Wie effektiv ist ihr Antennensystem?
W1ICP hat in (1) Baran erinnert, dass Antennenefüzienz zwar keine Frage von Gewinn bzw. Richtdiagramm, aber dennoch ein wichtiger Faktor ist, der oft übersehen wird.
Er betont, dass der Halbwellendipol die effektivste Antenne darstellt, da er theoretisch 97 % der eingespeisten Leistung abstrahlen kann. Im schroffen Gegensatz dazu stilnden Mobilantennen für den unteren Kurzwellenbereich, die nur wenige Prozent der Eingangsleistung in Strahlungsleistung verwandeln konnten.
Zwar mache man in erster Linie die Antenne selbst für den Wirkungsgrad des Systems verantwortlich, doch muss man auch die Verluste in Speiseleitung und Anpassgerat hinzurechnen. W1ICP verdeutlicht die Rolle der Antennenefüzienz, indem er darauf hinweist, Bass ein Halbwellendipol theoretisch ebensoviel Strahlungsleistung in Vorzugsrichtung erzeugt wie ein Beam mit 3 dBd Gewinn und 50 % Wirkungsgrad.
Bild 1: Eingangswiderstand eines Halbwellendipols als Funktion des Abstands von Direktor oder Reflektor. Je kleiner der Eingangswiderstand, umso größer der Antennenstrom. Auch die Leistung am Verlustwiderstand nimmt natürlich quadratisch mit dem Strom zu! (Quelle: Rothammels Antennenbuch)
Beam contra Dipol
Aber warum ist ein Beam weniger wirksam als ein Dipol? Zur Beantwortung dieser Frage wird darauf hingewiesen, dass sich die in eine Antenne eingespeiste Energie in Verlust- und Strahlungswiderstand gemaB deren Werte aufteilt. Somit erfolgt eine Wandlung in War-me (thermische Energie) und in Strahlung (Feldenergie). Wahrend aber der Strahlungswiderstand eines eine halbe Wellenlange über Grund hangenden Halbwellendipols 73 Ohm betragt, weist der einer Yagiantenne mit eng zusammenliegenden Elementen einen deutlich niedrigeren Wert auf, s. Diagramm. Daher auch die verschiedenen Anpassglieder, die naturlich auch nicht verlustlos arbeiten. Bei der Richtantenne sind also naturgemaß das Verhaltnis Verlust- zu Strahlungswiderstand sowie meist die Anpassverluste holier als beim Dipol, was zu einem deutlichen Efüzienzunterschied führt.
W1ICP schreibt weiter: "Betrachten wir die Impedanz von Beam-Antennensystemen, darn stellen wir fest, dass diese meist 50 Ohm betragt. Mit einem 50-Ohm-Koaxialkabel erhalten wir also bei richtiger Installation des Systems ein SWR von 1. Newcomer meinen daher, somit sei alles in bester Ordnung. Denn ihnen entgeht, dass die meisten Yagi-Antennen mit einem Anpassglied geliefert werden, welches den niedrigen Eingangswiderstand der Antenne auf 50 Ohm transformiert. So hat ein Monoband-Dreielement-Beam, dessen Elemente λ/10 Abstand aufweisen, einen Fullpunktwiderstand von 4 bis 5 Ohm. Bei einem Beam mit 5-10 Ohm Impedanz sind die Ohmschen Verluste ein bedeutender Faktor. Bei 10 Ohm Fullpunktwiderstand kann man von 5 Ohm Strahlungswiderstand und 5 Ohm Verlustwiderstand ausgehen, was 50 % Wirkungsgrad bedeutet."
Aluminium sei im Prinzip ein guter Leiter, aber durch den Einfluss einer aggressiven Umgebung (Witterung, Abgase) konne sich die HF-Leitfahigkeit dieses Materials drastisch verschlechtern, sodass die Leistungsfahigkeit der Antenne deutlich abnahme.
Tipps für mehr Effizienz
Diese Korrosionserscheinungen kann man durch elektrolytische Maf3nahmen wieder abbauen(2). W1ICP wohnt in sauberer Atmosphare - 2.000 m hoch in den Bergen - und hat _trotzdem Korrosionserscheinungen an den Aluminiumelementen seiner Log-PeriodicAntenne festgestellt. Er ist sicher, dass der schmutzige Belag auf Elementen und Verbindungen die Efüzienz herabgesetzt hat. Deshalb seine Empfehlung: "Wenn Ihr Beam schon langere Zeit seinen Dienst versieht, lassen Sie ihn herunter und saubern und polieren Sie ihn. Es wird sich auszahlen."
Am Meer und in Industriegebieten konnen die Klemmverbindungen in Antennensystemen schnell beeintrachtigt werden. Dringt Feuchtigkeit in Kabel oder Baluns ein, konnen die Verluste bedeutend ansteigen. Gleiches gilt für Verlangerungsspulen und Traps, dean diese Elemente müssen eine hohe Güte aufweisen.
Schleifen und Schwuppen
Von Magnetantennen wurde lange Zeit eine sehr geringe Wirksamkeit auf Grund eines extrem kleinen Strahlungswiderstands behauptet. Dieser Behauptung liegt die Annahme einer gleichmaBigen Stromverteilung zugrunde, die in der Praxis nicht zutrifft(3).
Trotzdem gibt es ernste Zweifel an der Gesamtefüzienz kleiner Loop-Systeme, weil die Verluste im Anpassglied selten berücksichtigt werden. G4XVF hat in (4) klar gezeigt, dass der Wirkungsgrad kleiner LoopAntennen vor allem deshalb so niedrig ist, weil mehr Energie im Anpassglied und im Abstimmkondensator verloren geht als in der Schleife selbst.
In (5) warden weitere Untersuchungen zum Wirkungsgrad von Loops dokumentiert. Dabei ist besonders die Einkalkulierung des Umgebungs-Einflusses wertvoll.
Der Strahlungswiderstand einer Mobilantenne für 1,8 MHz kann leicht unter einem Ohm liegen, sodass schon der Widerstand der als Groundplane genutzten Karosserie groBer ist. Deshalb ist eine hohe Gilte der Verlangerungsspule hier besonders wichtig, um die Verluste nicht noch mehr zu erhohen.
Andererseits haben Quadelemente, mindestens eine Wellenlange lang, eine relativ hohe Impedanz, die weitgehend vom Strahlungswiderstand gebildet wird. Man kann hier ungefahr mit 90 % Wirkungsgrad rechnen.
Literatur
- L. McCoy: Antenna Efüciency-What is it?, CQ, April 1995, S. 14ff
- Technical Topics, Radio Communication, July/September 1993
- K. H. Mille: Die Stromverteilung auf Drahtantennen und ihre Folgen, funk 9/97
- T. Henk: Loop Antennas - Facts no Fiction, Radio Communication September/October 1991
- W. FeiBel: Betrachtungen zum Wirkungsgrad von Loop-Antennen, funk 9/99
DL7VFS, Frank Sichla.