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Erdleitungskoppler im Selbstbau

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Wer z. B. beim Sprechen ins Mikrofon heiße Lippen bekommt, dessen Funkstation ist nicht genügend HF-mäßig geerdet. Dieser Beitrag verspricht Abhilfe durch Selbstbau.

Viele Funkamateure vertrauen die Erdung ihrer Geräte alleine dem Schutzkontakt der Steckdose an. Das kann genügen, muss aber nicht, denn der Weg zu einem Erdungsanschluss, ggf. auch noch über den FI-Schalter, ist oft weit.

Erde ist nicht gleich Erde

Wird außerdem die Antenne nur über den Koaxkabel-Mantel an die Funkgeräte angeschlossen, dann ist diese "Art Erdung" sogar suspekt, denn die VDE-Vorschrift 0855, Teil 1/7.71 - Bestimmungen für Antennenanlagen - besagte in  par. 7, dass Außenantennen über eine separate Erdungsleitung mit einem Fundament-, Band- oder Staberder verbunden sein müssen und dass (par. 8) Null- und Schutzleiter elektrischer Installationen nicht als Erdungsleiter für Antennen verwendet werden dürfen. Für diese inzwischen verloschene Vorschrift ist für uns Funkamateure momentan kein rechter Ersatz in Sicht, aber diese Anforderungen sollten dennoch eingehalten werden.

Ist die Verbindung der Station mit einer separaten Erd- oder der Blitzschutzanlage nicht möglich, so bleibt der behelfsmäßige Anschluss an eine Wasserleitung oder an Heizungsrohre, soweit nicht aus Kunststoff, bzw. über die Potentialausgleichsschiene im Keller. Das bringt dann zwar eine galvanische Erdung zur Ableitung statischer Elektrizität, stellt aber wegen der oft beachtlichen Induktivität dieser Leiter selten eine gute HF-Erde dar. Das Ergebnis: Die Station ist durch fast immer vorhandene Unsymmetrien der Antennenanlage HF-mäßig belastet, was man durch "heiße Lippen", verzerrte Modulation und/oder Störungen anderer elektrischer Geräte bemerkt.

Abhilfe: die "HF-Erde"

Zusätzlich zur galvanischen Erdung sollte man daher noch eine HF-Erde vorsehen. Sie besteht im Idealfall aus einem Stück Draht von genau 1/4λ elektrischer Länge, welches mit dem einen Ende an die Erdklemme der Funkstation angeschlossen wird und dessen anderes Ende isoliert ist. Die Funktion kennt man von den Radials der GP-Antennen: 1/4λ-Drähte weisen am gespeisten Ende einen sehr geringen HF-Widerstand auf, d. h., hier ist der Strom am größten und die Spannung am niedrigsten. Diese Art Erdung, auch HF-Gegengewicht genannt, wirkt aber wie ein Strahler, daher muss die Leitung berührungssicher isoliert sein und ist bei den Personenschutz- und HSM-Grenzwerten mit zu berücksichtigen, am besten durch Messung.

Eine Lösung: mehrere Radials

Da der Funkamateur auf unterschiedlichen Frequenzen sendet, müsste man eine Unmenge genau abgestimmter 1/4λ-Gegengewichte am Transceiver anschlieáen. Ich habe das bei mir einigermaßen ideal realisieren können (1).

Vom Antennentuner gehen 18 Radials - für je- des KW-Amateurfunkband zwei Stück - zur Giebelseite des Hauses und dort fächerförmig auseinander. Sie liegen isoliert im 48-mm-Luftraum (doppelte Dachlattenstärke) zwischen Hauswand und abgehängter Kunstschieferfassade, sind also "unsichtbar", aber trotzdem sehr wirkungsvoll, obwohl durch die gegenseitige Beeinflussung der Radials die Resonanzfrequenzen nicht immer so genau wie gewünscht getroffen wurden und auch verhältnismäßig breit liegen. Hier ließe sich durch eineu zusätzlichen ferngesteuerten Erdkoppler sicher noch eine Verbesserung erzielen.

Die abstimmbare HF-Erde

Diesen großen Aufwand wird man aber selten treiben können bzw. wollen. Die Abhilfe: Kauf oder Bau eines Erdleitungskopplers. Damit verkürzt oder verlängert man elektrisch einen beliebig langen Draht. Das Prinzip: Der Koppler besteht aus der Reihenschaltung einer veränderbaren Induktivität mit einer veränderbaren Kapazität. Sein eines Ende wird möglichst kurz an die Erdklemme des Transceivers angeschlossen, an das andere kommt ein isolierter Draht möglichst großer Länge, damit die HF-Energie, die ja nicht absorbiert wird, gut abgestrahlt werden kann. Die Abstimmung geschieht mit Hilfe eines Anzeigeinstrumentes.

Fertige "künstliche Erden" und Bausätze gibt es z. B. von MFJ und Annecke (letztere leider nur noch auf dem Gebrauchtgerätemarkt). Einen Bausatz bietet die Fa. beam-Electronic in Marburg mit dem Modell T-KIT 1251 als RF Ground "Counterpole" an.(2)

Der Selbstbau

Da ein Erdungskoppler nur wenige Bauteile enthält, ist der Selbstbau mit Teilen aus der Bastelkiste und/oder vom Flohmarkt rentabel und auch für den "normalen" OM realisierbar. Als ein Hauptbestandteil benätigt man eine veränderbare Induktivität (0 bis etwa 25 µH).

Diese kann man auf verschiedene Arten realisieren:

Ich habe mich für letzte entschieden. Sie stammt aus eigener Produktion: Ein flacher, 32 mm breiter, flexibler Kunststoffstreifen wurde mit 1-mm-Lackdraht Windung an Windung umwickelt, danach gebogen und auf einem Rundkörper mit 60 mm Ø aus PVC befestigt (Holz geht auch). An der äußeren Schmalseite entfernte die Feile die Isolation aller Drähte, sodass eine drehbare Bronzefeder den Kontakt herstellen kann. Das Prinzip ist also das eines Drahtpotentiometers. Damit hat man gegenüber einer Rollspule den Vorteil kurzer Betätigungswege. Die Induktivität ist aber nicht so einfach zu berechnen, daher wurde auf Verdacht gewickelt und erst dann gemessen. Das Ergebnis: maximal 18 µH. Das genügt bei ca. 12 m langen Drähten für den KW-Bereich. Um auch das 160-m-Band zu erfassen, verwendet man Drähte ab 20 m Länge und schaltet noch eine Spule von 50 µH in Reihe. Die Drähte sollten bei 100-W-Sendern mit 3 A belastbar sein.

Eine veränderbare Kapazität (von wenigen bis ca. 600 pF) ist ein weiterer wichtiger Bestandteil. Diese ist möglich als

Ich habe mich für einen Drehkondensator entschieden. Es ist ein normaler Rundfunktyp 2 x 500 pF, von dem ich nur ein Paket verwende. Für 160 m kann es nützlich sein, das andere parallel zu schalten. Der Plattenabstand von ca. 0,5 mm genügt für 100 W Sendeleistung.

Festkondensatoren sollten mindestens 500 V vertragen und Keramik- oder, besser noch, Glimmerisolation haben.

Schließlich die Abstimmanzeige. Sie kann erfolgen als HF-Spannungsmessung (L und C auf minimale Spannung an TRX-Erde abgleichen) oder HF-Strommessung (L und C auf maximalen Strom von TRX-Erde abgleichen). Ich habe mit beiden Verfahren experimentiert und mich dann für die Strommessung entschieden, weil es bei der schaltungstechnisch einfacheren spannungsmessung Einflüsse durch die Handkapazität gab. Die Strommessung funktioniert so ähnlich wie bei einem SWR-Meter und ist mittels eines kleinen Ringkerns T50-2 (rot), einer Germaniumdiode und eines Drehspulinstruments einfach zu bauen. Durch die Verwendung eines Potis mit logarithmischer Kennlinie lassen sich auch kleine Leistungen gut einstellen. Beim Aufbau der so entstandenen Schaltung gibt es keine Besonderheiten. Alle Elemente wurden auf eine Plexiglasfrontplatte montiert und fteitragend verdrahtet.

Beschaffenheit und Lage der Erdleitung

Wer Platz hat: Es dürfen natürlich auch mehrere Drähte unterschiedlicher Länge sein, die man am Erdleitungskoppler zusammenschaltet. Für alle gilt: Da die resonante Erdleitung selbst strahlt, sollten diese nicht parallel zu Leitungen der Hausinstallation verlegt werden. Die Führung nach außen, möglichst senkrecht zum Antennendraht, ist einer hausinternen vorzuziehen. Material des isolierten Drahtes bzw. der Litze sowie Querschnitt sind unkritisch. Das Ende muss wie der Antennendraht isoliert sein; hier tritt im abgestimmten Zustand die höchste Spannung auf. In der Praxis hat es sich gezeigt, dass auch die Führung des bzw. der Radials in großem Abstand parallel zur Antenne, ja sogar auf dem Gartenboden liegend noch gute Erfolge bringt.

Mit Filzstift kann man die Stellungen pro Bandmitte auf der Frontplatte markieren. Das Nachstimmen wird im Allgemeinen nur bei größeren Frequenzänderungen nötig sein. Die Verbesserung des SWRs lässt sich beim Abstimmvorgang mitverfolgen. Die genannten Störungen, die besonders bei endgespeisten Antennen, Windoms (FD 4) und koaxgespeisten Dipolen auftreten, verschwinden mit dem Erdleitungskoppler vollständig. TVI und BCI werden geringer, aber auch die Sende-  und empfangsleistung der Station gewinnt.

Fernbediente Varlanten

Selbstverständlich lässt sich ein solcher Erdleitungskoppler auch mit Femsteuerung bauen, um das Gegengewicht an einem abgesetzen Antennentuner (z. B. Smartuner) zu optimieren. Als Induktivität nimmt man da am besten eine mit verschiedenen Anzapfungen versehene Luft- oder Eisenpulver-Ringkernspule von bis zu 30 µH, bei denen die nicht benötigten Windungen durch Relaiskontakte kurzgeschlossen werden. Der Drehko sollte eine Ausführung ohne Endanschläge sein, der sich mit Hilfe eines Getriebemotörchens über eine zweiadrige Steuerleitung betätigen lässt. Das stationäre Bediengerät hat nur zwei Schalter, einen Drehschalter (z. B. mit 1 x 8 Kontakten für alle neun KW-Bänder) zur Betätigung der Relais und für den Drehko Rechts- bzw. Linkslauf einen Knebel-Tastschaltet (EIN) AUS (EIN) mit Mittel-Ruhestellung. Das Anzeigeinstrument ist unnötig, wenn man über ein Stehwellenmessgerät verfügt. Abgestimmt wird nach dem Durchlauf des Antennentuners noch einmal auf bestes SWR. Zwischen Bediengerät und ferngesteuertem Erdleitungskoppler liegt in der beschriebenen Ausführung eine zehnadrige Steuerleitung.

Eine weitere Variante: Wenn es gelingt, als Gegengewicht einen Draht länger als 20 m (für das 80-m-Band; länger als 40 m für das 160-m-Band) möglichst kapazitätsarm auszulegen bzw. aufzuspannen, dann benötigt man das Verlängerungs-L nicht und kommt mit dem Verkürzungs-Drehko aus, der sich natürlich auch fernbedient betreiben lässt.

Notes

  1. DURW in FA 12/98, S. 1417-1419: Kurzwellen-Drahtantenne, endgespeist
  2. Beam-Redaktion in funk 4/97, S. 38-39: Abstimmbare "HF-Erde"

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