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Im ersten Teil dieser Beitragsfolge wurden ein Nomogramm zum Zusammenhang zwischen Antennengewinn und Öffnungswinkel der Strahlkeulen, sowie Diagramme zum optimalen Stockungsabstand bei zwei beziehungsweise vier gleichen Antennen in einer Ebene gezeigt. Außerdem wurden Hinweise zur Anpassung von gestockten Antennen gegeben(1).
In diesem zweiten Beitrag geht es um die Möglichkeit, durch Variation des Abstandes zweier zusammengeschalteter Antennen an einer gewünschten Stelle im Polardiagramm eine Nullstelle zum Ausblenden eines störenden Senders zu erzeugen(2); des weiteren wird beschrieben, wie mit zwei gestockten Antennen ein theoretisch unendliches Vor-Rück-Verhältnis erzielt werden kann. Auch diese Möglichkeit kann zum Unterdrücken eines störenden Senders nützlich sein. Bei fest vorgegebenen Antennenrichtungen zwischen gewünschtem Signal (z.B. ferne Relaisstation oder DX-Stationen in einer Vorzugsrichtung oder ein besonders interessanter Fernseh- oder Stereo-UKW-Sender) und unerwünschtem Signal (z.B. örtliche Relaisstation, leistungsstarke Ortsstation) lassen sich die angedeuteten Möglichkeiten besonders günstig anwenden.
1. Nullstelle bei einem Gewünschten Winkel im Polardiagramm
Der horizontale Strahlkeulen-Öffnungswinkel einer Anordnung von zwei gleichen, nebeneinander angebrachten Yagi-Antennen ist etwa halb so groß wie der einer Einzelantenne; dabei ist bei horizontal montierten Antennen der Öffnungswinkel der Horizontalebene, bei vertikal montierten Antennen derjenige der Vertikalebene zugrunde zu legen. Bild 2 in (1) gibt an, welcher Abstand zwischen den beiden Antennen einzuhalten ist, wenn maximaler Gewinn erzielt werden soll.
Davon abweichend kann der Abstand verändert werden, um zu erreichen, daß Nullstellen im Polardiagramm gewünschte Richtungen einnehmen. Die folgende Tabelle zeigt typische Abstände und die zugehörigen Winkel, bei denen Nullstellen erscheinen. Obwohl die zugrunde liegenden Rechnungen für diese Zahlenwerte recht komplex sind, ergeben sich übersichtliche Auswirkungen auf das Polardiagramm und damit eine einfache Anwendung.
| Abstand in λ | Nullstellen-winkel in ° |
|---|---|
| 1,97 | 15 / 165 |
| 1,54 | 20 / 160 |
| 1,18 | 25 / 155 |
| 1,00 | 30 / 150 |
| 0,87 | 35 / 145 |
| 0,78 | 40 / 140 |
| 0,71 | 45 / 135 |
| 0,65 | 50 / 130 |
| 0,61 | 55 / 125 |
| 0,578 | 60 / 120 |
| 0,553 | 65 / 115 |
| 0,533 | 70 / 110 |
| 0,518 | 75 / 105 |
| 0,508 | 80 / 100 |
| 0,501 | 85 / 95 |
| 0,500 | 90 |
Bei dem kleinstmöglichen Abstand von λ/2 zwischen den zwei Antennen erscheinen zwei Nullstellen im Diagramm, und zwar je 90° rechts und links gegen die Mittellinie der Hauptkeule verdreht (also bei 90° und 270°). Mit größer werdendem Antennenabstand zeigen sich vier Nullstellen, von denen sich zwei nach vorne, in Richtung der Hauptkeule verlagern, und zwei nach hinten, in Richtung 180°. Dabei bleibt das Polardiagramm vollkommen symmetrisch, das heißt bei einem Abstand von beispielsweise 1 λ treten Nullstellen auf bei 30°, 150°, 210° und 330°. Die Tabelle enthält nur die Nullstellen einer Seite.
2. Unendlich hohes Vor-Rück-Verhältnis
Richtig dimensionierte Yagi-Antennen weisen meistens ein Vor-Rück-Verhältnis von 20 bis 25 dB auf. Wenn eine starke Ortsstation mit der Antennenrückseite ausgeblendet werden soll, ist dieser Wert zu niedrig. Durch Verändern der Phasenbeziehungen zwischen zwei übereinander angeordneten, gleichen Antennen ist es möglich, ein theoretisch unendlich hohes Vor-Rück-Verhältnis zu erhalten. Dazu werden die beiden Antennen nach Bild 1 so montiert, daß eine Antenne um mechanisch λ/4 vor der anderen angeordnet ist. Im Bild führt die obere Antenne um λ/4 vor der unteren; ein Signal aus der gewünschten Richtung (von vorn) erreicht deshalb die obere Antenne 90° eher als die untere. Wenn nun eine Verzögerungsleitung von 90° zwischen der oberen Antenne und der Aufstockleitung angeordnet ist, erreichen die Spannungen beider Antennen den Zusammenschaltpunkt (Speisekabel) in Phase, so daß der normale, volle Antennengewinn erzielt wird.
Bild 1: Anordnung von zwei Antennen für maximales Vor-Rück-Verhältnis
Ein Signal von hinten dagegen erreicht die untere Antennen 90° eher als die obere, so daß die Fußpunktspannung der oberen Antenne derjenigen der unteren Antenne um 90° nacheilt. Die eingefügte Verzögerungsleitung vergrößert die Phasendifferenz um weitere 90° auf 180°, so daß sich die beiden Antennenspannungen am Zusammenschaltpunkt vollständig aufheben.
In der Praxis ist diese Auslöschung nicht unendlich hoch, weil es selten möglich ist ganz. korrekte Phasenbeziehungen zu erreichen. Das Signal kann außerdem schräg einfallen und/oder von Hügeln, Bäumen oder Gebäuden in der Hauptrichtung der Antennen zurückgestreut werden. Doch kann die beschriebene Anordnung das Vor-Rück-Verhältnis ohne Schwierigkeiten auf 50 bis 60 dB erhöhen. Dieser Wert läßt sich, wenn es darauf ankommt, durch Optimieren der Phasenbeziehungen unter den tatsächlichen Umgebungsbedingungen noch vergrößern. Dazu kann die Länge der Verzögerungsleitung oder der Versatz der beiden Antennen gegeneinander fein justiert werden.
Die 90°-Verzögerungsleitung ist ein Koaxialkabel der elektrischen Länge λ/4; sie muß also mechanisch λ/4 × Verkürzungsfaktor lang sein.
3. Literatur
- Bittan, T.: Antennen-Notizbuch 1, UKW-Berichte 14 (1974) Heft 2, S. 77 - 79
- J-Beam Telecommunication catalog 1973, S. 3
DJ0BQ, Terry Bittan.