Stubs bei LPD-Antennen
LPD-Antennen sind anspruchsvolle Konstruktionen. Kein Wunder, dass hier und da noch ein Fragezeichen auftaucht. Dieser Beitrag sorgt fur ein besseres Verständnis.
LPD bedeutet Log-Periodic Dipol und meint eine Breitbandantenne nach dem Prinzip des Dipols mit deutlich verschieden großen Elementen. Weitere Bezeichnungen sind LPA und LPDA, wobei das A fiir Antenna steht. Diese nach dem logarithmisch-periodischen Prinzip aufgebauten Antennen erreichen typische relative Bandbreiten von 2 (z. B. 14-30 MHz) und als mechanisch schon sehr große Spezialausfiihrungen von bis zu 5 (z. B. 5-25 MHz). Sie scheinen sich zunehmender Beliebtheit bei den Funkamateuren zu erfreuen. Im kommerziellen Dienst sind sie ein alter Hut und vor allem wegen des über den gesamten Nutzbereich etwa gleichbleibenden SWRs von maximal 2 für den automatisierten Betrieb sehr gut geeignet.
Auf den zweiten Blick
Viele Amateure übersehen jedoch, dass der Vorteil der Breitbandigkeit gleichzeitig den Verlust der "Bandpasswirkung" bedeutet, den resonante Antennen bieten. Damit entfällt eine nicht zu unterschatzende Vorselektion - und das bei meist fehlender Vorselektion moderner Transceiver mit bedingt tauglichem Intermodulationsverhalten!
Keine Vorteile ohne andere Nachteile - das ist sehr typisch für Antennen, und meist sind die Nachteile mechanischer Art (Größe).
Die Theorie der LPD-Antennen ist relativ aufwendig, und - wie !eider oft - beruft sich auch hier ein Fachartikel auf den vorangegangenen etc. Und wenn dann im Grundartikel ein Fehler unterlaufen ist, dann schleppt sich dieser mitunter über Generationen weiter. So such bei den LPDs: Im Grundsatzartikel von Isbell und Carell wird für die LPDs ein um 2 dB zu hoher Gewinn angegeben. Betrachten Sie also lieber Ihre LPD und auch alle anderen LPDs mit etwas kritischeren, quasi um 2 dB zusammengekniffenen Gewinnaugen!
Gerechnet und gemessen
Da es Funkamateure immer etwas genauer wissen wollen, hat K9LA seine LPD, eine P6 der bekannten US-Firma Tennadyne, nicht nur nachgerechnet, sondern auch nachgemessen. Und dabei haben sich erstaunliche Dinge gezeigt!
Die P6 ist für 14-30 MHz ausgelegt. Im Rechenmodell zeigt sich aber bei 28 MHz ein dramatischer Rückgang sowohl des Gewinns als auch des Vor/Rück-Verhaltnisses. Dieser Einbruch ist in Bild 1 deutlich zu sehen und natürlich höchst unerwünscht.
Bild 1: Gewinn (oben) und Rückdämpfung (unten) der Antenne P6 ohne Stub.
Kommerzielle LPDs weisen häufig einen Stub am längsten Element auf. Vielen Funkamateuren ist die Funktion dieses Stummels ein Rätsel. Die Vermutung, dass damit ein Blitzschutz für die ja isoliert montierten Elemente gegeben sei, überzeugt nicht wirklich.
Das Geheimnis des Stubs
Die Verläufe von Gewinn und Rückdampfung geben aber eine sehr plausible Erklärung. Das längste Element entspricht bei der tiefsten Arbeitsfrequenz (hier 14 MHz) einem Halbwellendipol. Das Prinzip der LPA liegt nun darin, dass nur ein Teil der Antennenelemente aktiv ist. Diese Gruppe von Elementen wird als aktive Zone bezeichnet. Die aktive Zone verschiebt sich mit steigender Frequenz in Richtung kürzerer Elemente, also zur Antennenspitze. Die anderen Elemente sind weitgehend unbeteiligt - oder auch nicht! Denn bei dem für Amateurfunk typischen Betrieb auf den frequenzmaßig etwa um den Faktor 2 gestaffelten klassischen Bandern (hier 20 und 10 m) ist das längste Element sehr wohl mitbeteiligt. Das heißt, es fließt sehr wohl Strom durch dieses Element. Und wenn dabei der Abstand zur aktiven Zone bei 28 MHz ungtinstig ist (falsche Phasenlage), dann kann die Richtantenne zu einem Dipol "entarten".
Versieht man nun das langste Element mit einem symmetrischen Stub (hier ca. 1 m lang), dann verschwindet der eingangs zitierte Effekt sofort. Bild 2 zeigt das sehr deutlich. Die gewiinschte Wirkung bleibt über die gesamte Bandbreite erhalten, so einfach kann es gehen! Damit ist wohl auch das Geheimnis des Stubs bei LPDs gelüftet. Firmen ermitteln die Stublange wahrscheinlich durch Messung, wahrend hier einfaches und kluges Denken von K9LA zum Erfolg geführt hat.
Bild 2: Gewinn und Ruckdampfung der mit einem Stub verbesserten Antenne.
Dieser Beitrag erschien in qsp 2/2000 und bezieht sich auf den Originalartikel von K9LA im Antenna Compendium, Band 6, ARRL 1999, ISBN 0-87259-943-1.