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Amateurfunk im 160m Band

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Die Amateurfunk-Zukunft auf 160 m hat für uns fast begonnen, weil der zugeteilte Frequenzbereich erweitert worden ist. Vor allem werden dadurch die Animositäten zwischen den Telegraphisten und den SSB-Grenzwellen-Kanalfunkern (in DL-West) endlich ein Ende haben.

Moderne Amateurfunkgeräte sind durchweg für das 160-m-Band ausgerüstet, nur wurde dieser Frequenzbereich bei uns bisher wenig genutzt, weil der Antennenaufwand für die zur Verfügung stehende Bandbreite den meisten OMs zu groß erschien.

Geht man von dem im KW-Bereich üblichen λ/2-Dipol aus, dann wird es in der Tat der Mehrzahl ein Problem bereiten, 80 m gestreckte Länge ohne überquerung von fremdem "Luftraum" unterzubringen.

Hier sollen Antennengebilde beschrieben werden, die auch dem Normalamateur erlauben, das erweiterte Band zu nutzen.

Da man über die Eigenarten des 160-m-Bandes in der üblichen Amateurfunk-Literatur praktisch nichts findet (kein Beitrag in der cq-DL in den letzten 20 Jahren), ist es sicherlich sinnvoll, eine grundsätzliche Darstellung der Bandeigenschaften vorauzuschicken.

Charakteristik des 160m-Bandes

Nach dem Zweiten Weltkrieg war der Frequenzbereich von 1,7 MHz bis 2 MHz vor allem durch das LORAN-A-Navigationssystem (LOng-RAnge-Navigation) stark verseucht. Dies ist ein Hyperbelnavigationsverfahren mit Impulsmodulation, bei dem von den Basissendern bis zu 1 MW HF Impulsleistung ausgestrahlt wurde. Durch Differenzlaufzeitmessung der Empfangssignale läßt sich der eigene Standort ohne Bordsender bestimmen.

Das LORAN-A ist inzwischen durch das LORAN-C im 100-kHz-Bereich ersetzt worden, weil dort die Ungenauigkeiten durch unerwünschte Raumwellenausbreitung weitgehend ausgeschlossen werden. Zwar ist die Satellitennavigation wesentlich genauer, aber man hält trotzdem an terrestrischen Systemen fest, um bei Vernichtung oder Ausfall der Satelliten navigationsfähig zu bleiben.

Hausgemachte Störungen findet man im 160m-Band heute teilweise noch durch Schiffs- und Wetterfunk, aber der Hauptstörfaktor sind wohl die Amateure_ untereinander bzw. gegeneinander.

Ein unglücklicher Umstand war, daß der einzige SSB-Kanal, der in DL bisher zulässig war, ausgerechnet im internationalen CW-DX-Fenster liegt. Hier hat es sehr viel ärger zwischen den einzelnen Interessengruppen gegeben, der schließlich soweit ausartete, daß programmierte CWSendungen auf dem SSB-Kanal ausgestrahlt wurden, um den Telephonieverkehr zu unterlaufen.

Bei den Amerikanern wird das 160-m-Band nicht ohne Grund "pot-belly stove band" genannt. Das heißt frei übersetzt etwa "Kachelofen-Band", weil der Hauptbetrieb im Winter stattfindet, wo man mit der Station am warmen Ofen sitzt.

Es gibt zwei Gründe für die Bevorzugung der dunklen Jahreszeit. Zunächst wird die Raumwellenausbreitung an der D-Schicht der Ionosphäre im Grenzwellenbereich fast völlig absorbiert. Diese bildet sich aber nur bei intensiver Sonneneinstrahlung, also im Sommer und vor allem bei Sonnenfleckenmaxima voll aus, so daß dann nur Bodenwellenkontakte bis 200 km die Regel sind.

Hinzu kommen im Sommer starke atmosphärische Störungen, die bekanntlich mit zunehmender Wellenlänge erheblich ansteigen. Heftige Gewitter - auch in sehr großen Entfernungen - machen dann den Funkbetrieb unmöglich.

Stabile Verbindungen sind tagsüber praktisch nur über die nach Möglichkeit vertikal polarisierte Bodenwelle bis zu 150 km zu realisieren. Dabei ist die Bodenbeschaffenheit von Bedeutung. Größere Entfernungen erreicht man über Seewasser im Vergleich zu schlecht leitendem Boden.

Das 160-m-Band ist demnach etwas für Abend- und Nachtmenschen, denn nachts ist das Band durch die rekombinierte D-Schicht offen. Dies gilt wiederum besonders für die Zeit des Sonnenfleckenminimums, wenn DX-QSOs rund um den Globus über die höheren Schichten der Ionosphäre möglich sind. Die diesbezüglichen Erfolge einiger 160-m-Spezialisten können sich sehen lassen und bestätigen es.

Typisch für 160 m (und auch 80 m) ist das sogenannte Dämmerungszonen-DX (Grey-Line-DX). Dabei verläuft die DX-Verbindung entlang der Dämmerungszone. Da sich der Verlauf dieser Zone durch die Schräglage der Erde über das Jahr hin ändert, gibt es hierfür spezielle Karten mit Schablonen für den jeweiligen Monat, um festzustellen, welcher Weg wahrscheinlich offen ist(1).

Andere Phänomene sind in diesem Zusammenhang auch unter den Begriffen "Sunrise skip" und "Sunset skip" bekannt, wobei DX-Signale gerade im Moment des Sonnenaufgangs bzw. Sonnenuntergangs stark ansteigen. Dabei ist zu beobachten, daß die Signale beim Aufgang vom Westen und beim Untergang vom Osten her aufkommen(2).

Ausgesprochene DXer verwenden übrigens getrennte Antennen zum Senden und Empfangen. Wie bemerkt, sind Vertikalantennen (nach Möglichkeit mit Dachkapazität) wohl am besten für das 160-m-Band geeignet. Ein Full-size-Halbwellendipol tut aber auch seinen guten Dienst, obwohl zu beobachten ist, daß eine flache DX-Abstrahlung nur bei relativ großer Höhe von mehr als 40 m zu erwarten ist.

Leider haben beide Antennenformen den Nachteil, daß sie auch sehr empfindlich gegenüber Störsignalen sind. Sowohl "Man made noise" als auch atmosphärische Einflüsse machen Schwierigkeiten, die besonders bei einem tief hängenden Dipol durch den Empfang steil einfallender Signale geprägt sind. Aus diesen Gründen setzt man als DXer spezielle Empfangsantennen ein, die zwar unempfindlicher sind, deren Störabstand aber von Natur aus besser ist, weil sie nicht so steilstrahlungsempfindlich sind bzw. die Steilstrahlung ausgeblendet werden kann.

Bei genügend Platz ist die Beverage-Antenne mit Vorteil einzusetzen, die dann aber eine Länge von mehr als 160 m haben sollte. Leider ist dieser Antennentyp für die meisten Amateure aus Platzgründen indiskutabel(3). Ein Kompromiß sind Loop- oder Rahmenantennen, deren Durchmesser etwa 1,5 m oder sogar weniger betragen soll. Ein solches Gebilde kann im Shack aufgestellt und auch gedreht werden, so daß sich Störsignale ausblenden lassen.

Vorgeschlagen werden abgeschirmte Loops. Darunter versteht man ein Alu-oder Kupferrohr, das im angegebenen Durchmesser zu einem Ring gebogen wird, aber in sich nicht als Kurzschlußwindung geschlossen ist. In dieses Rohr werden dann einige Windungen isolierten Drahts gebracht, die die eigentliche Loop-Antenne bilden. In (2) sind einige dieser Antennenformen beschrieben.

Verkürzte Antennen für 160 m

Die Hauptintention dieses Beitrages ist, 160-m-Antennensysteme vorzustellen, die Platz im üblichen Rahmen benötigen. Hierzu ist es notwendig, soweit man mit resonanten Antennengebilden arbeitet, die Antenne elektrisch zu verlängern.

Verkürzte Monopole (<λ/4) und verkürzte Dipole (<λ/2) haben in ihrer Reaktanz eine kapazitive Charakteristik, die durch eine induktive Belastung mit einer sogenannten Verlängerungsspule kompensiert werden muß, damit der Sender letztendlich eine ohmsche Last sieht. Den gleichen Effekt erreicht man aber auch durch eine Dachkapazität an den jeweiligen Enden der Antenne.

Während die Spule durch Verluste gekennzeichnet ist, die in die Energiebilanz des Antennensystems eingehen, arbeitet die kapazitive Belastung an den Enden völlig verlustfrei. Entscheidend macht sich dies aber erst bei kurzen Antennen bemerkbar, wenn also die reale Strahlerlänge kleiner als a/10 wird. Außerdem ist eine ausschließliche kapazitive Belastung kaum praktizierbar, weil ein Meter Draht im freien Raum nur eine Kapazität von 6 bis 10 pF darstellt und Werte von mehreren 100 pF zur Kompensation benötigt werden(4).

Geht man vom Extremfall, dem Mobilfunk im Grenzwellenbereich aus, dann kann man in der Tat von einer kurzen Antenne sprechen, weil sich die Strahlerlänge im Bereich von 1 bis 2 % der Wellenlänge bewegt. Die notwendige Verlängerungsinduktivität hat einen Wert um 250µH, wenn die Antennenbauhöhe auf weniger als 4 m beschränkt werden muß. Strebt man Veriustwiderst4nde der Spule von kleiner als 5 Ω an, muß die Güte besser als 500 sein, und das wird dann ein Synonym für einen komfortablen Vogelkäfig, der auf dem Kofferraum plaziert werden muß (Abb. 1).

Es gibt nur wenige Funkamateure, die Mobilfunk im 160-m-Band praktizieren. Aber die Sache hat doch wohl mehr akademischen Charakter, bei dem ein interessantes Experimentierfeld im wahrsten Sinne des Wortes im Grenzwellenbereich eröffnet wird. Der Wirkungsgrad solcher Mobilantennen liegt allerdings immer unter 5 %.

"Koaxfunker" werden diejenigen von der 160-m-Gemeinde genannt, die ihr Koax-Speisekabel des bereits vorhandenen Dipols für die üblichen KW-Bänder als Strahler verwenden. Bei dieser Durchaus praktikablen Lösung werden Mantel und Seele des Speisekabels miteinander verbunden und als Langdraht von einer 160-m-Matchbox angepaßt.

Hat man eine möglichst lange vertikale Speiseleitung, dann kann das resultierende Gebilde als T-Antenne betrachtet werden. Dabei sind die Speiseleitung als Strahler und die Dipolhälften als Dachkapazität aufzufassen. Oft reicht es übrigens auch schon, lediglich die Abschirmung des Koaxsteckers von der Matchbox abzuschrauben, da die kapazitive Kopplung zwischen Seele und Mantel des Speisekabels groß genug ist.

Für den Einstieg reicht diese Antennenform, und wenn einem das nachrichtentechnische Glück hold ist, dann funktioniert sie auch zufällig recht gut. Geht man aber mit etwas mehr Ernst an das Problem, wird auch der technische Aufwand größer. Gerd Janzen, DF6SJ, hat eine naheliegende Methode beschrieben, wie man einen vorhandenen 80-m-Dipol in einen für 160 m umwandeln kann(5).

Abb. 2: Elektrisch verlängerter 80m-Dipol für 160 m nach DF6SJ.

Nach Abb. 2 ist ein Netzwerk aus zwei Spulen von je 52 µH und einem Kondensator von 2,6 nF notwendig, um die gegebene Antenne auf 160 m in Resonanz zu bringen. Nachteil dieser Lösung ist die Tatsache, daß die Antenne in der abgeänderten Form natürlich nicht mehr für 80 m brauchbar ist, es sei denn, man schließt die Induktivitäten kurz und löst den Kondensator. Dies läßt sich natürlich mit drei kräftigen Relaiskontakten realisieren, soweit der Einspeisepunkt dies mechanisch zuläßt.

In Abb. 3 ist gezeigt, wie ich das Problem auf meinem Grundstück mit den Maßen 20 m × 30 m gelöst habe. Für 80 und 40 verwende ich eine W3DZZ, die gerade diagonal Platz findet und bekanntlich resonante Traps für 40 m bei jeweils 10 m Spannlänge vom Speisepunkt her gesehen besitzt. Statt der Isolatoren an den Antennenenden sind nun wiederum Traps eingefügt, allerdings in diesem Fall mit einer Resonanzfrequenz im 80-m-Band bei 3,67 MHz.

Abb. 3: a) Aufhängung der für 160 m verlängerten W3DZZ bei DJ6HP; b) Maße der für 160 m verlängerten W3DZZ.

Beim Betrieb im 80-m-Band stellen diese Parallelresonanzkreise wechselstromtechnische Isolatoren dar, so daß die Antenne in gleicher Form wie bisher als (verkürzter) Halbweliendipol für 80 m arbeitet.

Beim Betrieb im 160-m-Band verhalten sich die Traps wie Induktivitäten, da ein Parallelschwingkreis für Frequenzen unterhalb der Resonanzfrequenz induktiven Charakter besitzt. Diese resultierende Induktivität hat den Effekt, daß die zusätzliche Drahtlänge an den beiden W3DZZ Enden nur rund 10 bis 11 m betragen muß, um die Gesamtlänge der Antenne auf 160 m in Resonanz zu bringen. Durch die induktive Belastung sinkt der Fußpunktwiderstand zwar etwas ab, was aber kaum für die Funktion von Bedeutung ist.

Die Antenne ist als Z aufgehängt, da das Grundstück die notwendige Spannlänge von gut 50 m nicht hergibt. Dies hat aber keinen bemerkbaren Einfluß. Im Vergleich zum ursprünglichen Betrieb der W3DZZ als "Koax-Antenne" hat die neue Anordnung einen Gewinn von mehr als 10 dB gebracht. Dies ist allerdings ein sehr subjektiver Vergleich für die bei mir gegebenen Verhältnisse.

Die praktische Ausführung sieht so aus, daß die Traps aus der Parallelschaltung von L = 50 µH und C = 37,5 pF bestehen. Dieser Kreis stellt dann im 160-m-Band eine Ersatzinduktivität von 66,5 µH dar.

Die Spulenkörper bestehen aus 160 mm langen und 75 mm dicken PVC-Rohr-stücken (grau für Dachrinnen). Hierauf wurden jeweils 36 Windungen mit PVC-isoliertem Installationsdraht 4 mm2 flexibet gewickelt. Als Parallel-C dient jeweils die Reihenschaltung aus zwei 75-pF Rohrkondensatoren mit 5 kVss Prüfspannung, die freitragend in das zu den Seiten offene Rohr gelötet worden sind. Die so gebauten Traps vertragen im 80-m-Band eine Leistung von mehr als einem Kilowatt.

Die Resonanzabstimmung nimmt man mit Hilfe des Stationstransceivers und einem Oszilloskop vor. Der Parallelkreis wird über eine Koppelschleife angeregt, und über den lose angekoppelten Tast-kopf des Oszilloskops sucht man durch Frequenzvariation am Transceiver das Spannungsmaximum. Durch geringfügige änderung der Windungszahl stellt man den Trap auf die gewünschte Resonanzfrequenz ein (Meßanordnung wie Gütemessung in (6)).

Zur Abstimmung der Antenne verlängert man die W3DZZ (oder natürlich auch einen ausgewachsenen 80-m-λ/2-Dipol) auf jeder Seite um rund 11 m. Mit dem durchstimmbaren Transceiver und einer SWR-Brücke läßt sich die Antenne dann exakt in das 160-Band "hinschnippeln".

Natürlich kann man auch andere C-bzw. L-Werte wählen, um entsprechende Resonanzkreise im 80-m-Band zu erhalten. Bei kommerziellen Ausführungen dieses Antennenprinzips sind auch Koaxkabel-Traps zu finden. In (7) ist deren prinzipieller Aufbau beschrieben. Hier wird man allerdings dünnes Teflon-Koaxkabel verwenden müssen, um hohe lnduktivitäten bei geringem Spulengewicht zu erreichen.

Die beschriebene Antenne ist nach Abb. 4 auch als Monopol (λ/4-Strahler) zu betreiben. Statt des zweiten Dipolbeins ist dann ein Gegengewicht in Form einer Dachrinne oder einem nicht abgestimmten Draht ratsam. Theoretisch soll der Verlust gegenüber einem Dipol etwa 3 dB sein. Die Länge der Antenne wird als halbe W3DZZ rund 27 m betragen. Erweitert man den halben 80-m-Dipol, dann werden es etwa 32 m sein.

Abb. 4: Elektrisch verlängerter W3DZZ-Monopol mit zusätzlichem Trap für 160 m.

Es gibt Wohnsituationen, wo man auf eine endgespeiste Langdrahtantenne angewiesen ist, weil beispielsweise die KoaxSpeiseleitung nach Meinung des Hauswirts oder der Nachbarn nicht in die Optik der Umgebung paßt. Wie auch immer die Gründe für die Notwendigkeit einer solchen Antenne aussehen, auch ein Langdraht läßt sich natürlich im 160-m-Band einsetzen. Jörg Logemann, DL2NI, hat in (8) die Antennenform für diesen Zweck ausführlich beschrieben.

Es ist unumstritten, daß der Vertikalstrahler die optimale Antenne für das 160m-Band ist. Nur - wer kann schon einen 40-m-Mast als λ/4-"Stab" in den Garten stellen. Man muß eine elektrisch verlängerte Antenne verwenden, wie es Gerd Janzen, DF6SJ, in (4) ausführlich beschreibt(9).

Konstruktiv bietet sich für den Aufbau einer verkürzten 160-m-Vertikal ein Fiberglasrohr an, auf das der Strahlerdraht mit Tape aufgeklebt wird. Es gibt Angelruten von mehr als 12 m Länge (um 120,- DM), die sich hierfür sehr gut eignen.

Die oberen beiden Rutenglieder werden weggelassen, damit die Rute auch an der Spitze noch die notwendige Stabilität besitzt, eine Dachkapazität aufzunehmen. Diese besteht beispielsweise aus acht 1 m bis 1,5 m langen Stahl- oder Alustäben, wie das bereits in (6) für 80 m beschrieben worden ist. Die Verlängerungsspule wird etwa bei einem Drittel der Strahler-lange angebracht, also rund 3 m vom Fußpunkt entfernt. Sie muß je nach Länge des Strahlers und Größe der Dachkapazität Werte zwischen 80 und 100 p,H besitzen. Hierzu wickelt man PVC-isolierten Installationsdraht (6 mm2 massiv) auf 125 mm dickes Abflußrohr (rot, beim Baumarkt erhältlich). Es werden 40 Windungen direkt nebeneinander gewickelt, so daß man bei einer Wickellänge von 18 cm eine Induktivität von rund 100 µH erhält.

Die Güte dieser Spule liegt im Bereich von 350. Die letztendliche Induktivität muß nach dem Aufbau der Antenne auf der Spule abgegriffen werden, oder man wickelt eine entsprechende Windungszahl wieder ab.

Wichtiges Element einer Vertikalantenne ist immer ein ausreichendes Gegenge-: wicht, das u. U. auf oder im Boden verlegt werden muß. Böse Zungen behaupten, daß bei der heutigen Siedlungsdichte grundsätzlich der Nachbar mit seiner installierten Konsumelektronik das Gegengewicht für eine brauchbare Vertikal sei. Dies sollte man in der Praxis tunlichst nicht bestätigen.

Wer schließlich stolzer Besitzer eines Metallmastes mit Kurzwellen- und UKW-Richtantennen ist, der kann diese gesamte Anordnung als Top-Loaded-Vertical verwenden. Da der Mast in den meisten Fällen geerdet ist, ist eine spezielle Einspeisung in Form eines Gamma-Matches notwendig, wie dies in (9) beschrieben ist.

Holzmasten kann man natürlich auch als Vertikal einsetzen. Hier verfährt man genauso wie bei der beschriebenen Angelrute, eine elektrische Induktivität sorgt für die notwendige elektrische Verlängerung.

Als Pflichtlektüre sollte der 160-m-"Newcomer" zwei Bücher in seine Amateurfunkbibliothek aufnehmen, dies sind einmal "Low Band DXing" von John Devoldere, ON4UN, erschienen im DARC-Verlag in deutscher Ausgabe, und "Kurze Antennen" von Gerd Janzen, DF6SJ, im Selbstvertrieb von OM Janzen. Beiden Autoren ist für ihr Gebiet eine hervorragende Fachkompetenz zu bestätigen, so daß sich die Investition in jedem Falle lohnt(4), (10).

Literatur

1. Rudy Faessler, HB9EU: Grey-Line-DX. In: cq-DL 5/88.
   Martin Schnädelbach, DF2MG: DX in den vier Jahreszeiten. In: cq-DL 7/79.
2. John M. Haerle, WB5IIR: The Easy Way. Overtones Incorporated, Denton, Texas 76205,1984.
   Peter Bobek, DJ8WL: Ungewöhnliche Ausbreitungsbedingungen im 160-m-Band. In: cq-DL 8/89.
3. John Devoldere, ON4UN: Die Beverage-Antenne auf den unteren Bändern. In: cqDL 7/92.
4. Gerd Janzen, DF6SJ: Kurze Antennen, Frankh'sche Verlagshandlung, Stuttgart 1986, jetzt im Selbstvertrieb von DF6SJ, 408 Seiten 48,- DM.
   Gerd Janzen, DF6SJ: Eigenschaften verkürzter Antennen. In: cq-DL 9/85.
   K. H. Kleine, DL3CI: Der verkürzte Dipol. In: cq-DL 6/77.
5. Gerd Janzen, DF6SJ: Umrüsten eines 80m-Dipols auf das 160-m-Band. In: cq-DL 10/85.
6. Ha.-Jo. Pietsch, DJ6HP: Kapazitiv belastete Mobilantennen. In: cq-DL 10/92.
7. Helmut Schilling, DF1PU: Traps aus Koaxial-Kabel. In: cq-DL 10/92.
8. Jörg Logemann, DL2NI: Eine endgespeiste Langdrahtantenne für 160, 80, 40 und 30 m. In: cq-DL 4/90.
9. Günter Schwarzbeck, DL1BU: Streifzug durch den Antennenwald - DX-Antennen für 80 m und 160 m. In: cq-DL 4/79.
   Günter Schwarzbeck, DL1 BU: Streifzug durch den Antennenwald - Groundplaneund Vertikalantennen. In: cq-DL 9/81.
   Peter Bertram, DJ2ZS: Gittermasten und Beam als Antenne für weitere Bänder. In: cq-DL 5/88.
   Gerhard Poh, DK4UV: Vertikalantenne für 7, 3,5 und 1,8 MHz. In: cq-DL 7/89.
   Karl H. Hille, DL1VU: Fortschritte in der Entwicklung von Vertikalantennen. In: cq-DL 10/89.
   Karl H. Hille, DL1VU: Radialsysteme unter Vertikalantennen. In: cq-DL 3/92.
10. John Devoldere, ON4UN: Low Band DXing, deutsche Ausgabe. DARC-Verlag 1991, 265 Seiten, 36,- DM.

DJ6HP, Hans-Joachim Pietsch.