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Weitere Überlegungen zur Zirkular-Polarisation
1. Neuere Erfahrungen mit der Zirkular-Polarisation
Der Verfasser erhielt eine Reihe von Berichten, in denen Leser ihre Erfahrungen mit Zirkular-Polarisation und Kreuzyagi-Antennen mitteilten. Wie erwartet, hingen die Ergebnisse sehr stark vom jeweiligen Standort ab und bestätigten die frühere Feststellung des Verfassers nämlich daß die Vorteile der Zirkular-Polarisation desto stärker in Erscheinung treten je schlechter die UKW-Lage ist. Abgesehen von ganz schlechten Standorten lohnt es sich, die Antenne auf alle Polarisationsarten umschaltbar auszuführen, um sich der Gegenstation optimal anpassen zu können. Die Umschaltmöglichkeit mag überflüssig werden, wenn sich Zirkular-Polarisation allgemein durchgesetzt haben wird. Jedoch wird auch dann eine Umschaltung zwischen Uhrzeiger- und Gegenuhrzeigersinn vorteilhaft sein.
Bestätigt wurde auch, daß es sehr ratsam ist, einen nichtleitenden (Glasfaser) Mast zu verwenden, um die Vertikal-Komponente nicht zu beeinträchtigen und die Rundheit der Zirkular-Polarisation zu erhalten. Ein nichtleitender Mast ist natürlich ebenso für normale, vertikal polarisierte Yagi-Antennen empfehlenswert.
Wenn Antennen unbefriedigend arbeiteten, stellte sich in sehr vielen Fällen heraus, daß sie in zu geringem Abstand zu anderen Antennen oder zu irgendwelchen Metallteilen montiert worden waren. Alle Antennen vom Yagi-Typ sind sehr empfindlich gegenüber mehr oder weniger gut leitenden Gegenständen in ihrer Nachbarschaft; der minimale Abstand liegt bei etwa 3 in für eine 10-ElementYagi und bei etwa 1 m für die allerkleinste Antenne im 2-m-Band.
Die Erfahrung mit Zirkular-Polarisation im 70-cm-Band zeigt, daß hier - im Gegensatz zum 2-m-Band - die Polarisationsumschaltung kaum einen Vorteil bringt. Offenbar ist bei kleiner Wellenlänge der Anteil reflektierter Signale mit beliebiger Polarisationsrichtung größer als bei längeren Wellen. Aus diesem Grund möchte der Verfasser vorschlagen, daß Kreuzyagi-Antennen für das 70cm-Band lediglich für zirkular-rechts- und zirkular-linksdrehende Polarisation umschaltbar ausgeführt werden, nicht aber für die beiden linearen Polarisationen.
2. Weiterentwickelte Umschalteinrichtungen
2.1. Verbesserungen der in (1) Angegebenen Umschalteinheit
In (1) wurde eine Umschalteinrichtung für vier Polarisationsarten angegeben, die zufriedenstellend funktioniert, aber in einem Punkt noch verbessert werden kann. Und zwar sollte das Einschalten der zusätzlichen λ/2-Leitung für Zirkular-Polarisation gegen den Uhrzeigersinn nicht wie in den Bildern 2 und 3 in (1), sondern wie in den hier gezeigten Bildern 1 und 2 erfolgen. Der Unterschied (Leerlauf der unbenutzten λ/2-Leitung statt Kurzschluß) wirkt sich praktisch kaum aus; er wurde erst bei Experimenten an einer Umschalteinrichtung für höhere Frequenzen bemerkt.
Bild 1: Umschaltung zwischen Zirkular-polarisation im Uhrzeiger- und im Gegenuhrzeigersinn
Bild 2: Umschalteinrichtung für 4 Polarisationsarten
2.2. Umschalt-Einheit für maximal 6 Polarisationsarten
Wegen der Schwierigkeiten gute Koaxialrelais und Glasfaser-Masten preiswert zu bekommen, experimentierte der Verfasser weiterhin mit verschiedenen Methoden, die benötigten Phasenbeziehungen (und Anpassung) durch zusammengeschaltete Leitungsstücke herzustellen. Nach nur teilweisen Erfolgen mit λ- und 1,5-λ-Hybridringen wurde schließlich eine verhältnismäßig billige Umschalteinrichtung gefunden, die sich sehr gut zur Polarisationsumschaltung in der Funkstation eignet. Dazu wird vorausgesetzt, daß zwei Antennenspeiseleitungen gleicher Länge (wobei die Phasenverschiebung zwischen den beiden Speisedipolen zu berücksichtigen ist) von der Kreuzyagi-Antenne zur Funkstation verlegt sind. Die im folgenden beschriebene Umschalteinheit sollte an der Funkstation angeschlossen sein, während sich für eine Umschaltung direkt an der Antenne oder im Dachboden eine der Schaltungen nach Bild 1 oder 2 besser eignet.
Der Hauptvorzug der neuen Umschalteinrichtung ist, daß die Kreuzyagi-Antenne in X-Position montiert werden kann (Bild 3) und trotzdem linear vertikale und linear horizontale Polarisation erreichbar ist. Die Schaltung wird für eine Kreuzyagi-Antenne in dieser Montage-Position angegeben, wobei außerdem vorausgesetzt wird, daß die beiden Balun-Transformatoren diagonal über dem Boom (Tragrohr) angeordnet sind und sich einander gegenüber stehen. Bei abweichender Montage-Position treten andere Polarisationsrichtungen auf, doch ist es verhältnismäßig einfach festzustellen, ob die lineare Polarisation schließlich vertikal, horizontal oder diagonal liegt. Die sechs schaltbaren Polarisationsarten sind: zirkular im und gegen den Uhrzeigersinn, sowie linear vertikal, horizontal, diagonal 45° und diagonal 135°. Die beiden letzten sind ein Nebenprodukt der X-Montage und müssen in der Praxis nicht eingesetzt werden.
Bild 3: Montage-Position der KreuzyagiAntenne für 6 Polarisationsarten
Die benötigten Phasenleitungen werden nach den Bildern 4 bis 7 aus Koaxialkabel mit einem Wellenwiderstand von 75 Ω beziehungsweise 50 Ω hergestellt. Die beiden Linear- Polarisationen in diagonaler Richtung entstehen, wenn die einzelnen Antennen für sich allein angeschlossen werden.
Bild 4: Phasenleitungen für vertikale Polarisation
Bild 5: Phasenleitungen für horizontale Polarisation
Bild 6: Phasenleitungen für Zirkular-Polarisation im Uhrzeigersinn
Bild 7: Phasenleitungen für Zirkular-Polarisation im Gegenuhrzeigersinn
2.2.1. Aufbau der Umschalt-Einheit
Da der Verkürzungsfaktor von Koaxialkabel mit Schaum- Polyäthylen-Dielektrikum größere Schwankungen aufweist (vor allem wenn das Kabel gebogen wird), sollte für die Umschalt-Einheit Kabel mit massivem Dielektrikum verwendet werden. Für die 50-Ω-Stücke eignet sich RG-58/U, für die 75-Ω-Stücke RG-59/U.
Die elektrischen Längen von λ/4 und λ/2 sollten mit einem Dipmeter in Verbindung mit einem 2-m-Empfänger bestimmt werden. Dazu schneidet man zunächst eine etwas größere als die errechnete Länge ab und lötet an einem Ende eine kleine Koppelschleife von höchstens 1 cm Durchmesser an. Das andere Kabelende bleibt offen. Dann wird das Dipmeter mit der Schleife gekoppelt und der Dip gesucht. Liegt die angezeigte Frequenz tiefer als das 2-m-Band, so ist das Kabel ein kleines Stück zu kürzen. Dieses Verfahren wird wiederholt, bis die Frequenz im 2-m-Band liegt, was der Empfänger anzeigt.
Solange man bei der gleichen Kabelsorte bleibt, kann die einmal gefundene Länge für alle Phasenleitungen dieser Impedanz übernommen werden.
Die λ/2-Länge kann ebenso gefunden werden, wenn man das freie Kabelende kurzschließt. Da es jedoch mühsam ist, nach jedem Kürzen des Kabels einen neuen Kurzschluß herzustellen, mißt man einfach bei der halben Frequenz wieder die λ/4-Länge aus. Die Oberwelle dieser Frequenz wird im Empfänger hörbar sein, so daß wiederum eine genaue Frequenz-Kontrolle möglich ist.
Bis jetzt wurde nur über die Phasenleitungen gesprochen. Dies ermöglicht es denjenigen Lesern, die lediglich eine oder mehrere spezifische Polarisationsarten benötigen, die Kabel dafür herzustellen, um sie unmittelbar, also ohne Umschalt-Einrichtung an die Antenne anzuschließen. Die Mehrheit wird jedoch die Polarisation umschalten wollen. Dies kann mit einem Drehschalter mit 6 Schaltstellungen und 3 Ebenen ausgeführt werden. Falls die beiden linearen, diagonalen Polarisationen nicht gewünscht sind, reicht ein Schalter mit 4 Stellungen und 3 Ebenen aus.
Die Schaltung ist sehr einfach herzustellen, indem man das Kabel von der Funkstation mit dem Schleiferkontakt der mittleren Ebene, und die beiden Antennenspeiseleitungen mit den äußeren Schalterebenen verbindet. Bild 8 zeigt diese Anordnung mit den an die Kontakte anzuschließenden Phasenleitungen entsprechend den Bildern 4 bis 7. Es muß noch erwähnt werden, daß bei dieser UmschaltEinheit nur mit Kreuzyagi-Antennen mit einer Fußpunkt-Impedanz von 50 Ω Anpassung besteht. Falls Interesse dafür besteht, könnte in einem späteren Artikel eine ähnliche Einheit für andere Impedanzen gebracht werden. Es ist auch daran gedacht, eine solche Umschalt-Einheit (für 50 Ω) als betriebsfertige Baugruppe preiswert anzubieten.
Bild 8: Verbindungen am 3-Ebenen-Schalter für 6 Polarisationen (Antenne montiert nach Bild 3)
Die Schalter-Ebenen sollten aus Keramik bestehen, um dielektrische Verluste minimal zu halten. Außerdem sollten die Verbindungen so kurz wie möglich gemacht werden. Die Verwendung von Kabeln mit 5 oder 6 mm Durchmesser ist ein guter Kompromiß zwischen der maximal zulässigen Sendeleistung und der Möglichkeit, die Kabel in einem nicht zu großen Gehäuse unterzubringen. Für den Normalfall schlägt der Verfasser vor, die Kabeltypen RG-58/U und RG-59/U zu verwenden. Für kleine Leistungen kann auf dünne Teflon- (PTFE-) Kabel wie RG-174/U und RG-179B übergegangen werden, während für Leistungen im kW-Bereich Kabeltypen wie RG-213/U und RG-11/U vorzuziehen sind.
3. LITERATUR
- Bittan, T.: Bemerkungen zur Zirkular-Polarisation, UKW-Berichte 14 (1974) Heft 1, S. 13 - 17
- Bittan, T.: Antennen-Notizbuch, UKW-Berichte 14 (1974) Heft 2, S. 77 - 79
DJ0BQ, Terry Bittan.