt um gut 20 Meter niedriger als der Testplatz. Wenn sich beide Signal-Werte analog verhalten, also im gleichen Maße verändern, kann das schon gute Vergleichswerte liefern. Zusätzlich können wir aus der Entfernung per Selektivruf den RX-Signalwert (PR-Daten-Paket) am Testplatz abrufen und so auch von außerhalb verschiedene Aufbaubedingungen testen und vergleichen. Damit ist man nicht auf Gegenstationen angewiesen und kann Tests beliebig oft als Serie wiederholen. So lassen sich dann Umgebungseinflüsse besser einschätzen und man erhält verlässlichere Werte-Statistiken als bei kurzen Spontanvergleichen von Antennen.
Weitere Aussagekraft liefert die Rekonstruierbarkeit von Meßergebnissen auch beim Verändern (A-B, A-C) oder Vertauschen (A-B, B-A) der Testbedingungen. Solche Kontrollexperimente sind extrem wichtig und daher absolut unerlässlich, stellen sie doch sicher, daß keine falschen, einseitigen und voreiligen Schlüsse gezogen werden - die dann unwissenschaftlich und wertlos sind.
"Man vergleicht nicht direkt die Antennen miteinander, sondern deren Performance unter den jeweiligen Aufbaubedingungen!!! Alles andere ist krudes Freiraumgeschwurbsel, also grund- und luftlos ..."
