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Von der Zeppelin-Antenne zur Fuchsantenne 1

Theoretische Grundlagen und praktische Tipps

Die Zeppelin-Antenne wurde von Dr. Hans Beggerow 1909 zum deutschen Reichspatent angemeldet. Ihre erste erfolgreiche Anwendung erfolgte in den Luftschiffen, wo sie bald zum Standard wurde. Die Funkamateure waren für alles Neue leicht zu begeistern, und so kronte eine Zeppelin-Antenne bald die Station so manchen Amateurs, der etwas auf sich hielt.

Vor dem Krieg (1939) war die Zeppelin-Antenne weit verbreitet und der Feeder, salopp als Hühnerleiter bezeichnet, war die einzige, damals bekannte Speiseleitung. Von Koaxialkabeln hatte man keine Ahnung. Nur die deutsche Luftwaffe hatte ein Koaxkabel entwickelt, das mit weichem, dunkelblauen Plastik umhüllt war. Der Innen] eiter bestand aus Kupferlitze, der Außenleiter aus Kupfergeflecht und die Isolation aus keramischen Calitperlen. Heute, nach fiber 60 Jahren, sind Ωualita und Verlustarmut immer noch hervorragend. Natürlich war dieses Kabel ein streng gehütetes Geheimnis, and nicht einmal die neugierigen Funkamateure - auch ich nicht - wussten etwas davon.

Eine etwas unbefriedigende Eigenschaft der Zeppelin-Antenne war die einseitige Ankopplung des waagerechten Strahlers an den symmetrischen Feeder. Dadurch wurde meistens die Symmetric auf dem Feeder nachhaltig gestort. Nur der intelligente Experimentator oder der Glückspilz hatten einen Feeder mit symmetri schen Stromen. Der Durchschnittsamateur musste sich damit abfinden, dass auf dem Feeder keine Symmetric herrschte und damit der Feeder als Vertikalstrahler wirkte, der zusammen mit dem Horizontalstrahler eine Mischstrahlung abgab. Das war vor allem dann der Fall, wenn die Zeppelin-Antenne als MehrbandAntenne eingesetzt wurde. Da war die Unsymmetrie auf der Speiseleitung zumindest auf einigen Bandern mit Sicherheit vorauszusehen. Das Schonste damn war, class so gut wie alle Zeppelin-Antennen-Besitzer davon keine Ahnung batten. Sie wunderten sich nur darüber, wie schlecht die Zeppelin-Antenne auf diesem oder jenem Band abzustimmen war. Wer mit kleinen Taschenlampen-Bimchen den Strom "messen" konnte, argerte sich Ober die unsymmetrischen Speisestrome. So manche Funkamateure hatten mit der Zeppelin-Antenne keinen Erfolg, bauten sic schnell wieder ab und gingen zu direkt gespeisten Antennen über, well sie die Speiseleitung als Ursache des Misserfolgs verdachtigten.

Der Doppelzepp

So ist es kein Wunder, dass man sich den Kopf zerbrach und nach neuen Ideen suchte, die Zeppelin-Antenne zu verbessern und die Symmetric der Strome auf dem Feeder zu gewahrleisten. Die einfachste und beste Idee ist es, den Feeder auf beiden Seiten mit je einem gleich großen Horizontalstrahler zu versehen. Dann ist er an beiden Enden gleich belastet und zwangslaufig symmetrisch abgeschlossen. Sind jedoch Hauser oder Baume dem einen der Strahler naher als dem anderen, so ist es schon wieder dahin mit der schonen Symmetric. Aber das ist nicht weiter schlimm, die Antenne funktioniert auch dann noch sehr gut. Der Name Er die nun symmetrische Zeppelin-Antenne war von vielen Funkamateuren schnell gefunden und ranch popular: Doppelzepp. Der Ausdruck Doppelzepp geht zwar glatt von der Zunge und ist einleuchtend; er ist aber von der Logik her falsch: Eine Zeppelin-Antenne ist eine am Ende gespeiste Antenne. Der Doppelzepp ist jedoch eine in der Mitte gespeiste, symmetrische Antenne, für die der Name Dipol weitaus passender ist. Allenfalls konnen wir sic noch mit "Doublet" bezeichnen. Weil sic auf alien Bandern zu verwenden ist, wollen wir sic besser Allwellen-Dipol(1) nennen.

Ein Allwellendipol (Doppelzepp)

Der soil naturlich auf alien Bandem gut abstrahlen und auf dem 1,8-MHz-Band noch ein brauchbares Signal produzieren. Also wahlen wir das 80-m-Band als Basisband. Dies reicht von 3,5 MHz bis 3,8 MHz. Seine Mittenfrequenz ist das geometrische Mittel aus beiden GrenzFrequenzen: f = (3,5² × 3,8²)^-2 = 3,647 MHz. Für diese Mittenfrequenz ist die Wellenlänge: λ_m = 300/3,647 = 82,3 m. Damit wird die Halbwelle: λ_m/2 = 41,15 m. Bei einem Verkürzungsfalctor von v = 0,975 ist die Halbwelle im Draht: 40,12 m. Die Gesamtlange des Allwellendipols wird damit 40,12 m, jeder der beiden Schenkel ist 20,06 m lang (Bild 1). Der Praktiker berücksichtigt zuerst, wie viel zusatzlicher Draht für die beiden Endisolatoren und den Mittenisolator benotigt wird, schneidet dann die Gesamtlange ab, bringt die Endisolatoren an, faltet den Draht und zertrennt ihn an der Faltung. Damit ist er sicher, zwei genau gleich lange Schenkel geschnitten zu haben und dass die Symmetrie gewahrt bleibt. Der Mittenisolator muss auf den hoheren Bandern hohe HF-Spannungen aushalten. Es empfiehlt sich dafür eine Eierkette aus mindestens drei guten, keramischen Isoliereiern.

Bild 1: Abmessungen eines Doppelzepps, in Wahrheit ein Allwellendipol, Maße in mm.

Abstrahlung des Allwellendipols

Jeden Antennenbauer interessiert die Frage, wohin die Antenne gut und weniger gut abstrahlt. Anfinglich hat man dies berechnet. Ich habe dies noch mit Papier und Bleistift und einer Logarithmentafel getan, natürlich in groben Schritten zu je 10°, um Rechenarbeit zu sparen. Spater tat dies der Computer, und heute haben wir EZNEC(2) als sehr praktische Losungsmethode. Der Allwellendipol mit seiner Stromverteilung auf 18,1 MHz ist in Bild 2 zu sehen. Well diese Antenne in den verschiedensten Hohen aufgehangt werden kann, was wiederum die unterschiedlichsten Strahlungs-Diagramme hervorruft, haben wir die Abstrahlung im freien Raum ohne Erdreflexion durch EZNEC 2000 berechnen lassen. Sie sind für alle Kurzwellenbander auf den folgenden Bildern 3 bis 10 dargestellt.

Bild 2: Der Allwellendipol mit Stromverteilung auf 18,1 MHz.

Bild 3 bis Bild 10: Freiraumdiagramme des Allwellendipols von 3,5 MHz bis 28 MHz. Die Antenne ist von links nach rechts gespannt.

Antennenkoppler für Zeppelin-Antennen und Allwellendipole

In der Station kommen die beiden Drahtenden der symmetrischen Hühnerleiter an. Sie mussen jetzt an den unsymmetrischen Ausgang des Transceivers angepasst werden. Eine Moglichkeit ware es, einen unsymmetrischen Antennenkoppler mit einem Balun 1:4 oder 1:6 abzuschließen und dort den Feeder anzuldemmen. Dies funktioniert nicht immer, besonders dann nicht, wenn hohe Strome oder hohe Spannungen an den Klemmen des Baluns liegen. Manchmal wird der Ferrit- oder Pulverkern des Baluns in die Sattigung gesteuert, womit der Koppler außer Rand und Band gerat.

Eine technisch bessere Losung ist es, für den Feeder einen eigenen Koppler zu bauen. Wie Bild 11 beweist, ist die Schaltung recht einfach. Hauptteil ist ein Parallelkreis am Spule und Drehko. Der Koppler kann die zwei Extreme Strom- end Spannungskopplung end alle Zwischenstufen der Kopplung bewaltigen. Liegt am stationsseitigen Feederende das Strommaximum, so sprechen wir von Stromspeisung, liegt dort das Spannungsmaximum, so sprechen wir von Spannungsspeisung. Bei Stromspeisung wird der Paralleldrehko ganz herausgedreht und mit den zwei Serienkondensatoren der Feeder angepasst. Fast immer müssen wir einen der beiden Drehkos weiter hereindrehen als den anderen, ein Zeichen der nicht vollkommenen Symmetric. Bei Spannungsspeisung werden die beiden Seriendrehkos voll eingedreht end mit dem Paralleldrehko angepasst. Hir die Zwischenzustande wird mit alien drei Drehkos angepasst. Der Paralleldrehko hat etwa 250 pF end muss spannungsfest sein, die Seriendrehkos haben etwa je 500 pF. Die wiederum müssen stromfest sein. Die Spule ist nach Frequenz und Leistung zu bemessen, genau so die kleine Koppelspule für das speisende Koaxialkabel. Praktisch sind Steckspulen, die meist zwei oder drei Bander abdecken konnen: 3,5 MHz, 7 MHz/10,1 MHz, 14 MHz/18,1 MHz, 21 MHz/24,9 MHz/28 MHz. Meist braucht man für 1,8 MHz eine besondere Spule. Ich konnte mir allerdings auf billige Weise helfen, indem ich in die Spule für 3,5 MHz einige große Ferritkeme steckte.

Bild 11: Antennenkoppler fur Zeppelinantennen und Allwellendipole. Querdrehko etwa 250 pF, beide Langsdrehkos etwa 500 pF.

EZNEC 2000 berechnete auch die Gewinne für die Freiraumstrahlung nach der Tabelle 1:

Tabelle 1

Frequenz in MHz	3,5	7	10,1	14	18,1	21	24,9	28
Gewinn in dBi	1,9	3,4	4,2	3,7	3,7	4,6	4,4	5,5

Dazu sind leichte Bedenken zu auBem: Der Freiraumgewinn eines Halbwellendipols ist g = 2,15 dBi. Bei 3,645 MHz ist der Allwellendipol beinahe ein Halbwellendipol. EZNEC weist aber nur 1,9 dBi aus. Andererseits sind die von EZNEC berechneten Gewinne meistens zu hoch angesiedelt. Bei den Gewinnzahlen ist also stets eine gesunde Vorsicht angebracht, wenn auch die hier errechneten Gewinne logisch und plausibel erscheinen.

Die X-X-Methode zur Verlingerung der Zeppelin-Antenne

Les Moxon, G6XN, erwahnt in seinem Buch "HF-Antennas for All Locations"(3) eine Methode, die Zeppelin-Antenne symmetrisch zu erregen. Er fügt an das obere Ende der Speiseleitung links und rechts je einen ldeinen waagerechten Abschnitt an, der links frei endet und rechts mit dem Horizontalstrahler verbunden ist. Siehe Bild 12. Um überhaupt zu einer praktikablen Losung zu kommen, machen wir Feeder plus Verlangerung eine Viertelwellenlange lang. Damit haben wir unten in der Station eine niedrige Impedanz, was für eine beΩueme Speisung notwendig ist. Dies entspricht genau der ursprünglichen Idee Von Dr. Hans Beggerow, im Zeppelin niedrige Impedanz end damit niedrige Spannung zu haben. Bezeichnen wir den senkrechten Feeder mit y und den waagerechten Verlangerungsteil mit x, so ist ihre Gesamtlange: x + y = λ/4.

Bild 12: Die X-X-Methode zur Symmetrierung des Feeders.

Bei einiger Lange des Verlangerungsteils würde der Feeder schnell zu kurz end der Horizontalstrahler sehr nape der Erde hangen. Urn dies zu verhindem, machen wir x + y = 3Μ/4 lang. Damit wird bei einer BetriebsFrequenz von 14 MHz: x + y = 16,1 m und der Strahler 10,7 m lang. Urn die Auswirkung des Verlangerungsteiles x-x auf die Welligkeit am unteren Ende des Feeders zu ermittein, nehmen wir eine Speiseimpedanz von 25 Ω (spater 50 Ω) und Freiraum an und machen von Experiment zu Experiment x schrittweise um einen Meter länger. Dann erbringt EZNEC 2000 die in Tabelle 2 zusammengestellten Ergebnisse.

Tabelle 2

Verlangerung	Feeder	Welligkeit	Frequenz	Impedanz
x	y	s	f	Z
1 m	15,1	1,23	14,2 MHz	25 Ω
2 m	14,1	1,11	14,4 MHz	25Ω
3 m	13,1	1,31	14,5 MHz	25 Ω
4 m	12,1	1,18	14,35 MHz	25 Ω
5 m	11,1	1,8	14,0 MHz	25 Ω
6 m	10,1	2,29	13,5 MHz	25 Ω
3 m	13,1	1,85	14,7 MHz	50 Ω
4 m	12,1	1,11	14,6 MHz	50 Ω
5 m	11,1	1,75	14,3 MHz	50 Ω
6 m	10,1	2,71	13,5 MHz	50 Ω

Interessant ist das Ergebnis für x = 4 m. Damit steht in der Station eine Impedanz von 50 Ω in die mit einem einfachen 1:1-Balun problemlos eingespeist werden kann. Von diesen Abmessungen ausgehend wurde weiter optimiert, der Freiraum verlassen end in reale Erdnahe gegangen. Das Optimum für 14,15 MHz ergab sich nach Bild 13 bei einer Strahlerlange von 14,95 m end einer Verlangerung von 4,15 m. Der Feeder allein ist 12,10 m lang and endet 10 cm über der Erde. Die Stromverteilung zeigt Bild 14: Die Strome auf dem Feeder sind gleich groB und in der Phase entgegengesetzt. Es herrscht Symmetrie.

Bild 13: Der verlangerte Zepp mit Stromverteilung auf 14 MHz.

Bild 14: Nach der X-X-Methode verlangerter Zepp fur 14 MHz, Male in mm.

Die Welligkeit ist in Bild 15 dargestellt: Das SWR-Minimum von s = 1,15 liegt bei 14,15 MHz. Die SWR-Bandbreite ist gering: bei 14 MHz s = 2,5, bei 14,35 MHz s = 2,8. Aber die Abstrahldiagramme sind ordentlich. Das Vertikaldiagramm von Bild 16 zeigt einige Flachstrahlung mit 24° Elevation in der Richtung des Horizontalstrahlers. Das Horizontaldiagramm ist für diese 24° Elevation ausgeführt (Bild 17) und hat die Gestalt eines vierblattrigen Kleeblatts. Der Gewinn im Maximum hat 7,66 dBi und ist in seiner GraBe mit einiger Vorsicht zu genieBen. Aber immerhin hat diese verlangerte Zeppelin-Antenne viele gute Eigenschaften, die nicht zu verachten sind. Der einzige Nachteil: Es ist eine Einband-Antenne nur für das 14 MHz-Band. Sie lieBe sich freilich für die anderen Bander zwangsanpassen - mit den manchmal damit verlatüpften Nachteilen.

Bild 15: Die Welligkeit auf dem 50-Ω-Kabel zum verlangerten Zepp.

Bild 16: Vertikaldiagramm des verlangerten Zepps in Drahtrichtung.

Bild 17: Horizontaldiagramm des verlängerten Zepps für 24° Elevation, Antenne von links nach rechts gespannt.

Ansonsten ist von der X-X-Methode nicht allzu viel zu halten, und glücklicherweise hat Moxon dies auch nicht für sich beansprucht. Einer seiner Vorschlage, die Verlangerung x genau eine Viertelwelle lang zu machen, hat allerdings zu keinen guten Ergebnissen geführt. Eine Verlangerung von x = λ/4 erzwingt am Anschlusspunkt des Feeders eine sehr niedrige hnpedanz. Am gegenüberliegenden Anschlusspunkt liegt der Strahler mit hoherer Impedanz. Dieses Ungleichgewicht wirkt sich nicht gut aus: Die Strome auf dem Feeder sind sehr ungleich, der Feeder strahlt, und diese Strahlungsenergie geht dem Horizontalstrahler verloren. Das Ergebnis ist auf Bild 18 zu sehen: Frequenz 14 MHz, Strahler 10,7 m, Hohe fiber Erde 10,8 m, Verlangenmg 5,36 m. Die Strome geben kein gutes, geschweige denn ein symmetrisches Bild ab. Trotzdem habe ich mit einer waagerechten Antenne aus λ/4 and λ/2 (wie in Bild 18) gute Ergebnisse erzielen konnen. Dies war in der Clubstation C21NI in Nauru. Kurze Zeit spater habe ich allerdings diese Antenne auf eine Stromsummenantenne(4) vergroßert, and die Abstrahlung verbesserte sich merldich.

Bild 18: Eine ungunstige Losung: links λ/4-, rechts λ/2-Strahler. Die Feederstrome sind sehr unsymmetrisch und strahlen stark.

Der Zeppelin-Feeder als Speiseleitung und Impedanztransformator

Moxon erwahnt in seinem Buch(3) die Moglichkeit, Halbwellenstrahler mit einer Zweidrahtleitung zu speisen, allerdings auf besondere Weise. Der Feeder ist dazu eine Halbwelle lang, an einem Ende kurz geschlossen and am anderen Ende fiber einen Balun 1:1 mit 50-Ω-Koaxialkabel gespeist. Bild 19 zeigt den diesmal horizontalen Feeder mit den auf ihm liegenden Strömen. Der kleine Kreis rechts stellt den Balun dar. In der Mitte des Feeders steht der vertikale Halbwellenstrahler. Seine Stromverteilung entspricht recht genau der klassischen Sinuslinie. Die V2 lange Speiseleitung tragt Strome von entgegengesetzter Phase, sie strahlt also kaum nach außen. Das Vertikaldiagramm von Bild 20 prasentiert die altgewohnte Gestalt der Keulen einer Vertikalantenne bei recht geringem Gewinn. Die Welligkeit auf dem speisenden Koaxialkabel ist auf Bild 21 zu sehen. Das Minimum von s = 1,28 liegt bei 14,15 MHz und ist ziemlich schmal. Bei 14 MHz ist s =1,8, bei 14,35 MHz wird s = 2,1. Die Schmalbandigkeit rührt von der verhaltnismaßig hohen Güte des λ/2-Feeders her. Wir konnten diesen Feeder durch ein L-Glied aus L und C ersetzen, das vom 50-Ω-Koaxkabel gespeist wird. L und C und eine wetterfeste Box kamen wesentlich teurer als der Feeder aus offenem Draht. Das L-Glied hatte bestimmt auch hohere Verluste als die offene Zweidrahtleitung. Für den Nachbauer ist diese Antenne mit ihren Maßen in Bild 22 dargestellt. Der untere Draht des Feeders ist 40 cm fiber der Erde, der obere 50 cm, so dass die Drahte des Feeders 10 cm voneinander entfemt sind, was einem Wellenwiderstand von etwa 500 Ω entspricht.

Bild 19: In der Mitte des λ/2-Feeders steht der λ/2-Strahler. Speisung rechts mit 1 : 1-Balun und 50-Ω-Kabel.

Bild 20: Vertikaldiagramm der mit Feeder gespeisten Vertikalantenne.

Bild 21: Welligkeit auf dem 50-Ω-Kabel zu Balun und Feeder.

Bild 22: Die Abmessungen der optimierten Vertikalantenne in mm.

Für den, der diese Antenne in der Hohe begrenzen will, hat Moxon eine T-Antenne mit Zepp-Feeder vorgeschlagen. Der Feeder bleibt mit 10,7 m hinge so grol3 wie vorher. Der vertikale Strahler ist 5,3 m hock und der waagerechte Kopfdraht ist 10,6 m lang, in seiner Mitte mit der Strahlerspitze verbunden. Diese Antenne mit der Stromverteilung auf 14 MHz ist in Bild 23 zu erkennen. Das Vertikaldiagramm von Bild 24 zeigt wesentlich dickere Keulen, was auf vermehrte Steilstrahlung gegenüber der vorhergehenden Antenne hinweist. Die Welligkeit auf dem Koaxkabel ist scharfer resonant ausgepragt. Bild 25 bringt einen Begriff davon. An den Bandgrenzen bei 14 MHz ist s = 4,14 und bei 14,35 MHz ist s = 7,67, was nicht begeistern kann. Obendrein lassen sich diese Werte überhaupt nur dann erreichen, wenn ein Balun 4:1 zwischen Kabel und Feeder eingeschleift ist. Versuche, den Anschluss der T-Antenne auf dem Kabel aus der Mitte zum Ende des Feeders hin zu verschieben und damit die Welligkeit zu verkleinem, brachten leider keine Besserung.

Bild 23: Die T-Antenne auf dem speisenden Feeder, mit Stromverteilung, rechts der Balun.

Bild 24: Vertikaldiagramm der mit Feeder gespeisten T-Antenne.

Bild 25: Die Welligkeit der T-Antenne über 4:1-Balun (50 Ω : 12,5 Ω.

Moxon beschreibt in (3) noch mehrere Fälle der Speisung von Antennen über einen λ2-Feeder: Quadratantennen und vertikale Drahtyagis mit drei Elementen. Das Prinzip ist immer gleich. Die eine Halbwelle oder ein Vielfaches einer Halbwelle lange Antenne ist mit der Mitte des Feeders galvanisch verbunden. Weitere Analysen dieser Antennen sind von uns nicht untemommen worden.

Quellen und Literatur.

1. K. H. Hille, DL1VU, Der Dipol in Theorie und Praxis, 2. Aufl. 1998, Theuberger Verlag, Berlin
2. ENE( 2000, Roy Lewallen, W7EL, P. O. Box 6658, Beaverton, OR 91007, USA
3. L Moxon, G6XN, HF-Antennas for All Locations, 2. Aufl. 1995, RSGB, London, hier Seite 47 ff.
4. K. H. Hille, DL1VU, Windom- und Stromsummenantennen, 1. Aufl. 2000, Theuberger Verlag, Berlin
5. Dr. J. Fuchs und Fr. J. Fasching, Signalbuch fur den Kurzwellenverkehr, 5. Aufl. 1941, Verlag Fr. J. Fasching, Wien Xü

DL1VU, Karl H. Hille.