Eine Super-Antenne ? Wie man auch mit einfachen Mitteln

Eine Super-Antenne ?
oder
Wie man auch mit einfachen Mitteln Hochfrequenz abstrahlen kann
Teil 1 : Die Super-Antenne
Von Prof. Dr.-Ing. Gerd Janzen, DF6SJ
Einleitung
Wenn man als antennenbegeisterter Funkamateur etwas von Wunder- oder Super-Antennen hört, wird man sehr
neugierig. Hat da jemand den winzigen Super-Hyper-Wunder-Strahler erfunden, nach dem man selbst so lange
gesucht hat, und wonach man Suche und Versuche schließlich aufgegeben hat, weil Naturgesetze nur selten (!)
zu überlisten sind ? Gedanken dieser Art gingen mir durch den Kopf, als ich den schönen Beitrag von OM Dr.
Manfred Salzwedel, OH/DK4ZC, in der CQDL 10/2002 [1] las. In diesem Artikel wird über eine sehr stark
verkürzte Kurzwellenantenne berichtet, die kommerziell gefertigt wird, sowie über Nachbauten und Testergebnisse von OM Fred. Am Ende dieses Beitrags wird von OH/DK4ZC die Frage gestellt, ob diese neuartige
Antennengeometrie [2] wohl auch mit einem Antennensimulationsprogramm wie EZNEC berechnet werden
könne. Da fühlte ich mich ein zweites Mal angesprochen und herausgefordert, weil ich mit dieser ungemein
nützlichen Software von Roy Lewallen, W7EL, schon sehr viel gearbeitet habe [4,5,7].
Die Super-C-Antenne
Will man genaue Auskunft über Aussehen und Aufbau der Super-C-Antenne erhalten, so informiert man sich am
besten im Internet [2]. Auf vielen Seiten werden hier dem Interessierten die Vorzüge der Antenne und ihre
Funktionsweise erklärt.
Wie sieht die Super-C-Antenne aus ? Skizzen und Fotos sind im Internet [2] zu finden oder im Beitrag von
OH/DK4ZC [1]: über einem einige Quadratmeter großen quadratischen Grundnetz aus Drahtgeflecht erhebt sich
ein extrem kurzer Vertikalstrahler, der am oberen Ende einen sehr großen Würfel aus Drahtnetzen trägt. Die
Speisung dieses Antennengebildes erfolgt über ein Kompensations- und Anpaßnetzwerk in der Mitte des Grundnetzes am Fußpunkt des Vertikalstabes. Das ganze „kopflastige“ Gebilde ist nur 3 Fuß, also 91,4 cm hoch und
soll (umschaltbar) auf den Bändern von 10 m bis 20 m laut Herstellerangabe mit fast 100% Wirkungsgrad
funktionieren.
Voller Interesse liest man also weiter und ist gespannt auf die Erklärungen. Und da verändert sich Neugier sehr
bald in Erstaunen, wird doch unter „how it works“ behauptet, Antennen wären seit 80 oder 90 Jahren immer eine
Viertelwellenlänge bzw. eine Halbwellenlänge lang geblieben, und eine Verkürzung unter diese Maße hätte
immer eine Spule zur „Verlängerung“ des Kurzstrahlers erfordert. Als Folge der dadurch eingebrachten Spulenverluste sei der Wirkungsgrad der kurzen Antenne weit unter 100% gesunken. Fazit des Herstellers auf seiner
Homepage in Großbuchstaben: „NOTHING HAS CHANGED IN 90 YEARS“ [2], also nichts hat sich in 90
Jahren verändert.
Als Antennenfreund und Kenner der Materie kann man sich da nur wundern: hat der Hersteller dieser Antenne
denn noch nie etwas von der „dicken“ Antenne (z.B. [6], Seite 167-174) und der „kapazitiv belasteten“ Antenne
(z.B. [6], Seite 219-268) gehört ? Beide Antennenformen führen dazu, daß Strahler breitbandiger werden und
daß sie, besonders im Fall der kapazitiv belasteten Antenne, oft wesentlich kürzer ausfallen können als eine
Viertel- oder Halbwellenlänge und daß sie dann häufig keiner Kompensationsspule am Speisepunkt bedürfen.
Der Grund dafür ist sehr einleuchtend: was der (Vertikal-)Antenne an Länge nach oben fehlt, wird sozusagen
abgewinkelt nachgereicht.
Geradezu atemraubend ist die Behauptung des Antennenherstellers, daß mit der vorgestellten Antenne die erste
fundamentale Änderung im Antennenentwurf seit über 50 Jahren erreicht worden sei !
Betrachtet man die Super-C-Antenne einmal ohne Beeinflussung durch den Hersteller, so ordnet man diesen
Strahler in die Kategorien „sehr kurz“, „dick“ und „kapazitiv belastet“ ein. Und das alles sind „alte Hüte“ – in
diesem Fall kapazitive........
Die Super-Antenne.doc
1
Simulation einer Super-C-Antenne
Zur Simulation einer Antenne in EZNEC (oder in anderen Antennensimulationsprogrammen) ist es erforderlich,
die Antennendrähte in eine Tabelle, in EZNEC namens WIRES, einzugeben. Sind das nur wenige Drähte, wie
bei einem Dipol oder einer einfachen Vertikalantenne, so ist das schnell erledigt, siehe z.B. [4]. Das Simulationsprogramm unterteilt die eingegebenen Drahtstücke, die übrigens alle gerade sein müssen, in „Segmente“. Dann
wird von der Software die Antennenwirkung all dieser Segmente und deren vielfältige Wechselwirkung mit allen
anderen Segmenten in einer komplizierten mathematischen Prozedur (von der der Anwender am PC nichts mitbekommt) berechnet, aufsummiert und dem Anwender als hübsches Ergebnis in Form eines Strahlungsdiagramms, des Eingangswiderstandes oder der Strombelegung der Antennendrähte vorgelegt. Erst die
schnellen Computer unserer Zeit lassen einen die Mühen der aufwendigen Hintergrundrechnungen vergessen, da
sie nun blitzschnell ablaufen.
Die Simulation einer geometrisch derart komplizierten Antenne wie der Super-C erfordert allerdings viel
Erfahrung und Kenntnisse, will man nicht in einer zwar hochkonzentrierten, aber doch sturen und vor allem sehr
zeitraubenden Eingabearbeit von Hunderten von Drahtstücke versinken.
So wie die an sich erforderlichen geschlossenen Metallflächen des „Würfels“ am oberen Ende der Super-CAntenne und die Bodenplatte aus praktischen Gründen als Drahtnetzflächen ausgebildet sind, müssen in einem
Antennensimulationsprogramm „massive“ Metallflächen stets als mehr oder weniger enge Maschengebilde
eingegeben werden. Das erste Problem, das es zu lösen gilt, ist also die Wahl des geeignet engmaschigen Gitters.
Man weiß, daß ein Netz mit einer Maschenweite, die deutlich unter der Wellenlänge liegt, als „dicht“ und „undurchdringlich“ anzusehen ist. Mit anderen Worten, in ein engmaschiges Netz mit einer Maschenweite „klein
gegen“ die verwendete Wellenlänge können elektromagnetische Felder nicht eindringen: es liegt ein Faraday’
scher Käfig vor. Was heißt nun „klein gegen“ ? Betrachtet man die bei Kurzwelle höchste vorkommende
Frequenz 30 MHz mit der zugehörigen Wellenlänge 10 m, so ist sicher eine Maschenweite von 1 m bereits
„klein gegen“ diese 10 m. Um sich aber keiner Kritik wegen eines zu grob gewählten Netzes auszusetzen, ist es
sicher besser, ein feineres Netz zu wählen.
Denken wir nach: 1 Quadratmeter Netz „ohne Füllung“ erfordert 4 Drähte, also die 4 Umfangsdrähte. Ein einziges Drahtkreuz in diesem Quadrat führt auf eine Maschenweite von 50cm x 50cm und erfordert bereits 12
Drahtstücke. Wird die Maschenweite auf 25 cm verringert, so sind schon 40 Drahtstücke nötig. Um 1 Quadratmeter Netzfläche mit einer Maschenweite 10 cm herzustellen, sind aber bereits 220 Drahtstücke zu je 10 cm
erforderlich.
Die Grundfläche unter der endbelasteten Super-C-Antenne ist laut Herstellerangabe im Internet 72 Zoll mal 72
Zoll groß, also 1,83 m x 1,83 m = 3,35 m2. Dies entspricht bei einer Maschenweite von 10 cm etwa 737 Drahtstücken. Und da sind die Probleme schon da: die Normalversion von EZNEC erlaubt nur 500 Segmente [4] ! Das
heißt, daß selbst bei einer Vergabe von nur 1 Segment pro 10cm-Drahtstück die Segmentkapazitäten von
EZNEC bereits ausgeschöpft sind. Und dabei ist noch kein einziges Segment für den Gitterwürfel vorgesehen,
der eine Oberfläche von 4 (oben und unten frei) bis 6 (alle Flächen mit Netz belegt) mal 0,6m x 0,6m (=24 Zoll x
24 Zoll)=1,44 m2 bzw. 2,16 m2 aufweist. Hierfür sind also nochmals wenigstens 1,44x220 Drähte=352 Drähte
oder gar 2,16x220 Drähte =475 Drähte nötig. Was ist zu tun ?
Es gibt zwei Lösungen: man bescheidet sich mit wesentlich gröberen Netzgebilden und setzt sich dem Angriff
der Puristen aus, nicht ausreichend genau zu simulieren, oder man verwendet die Profi-Version von EZNEC, die
(fast) keine Begrenzung in der Segmenteanzahl nach oben hin kennt (EZNEC pro 3.0 verarbeitet 10000 Segmente). Da mir diese Software zur Verfügung steht, versuchte ich natürlich eine engmaschige Simulation.
Abb. 1 zeigt die Grundlage der Simulation, bestehend aus einer Anordnung von 1313 Drähten mit 1317 Segmenten. Man erkennt aus diesen Zahlen, daß im Wesentlichen je 1 Segment für jedes Drahtstück vorgesehen
wurde. Die nicht ganz übereinstimmenden beiden Zahlenwerte rühren daher, daß für den Vertikalstab, den
eigentlichen „kurzen“ Strahler der Antenne, 5 Segmente verwendet wurden.
Ein Vorteil einer hohen Segmentanzahl ist, daß recht genau simuliert wird, der Nachteil ist, daß die Rechenzeit
immens ansteigt, geht sie doch mit der Segmentzahl im Quadrat nach oben ! Und so dauert 1 Rechengang für 1
Frequenz bereits fast 5 Minuten auf einem 350 MHz-Rechner. Will man dann gar eine SWR-Kurve mit engen
Frequenzpunkten innerhalb eines Bandes erstellen, so kann man inzwischen getrost Rosen schneiden gehen oder
mehrere QSOs fahren.
Die mit den genannten Daten im Internet veröffentlichte Super-C-Antenne ist für die Frequenzbänder 10/12/ 15/
17/20m vorgesehen. Am Fußpunkt des Strahlers müssen dazu Umschaltungen vorgenommen werden. Die s=2Bandbreite wird mit >1,4 MHz im 10m-Band und mit 250 kHz im 20m-Band angegeben. Die Bänder 12/15/17m
sind ganz abgedeckt. Die Erdverluste werden mit annähernd null bei Aufbau der Antenne direkt über Grund
Die Super-Antenne.doc
2
angegeben, der Wirkungsgrad wird mit über 90% beziffert. (Es ist nicht definiert, was hier unter dem sehr variablen Begriff „Wirkungsgrad“ verstanden wird). Ein Bodeneinfluß auf die Abstrahlung und die korrekte Funktionsweise wird ausdrücklich ausgeschlossen. Eine Gewinnangabe, die wichtigste und interessanteste Zahl bei
einer Antenne, wird nicht gemacht, ebenso wird nichts Konkretes über den Abstrahlwinkel bzw. das Strahlungsdiagramm ausgesagt.
Zur Simulationsberechnung der Antenne in EZNEC beschränke ich mich hier auf die beiden angegebenen Eckbänder, also auf das 10m-Band und das 20m-Band. Der Durchmesser aller Netzdrähte wird auf 2 mm festgelegt.
Der kurze Vertikalstrahler zwischen Bodennetz und unterem Ende des Drahtkorbes wird als 40mm-Rohr aus
Aluminium dargestellt.
Ergebnisse für das 10m-Band
Beginnen wir mit Simulationsrechnungen im 10m-Band. Die Antenne sei anfangs (wie im Internet-Prospekt
beschrieben) bodennah aufgebaut, in unseren Simulationsrechnungen wird das in 5cm Höhe über einem normalen Gartenboden (Normalboden=NB) sein. (In EZNEC können Böden unterschiedlichster elektrischer
Qualität eingegeben werden, Beispiele siehe in [7]. Eine noch niedrigere Aufbauhöhe, z.B. direkt auf dem
Boden, kann mathematische Probleme verursachen).
Ein allgemeiner Hinweis ist notwendig: die nachfolgenden Ergebnisse aus EZNEC werden manchmal mit 2
Nachkommastellen angegeben. Damit wird eine überaus hohe Genauigkeit der Simulationsrechnung vorgegaukelt. Diese hohe Genauigkeit ist jedoch im allgemeinen nicht gegeben, weil es „im Innern“ von NEC2, der
hier zugrunde liegenden mathematischen Rechenroutine von EZNEC, Rundungsfehler und weitere Ungenauigkeiten gibt, und weil hier die angenommenen geraden Drahtstücke des oben erwähnten Drahtnetzes aus Rechenzeitgründen mit jeweils nur 1 Segment eingegeben sind. Zur besseren Unterscheidbarkeit der Zahlen werden
aber die geringfügig gerundeten Originalzahlen aus EZNEC angegeben. Insgesamt sind alle Ergebnisse mit einer
vernünftigen „Nachkommastellen-Vorsicht“ zu genießen. Doch nun zu den Rechenergebnissen.
Bei der Frequenz 28,5 MHz ergibt sich ein Antennen-Eingangswiderstand ZA =4,9 ς -j26 ς, der also aus einem
reellen Wirkwiderstand von 4,9 ς und einem negativen, also kapazitiven, Blindwiderstand von -j26ς zusammen
gesetzt ist. Der Realteil des Eingangswiderstandes ist im Idealfall der als möglichst hoher Wert erwünschte
„Strahlungs“-widerstand der Antenne, also die Größe, die unsere Sendeleistung auf den Weg in die Umgebung
schickt und der für den Sender einen „Verlust“-widerstand, für uns aber etwas Nützliches darstellt. Der kapazitive Blindanteil zeigt an, daß die Antenne für 28,5 MHz ein wenig zu klein (kurz) ist. Dieser Eingangswiderstand
erfordert damit eine geringfügige induktive Kompensation, die aufgrund der endlichen Spulengüte Verluste in
den Antennenkreis einbringt. Ist die Kompensation durch eine in Reihe geschaltete Spule mit dem induktiven
Widerstand +j26 ς erfolgt, so muß noch der Realteil von 4,9 ς an 50 ς angepaßt werden. Dazu sind nur 2 Komponenten notwendig, die zum Beispiel nach [6], Seite 146, dimensioniert und nach [8] bei der Betriebsfrequenz
(wichtig!) ausgemessen werden könnten. Die Verluste in diesem Anpaßnetzwerk (weitere Spulenverluste !) sind
normalerweise gering und sollen hier, um das Ganze nicht zu kompliziert werden zu lassen, vernachlässigt
werden. Dieses Anpaßnetzwerk ist schmalbandig, funktioniert also nur gut bei der Entwurfsfrequenz (hier 28,5
MHz); eine (empfohlene) breitbandige Anpaßschaltung würde aus einem Breitbandtransformator („transmission
line transformer“ oder Ringkerntrafo, z.B. [6], Seite 127) bestehen.
Der Wirkungsgrad, der sich aufgrund der Kompensationsspulenverluste ergibt, ist leicht zu berechnen: bei einer
angenommenen Spulengüte QL=100 und dem geforderten Kompensationsblindwiderstand +j26 ς beträgt der
Verlustwiderstand der Spule Rspule = 26 ς/100=0,26 ς. Diese 0,26 ς treten in Konkurrenz zum Wirkwiderstand
4,9 ς der Antenne und ergeben damit einen Wirkungsgrad η = 4,9ς/(4,9ς+0,26ς) = 95%. Dieser Wert ist der
„Kompensationsspulenwirkungsgrad“, der von EZNEC auch im Menüpunkt LOAD DATA abrufbar ist. Hier
wird ein Spulenverlust von 5 W (unter Annahme von 100 W zugeführter HF-Leistung) angezeigt. Und man
sieht, auch EZNEC berechnet die relativen Spulenverluste zu 5W/100W=5% und damit den so definierten Wirkungsgrad zu 95%. Diese Zahl klingt hervorragend, sie ist aber leider noch nicht die volle Wahrheit. Denn im
Realteil des Antenneneingangswiderstandes in Höhe von 4,9 ς stecken neben dem erwähnten Strahlungswiderstand leider noch weitere Verluste, die hier von den verlustbehafteten Antennendrähten, aber insbesondere vom
nahen, leider sehr nicht-idealen Boden herrühren. Wie kann man diese wirklich schädlichen Verlustwiderstände
von der Nutzgröße „Strahlungswiderstand“ abtrennen ? In der Praxis eines Experiments ist das nur sehr schwer
möglich, bei einer Simulation kann man immerhin versuchen, die Antenne statt über verlustbehafteter Erde über
einer idealen Unterlage, also einer unendlich ausgedehnten Metallplatte unendlich hoher Leitfähigkeit aufzubauen. Das ist in EZNEC einfach, und der sich nun ergebende Eingangswiderstand der Antenne enthält bestimmt
keine Bodenverluste mehr. Nach einigen Minuten ist das Ergebnis aus EZNEC da: der Fußpunktwiderstand beträgt nun ZA =3,5 ς -j24,7 ς. Auch hier ist aber noch eine Kompensation nötig, dann beträgt der Eingangswiderstand der kompensierten Super-C-Antenne 5 cm über idealem Metalluntergrund ZA = 3,73 ς. In diesem
Die Super-Antenne.doc
3
Wirkwiderstand ist der Spulenverlustwiderstand in Höhe von 24,7ς/100=0,247ς noch enthalten. Unter Abzug der
Spulenverluste ist der reine Strahlungswiderstand damit 3,73ς-0,24,7ς =3,48 ς. Der Kompensationsspulenwirkungsgrad beträgt damit bei dieser ideal aufgebauten Antenne 3,48ς/3,73ς= 93,3%, was EZNEC bestätigt. In
einer einfachen Betrachtung könnte man nun annehmen, daß der Bodenverlustwiderstand aus der Differenz
zwischen 4,9 ς (Realboden) und 3,73 ς (Idealboden) =1,17 ς besteht. So könnte man dann einen Gesamtwirkungsgrad von 3,48 ς/4,9 ς=71% ausrechnen. Das ist ein Wert, der schon deutlich von 100% weg liegt.
Diese simple Vorgehensweise ist jedoch leider nicht ganz richtig, darf man doch nicht vergessen, daß sich durch
die Veränderung im Antennenuntergrund (Erde/Metall) die (dreidimensionale) Feldstärkeverteilung und die
Form des Strahlungsdiagramms erheblich verändert haben dürften, so daß die beiden über so unterschiedlichen
Gründen aufgebauten Antennen nicht mehr direkt vergleichbar sind.
Es wird sich herausstellen, daß die Betrachtung eines „irgendwie“ ausgerechneten Wirkungsgrades nicht zum
Ziel führt und nicht zum Qualitätskriterium einer „guten“ oder „schlechten“ Antenne taugt. Dafür gibt es andere,
viele direktere Kriterien, nämlich den Abstrahlwinkel und den Gewinn. Und diese Daten werden von EZNEC in
schöner Form geboten. Doch ist es unbestritten, daß die Nähe einer Antenne zu einem HF-schlechten Boden
„Wirkungsgrad“ , Abstrahlwinkel und Gewinn erheblich verschlechtern, so daß dem Untergrund und der Aufbauhöhe einer Antenne, besonders einer Vertikalantenne, immer besonderes Gewicht beizumessen sind.
Wie können wir den Bodenverlusten in der Praxis ein Schnippchen schlagen ? Wir bauen die Antenne etwas
bodenferner auf, sagen wir in 4 m Höhe über normalem Gartenboden (was bei dem hier untersuchten Antennengebilde technisch und optisch schon etwas problematisch sein dürfte). Es ergeben sich nun die folgenden Daten:
Eingangswiderstand der Antenne über Normalboden (NB)=Gartenboden, berechnet aus EZNEC: ZA =(1,5-j32)
ς. Die Kompensation dieses Blindanteils bringt 32 ς/100=0,32 ς in den Kreis ein. Die in 4 m Höhe über einer
idealen Metallplatte aufgebaute Antenne weist die Daten ZA=(1,44-j32)ς auf. Kompensiert ergibt sich ein Eingangswiderstand der auf idealem Grund stehenden Antenne von ZA=1,76 ς.
Ergebnisse für das 20m-Band
Als Mittenfrequenz für das 20m-Band wird 14,2 MHz angesetzt. Zuerst soll wieder die bodennah aufgebaute
Super-C-Antenne betrachtet werden. In einer Höhe von 5 cm über normalem Gartenboden ergibt sich der Eingangswiderstand ZA =2 ς-j102 ς. In den Herstellerunterlagen ist ein „Antennenwiderstand“ von 2,8 ς angegeben, allerdings ohne Angabe einer genauen Frequenz. Dieser Widerstandswert liegt sehr nahe bei den hier
gewonnenen Zahlen und belegt, daß die hier durchgeführte Simulation durchaus realistische Ergebnisse liefert.
Im Vergleich zu den Zahlenwerten bei 28,5 MHz fällt auf, daß sich der Realteil des Eingangswiderstandes nicht
wesentlich geändert hat, wohl aber der kapazitive Blindanteil, der jetzt mit -j102 ς nach einer gehörigen
induktiven Kompensation verlangt. Diese bringt bei einer wieder angenommenen Spulengüte QL =100 den
ohmschen Verlustwiderstand Rspule = 102 ς/100=1,02 ς in den Antennenkreis.
Der Eingangswiderstand der kompensierten Antenne steigt dann von 2 ς auf 2 ς+1,02 ς=3 ς. Daraus folgt
umgehend, daß der Kompensationsspulenwirkungsgrad η =2ς/3ς=67% beträgt. Wir wissen jedoch inzwischen,
daß der „Nutzwiderstand“ 2 ς noch uns unbekannte Anteile von Boden- und Drahtverlusten enthält. Damit sinkt
der tatsächliche Wirkungsgrad weiter ab. Aber wir haben vereinbart, uns nicht mehr um diesen Begriff zu
kümmern, da Abstrahlwinkel und Gewinn eindeutigere Aussagen über die Qualität einer Antenne machen.
Einen schlagenden Beweis für die Unsinnigkeit eines nach obigem Muster berechneten Gesamtwirkungsgrades
liefern die Simulationsergebnisse der in 4 m Höhe über Normalboden bzw. über Idealuntergrund errichteten
Super-C-Antenne. Über Normalboden ergibt sich ein Eingangswiderstand ZA =0,47 ς-j111 ς. Bei Aufbau in 4 m
Höhe über einer idealen Metallplatte ergibt sich ZA =0,51 ς-j111 ς. Man stellt zur Überraschung fest, daß sich
der Realteil der auf idealem Grund stehenden Antenne sogar um 0,04 ς vergrößert (!) hat. Das würde bei
einfacher Deutung heißen, daß über dem idealen Untergrund höhere Verluste als über verlustreicher Erde auftreten. Das kann aber nicht sein, und damit ist klar erwiesen, daß die bei der Diskussion der 10m-Band-Antenne
angewandten Überlegungen zum Gesamtwirkungsgrad unsinnig sind.
Bandbreite
Die Berechnung der Bandbreite ist, wie schon erwähnt, mit den über 1300 verwendeten Drahtsegmenten und
meinem „langsamen“ 350 MHz-Rechner eine zeitraubende Angelegenheit. Doch vor dem Startbefehl zur Berechnung einer SWR-Kurve will noch eine Sache gut überlegt sein: Zu einer korrekten Behandlung des Problems
muß die Antenne immer mit der notwendigen Kompensationsinduktivität versehen sein, da diese Antenne sonst
Die Super-Antenne.doc
4
hoffnungslos fehlangepaßt ist. Diese Kompensationsmaßnahme muß für unser Vorhaben in EZNEC als Induktivität L in Henry angegeben werden, weil sich das Programm dann aus der Induktivität L die bei den jeweiligen
vorgegebenen Punktfrequenzen f erscheinenden Blindwiderstände XL=ϖL=2πfL ausrechnen kann. Es wäre also
nicht korrekt, wenn man z.B. im 20m-Band als Kompensationsblindwiderstand einfach den Konstantwert des
Blindwiderstandes mit XL=111 ς in EZNEC eingeben würde, weil dieser ja nur für exakt 14,2 MHz gilt (siehe
oben). Wie muß man vorgehen ?
EZNEC erlaubt, in den Verlauf von Antennendrähten sogenannte Zweipole (also Schaltungen aus R,L,C mit
zwei Anschlußenden) einzugeben. Das geschieht im Menü LOADS. So können beispielsweise Verlängerungsspulen in eine zu kurze Antenne oder Traps in eine Mehrbandantenne eingefügt werden. Auf die genaue Prozedur möchte ich hier nicht eingehen, sie ist in [7] ausführlich geschildert. Es soll aber an einem Beispiel der 20mBand-Antenne noch gezeigt werden, welcher Induktivitätswert L im LOADS-Menü von EZNEC eingegeben
werden muß: für die in 4 m Höhe über Normalboden simulierte Super-C-Antenne beträgt der Eingangswiderstand bei 14,2 MHz ZA =0,47ς-j111ς. Damit ist eine Kompensationsinduktivität L=XL/2πf =111 ς/(2π.14,2
MHz)=1,24 µH mit dem Reihenverlustwiderstand 111ς/100=1,11 ς nötig. Der „Einbau“ dieser verlustbehafteten
Spule erfolgt am Fußpunkt der Antenne im untersten Segment des Vertikalstrahlers. Ein Testlauf bei 14,2 MHz
mit dieser Induktivität ergibt den neuen Eingangswiderstand ZA =1,57 ς-j0,035 ς. Aus diesem Ergebnis ist zu
erkennen, daß die Kompensation korrekt arbeitet: der Blindwiderstand bei 14,2 MHz beläuft sich jetzt nur noch
auf vernachlässigbare -j0,035 ς (statt unkompensiert -j111 ς). Der Realteil der kompensierten Antenne ist
angestiegen von 0,47 ς auf (0,47 ς+1,1 ς)=1,57 ς. Alles stimmt also, und der zeitraubende SWR-Berechnungsvorgang kann gestartet werden !
10m-Band
Die folgenden 6 Konfigurationen wurden auf die Bandbreite hin untersucht: Aufbauhöhe h=0,05 m: Idealboden,
Normalboden, Stadtboden; Aufbauhöhe h=4 m: Idealboden, Normalboden, Stadtboden.
EZNEC liefert auf „Knopfdruck“ schöne SWR-Diagramme über der Frequenz, aber immer nur eine Kurve pro
Diagramm, so beispielsweise Abb. 2 für eine Super-C-Antenne, die in Höhe h=0,05m über einem Normalboden
steht. Man erkennt Kompensation und Anpassung an 50 ς bei der Frequenz 28,5 MHz, die dort zum SWR-Minimum führt. Um für Vergleichszwecke alle Kurven gemeinsam in ein einziges Diagramm einzeichnen zu können,
wurden die in EZNEC berechneten Welligkeitswerte und Frequenzen zuerst in EZNEC abgespeichert und dann
als „Komponente“ in ein Mathematik-Programm (hier Mathcad) übernommen. In diesem neuen Programm, das
mit EZNEC nichts zu tun hat, stehen nun alle Möglichkeiten der Datenverarbeitung offen, zum Beispiel die
schöne und gemeinsame Darstellung und Beschriftung in einem einzigen Diagramm. Die geschilderte Vorgehensweise ist recht zeitaufwendig, aber das Ergebnis belohnt dafür. In Abb. 3 sind 6 Welligkeitskurven in
Abhängigkeit von Frequenzen des 10m-Bandes dargestellt. Daß die Kurven nicht schön gerundet und weich verlaufen, liegt daran, daß aus Rechenzeitgründen nur wenige Frequenzpunkte durchgerechnet wurden. Schon das
hier dargestellte Diagramm ist kaum an einem Tag berechenbar!
Man sieht auf den ersten Blick, daß alle Super-C-Antennen, die in 5cm Höhe über Grund aufgebaut sind, relativ
breitbandig sind, und daß alle in 4 m Höhe errichteten Antennen schmalbandig sind. Dieses Ergebnis ist plausibel, weil eine Antenne einen offenen Schwingkreis darstellt, der durch erhöhte Dämpfung (=erhöhte ohmsche
Verluste durch Bodennähe) breitbandiger wird.
In Tab. 1 sind die zwischen den Welligkeitswerten s=SWR=2 vorliegenden Bandbreiten zusammengestellt. Sie
betragen für die direkt über realen Böden aufgebauten Super-C-Antennen zwischen 1,54 MHz und 1,73 MHz
und bei bodenfernem Aufbau 545 kHz. Mit angegeben sind in Tab. 1 noch die absoluten Verlustleistungen, die
in den Kompensationsbauteilen der Antennen bei einem HF-Leistungsangebot von 100 W auftreten würden.
Auch hier ist klar zu erkennen, daß verlustreiche Antennensysteme breitbandiger sind als verlustarme.
Tab. 1 s=2-Bandbreiten kompensierter Super-C-Antennen im 10m-Band.
(ideal=Metalluntergrund, NB=Normalboden=Gartenboden, SB=Stadtboden)
10m-Band Höhe über Bodentyp Bandbreite KompensationsSuper-CAntenne
Die Super-Antenne.doc
0,05m
0,05m
0,05m
4m
4m
NB
SB
ideal
NB
SB
1,73
1,54
1,25
0,54
0,55
Verlust
5,0 W
5,9 W
6,7 W
17,8 W
17,5 W
MHz
MHz
MHz
MHz
MHz
5
4m
ideal
0,52 MHz
18,2 W
20m-Band
Auch im 20m-Band wurden wieder sechs unterschiedliche Aufbauarten der Super-C-Antenne untersucht, nämlich die in Höhe h=0,05 m und 4 m über Idealboden, Normalboden und Stadtboden errichteten. In Abb. 4 ist
beispielhaft für den Frequenzbereich 14,0 MHz bis 14,4 MHz der SWR-Verlauf der kompensierten und angepaßten Super-C-Antenne bei Aufbau in 5 cm Höhe über Stadtboden gezeigt. In Abb. 5 sind die in EZNEC gewonnenen, dort abgespeicherten und nach Mathcad übernommenen SWR-Werte aller Aufbauarten in einem einzigen Diagramm zusammen gefaßt. Man erkennt auch hier wieder die größere Bandbreite der bodennah aufgebauten Antennen und die geringe Bandbreite der verlustärmer, weil höher errichteten Super-C-Antennen.
Tab. 2 s=2-Bandbreiten kompensierter Super-C-Antennen im 20m-Band.
(ideal=Metalluntergrund, NB=Normalboden=Gartenboden, SB=Stadtboden)
20m-Band Höhe über Bodentyp Bandbreite KompensationsSuper-CAntenne
0,05m
0,05m
0,05m
4m
4m
4m
NB
SB
ideal
NB
SB
ideal
Verlust
33,2 W
36,0 W
56,5 W
70,2 W
71,6 W
68,4 W
253 kHz
240 kHz
146 kHz
118 kHz
120 kHz
122 kHz
Tab. 2 zeigt die aus den SWR-Kurven entnommenen s=2-Bandbreitenwerte für das 20m-Band. Über realen
Böden werden Bandbreiten um 245 kHz bei bodennahem Aufbau und um 120 kHz bei erhöhtem Aufbau erreicht. Die in der Kompensationsspule umgesetzten (Wärme-)Verlustleistungen liegen bei 100 W HF-Leistungsangebot bei 35 W für bodennah aufgebaute Antennen und bei über 70 W für eine Aufbauhöhe 4 m über Grund.
Bevor man aber über diese immensen Verlustleistungen in der Fußpunktspule (70 W von 100 W!) allzu sehr
erschrickt, soll auf den kommenden Beitrag über Alternativaufbauten sehr kurzer Antennen verwiesen werden,
aus dem hervorgehen wird, daß auch Antennen mit solch hohen Wärmeverlusten in der Kompensationsspule
ganz gute Antennen sein können.
Die berechneten Bandbreitenwerte für das 10m- und 20m-Band stimmen bei bodennahem, also verlustreichem
Aufbau mit den Angaben im Prospekt der Super-C-Antenne recht genau überein.
Gewinn und Abstrahlwinkel
Zwei Größen, die bei Antenneneigenschaften im Zentrum des Interesses stehen, sind der Gewinn und der Abstrahlwinkel einer Antenne, bestimmen diese Werte doch, wie das eigene Signal beim Funkpartner ankommt und
mit welcher Signalstärke fremde Signale an der eigenen Station ankommen. Die Messung von Antennengewinnen ist vor allem im Kurzwellenbereich sehr problematisch bis unmöglich, weil Umgebungseinflüsse
kaum ausgeschlossen werden können und weil der Zugang zum Raum vor der Antenne im allgemeinen unmöglich ist. Große kommerzielle Antennenanlagen werden sogar mit Hilfe von Hubschraubern vermessen !
Diese Schwierigkeiten bei der experimentellen Bestimmung des Antennengewinns öffnen natürlich „Gefühlen“
über Wahnsinnsgewinne besonders der eigenen Antennen Tür und Tor. Deshalb sind Gewinnangaben von
Antennen-Herstellern oder von Funkamateuren, die ihre neue Superantenne mit Gewinnwerten versehen wollen,
mit äußerster Vorsicht zu genießen. Interessant ist in diesem Zusammenhang, daß die ARRL in ihrem Amateurfunkmagazin QST über lange Jahre keine Gewinnangaben bei kommerziellen Anzeigen für Antennen zuließ.
Die Unsicherheit bezüglich der Antennengewinne hat sich jedoch deutlich geändert durch die Möglichkeit,
Antennen unter den verschiedensten Umgebungsbedingungen zu simulieren. Aber auch hier werden Gewinne
immer nur so genau berechnet, wie der Anwender Daten der Antenne und der Umgebung, besonders des Untergrundes, einzugeben in der Lage ist. Dennoch ist nun endlich die Möglichkeit gegeben, Antennen wenigstens
grundsätzlich bezüglich ihrer Gewinnwerte und Abstrahlwinkel zu vergleichen.
Im Antennensimulationsprogramm EZNEC werden hübsche zwei- oder dreidimensionale Strahlungsdiagramme
ausgedruckt, aus denen man ablesen kann, mit welchem Gewinn in welcher Richtung und unter welchem Hauptabstrahlwinkel gerechnet werden kann. Wenn hier nachfolgend beispielsweise ein Gewinn von 4,35 dBi mit
zwei Nachkommastellen angegeben wird, so gilt wieder das oben Gesagte, nämlich, daß diese zweite Zahl nach
dem Komma nicht allzu wörtlich genommen werden sollte.
Die Super-Antenne.doc
6
10m-Band
Abb. 6 zeigt die Strahlungsdiagramme zweier in unterschiedlichen Höhen h=0,05m und h=4m über Normalboden errichteten Antennen. Ein Gewinn von 1,07 dBi bei 15° Hauptabstrahlwinkel ergibt sich für den erhöhten
Aufbau und -1,38 dBi bei 30° Abstrahlwinkel für den bodennahen Aufbau. Werden die Antennen über Stadtboden in den genannten Höhen errichtet, so berechnet EZNEC die beiden Strahlungsdiagramme in Abb. 7. Man
beachte beim Vergleich zwischen den Abbildungen, daß den 0dB-Außenkreisen immer unterschiedliche dBiWerte zugeordnet sind.
Die Auswertung dieser und weiterer, hier nicht dargestellter Strahlungsdiagramme ergibt: den höchsten (theoretischen) Gewinn mit fast 8 dBi bei 28,5 MHz würde die Super-C-Antenne bei der hier höchsten Aufbauhöhe
(h=4m) über unendlich ausgedehntem, ideal leitendem Grund aufweisen. Würde die Antenne in nur 5 cm Höhe
über demselben idealen Untergrund aufgebaut, so fiele der Gewinn bereits auf 5,2 dBi. Würde jetzt ein ideal
leitender Antennendraht (statt des Aluminiumnetzes) verwendet, so stiege der Gewinn wieder um ein Geringes
auf 5,22 dBi an; man vergleiche hierzu die beiden ersten Zahlenzeilen in Tab. 3 mit Idealdraht bzw. Aludraht.
Über dem idealen Metallgrund wird das Strahlungsmaximum stets bei 0° erreicht.
Wird die Antenne dicht über einem realen Normalboden errichtet, so kann nur noch mit einem Gewinn von etwa
-1,38 dBi und einem Abstrahlwinkel 30° gerechnet werden. Dieser Gewinn kann um einiges gesteigert und der
Abstrahlwinkel gesenkt werden, wenn die Antenne samt ihrem Grundnetz angehoben wird. So ergibt sich ein
Gewinn von 1,07 dBi, also 2,45 dB mehr - entsprechend etwa einer halben S-Stufe - bei einem Abstrahlwinkel
15° und der Aufbauhöhe h=4 m. Deutlich schlechter als „Gartenboden“ unter der Antenne ist ein „Stadtboden“
mit fünffach verringerter HF-Leitfähigkeit. Der Gewinn beträgt bei bodennahem Aufbau nur noch -2,35 dBi bei
einem Abstrahlwinkel 32°. Jede Abstandsvergrößerung insbesondere von einem HF-schlechten Untergrund verbessert diese ungünstigen Daten deutlich: in 4 m Höhe über Stadtboden beträgt der Gewinn schon 3,73 dB mehr
(=mehr als eine halbe S-Stufe) als in 5cm Aufbauhöhe, und der Abstrahlwinkel erniedrigt sich von 32° auf 18°.
Daß diese Verringerung des Abstrahlwinkels auf 18° eine geradezu dramatische Verbesserung für den DXBetrieb darstellt, wird in einem Beitrag in der nächsten cqDL begründet werden.
20m-Band
Im 20m-Band ist die gerade einmal 91cm hohe Super-C-Antenne „elektrisch“ besonders kurz, und das wird sich
in den Daten von Gewinn und Abstrahlwinkel deutlich erweisen. In 4m Höhe über einem realen Normalboden
wird ein Gewinn von -4,4 dBi bei dem Abstrahlwinkel 21° erreicht. Baut man die Antenne, wie vom Hersteller
als vollkommen ausreichend empfohlen, direkt über Grund auf, so sackt der Gewinn auf -5,44 dBi ab, und der
Abstrahlwinkel steigt auf steile 30°. Noch schlechter strahlt die Antenne direkt über Stadtboden: Gewinn -6,9
dBi, Abstrahlung bei 32°. In den Abb. 8 und 9 sind die Strahlungsdiagramme für die oben diskutierten Antennenaufbauten dargestellt. Man beachte wieder, daß zu den beiden 0dB-Außenkreisen unterschiedliche dBi-Werte
gehören. Mit den berechneten Gewinnwerten im Bereich von -4 dBi bis -7 dBi und Abstrahlwinkeln um 30° bei
bodennahem Aufbau stellt die untersuchte Antenne besonders im 20m-Band eine mäßige, eben der kurzen Länge
angemessene Antenne dar, von „Super“ und „Neuartigkeit“ keine Spur ......
Schlußfolgerungen aus den Gewinnwerten
Das Fazit für die besonders im 20m-Band „sehr kurze“ Antenne ist, daß es insbesondere der HF-schlechte, aber
leider nicht unrealistische Untergrund ist, der die kurze Super-C-Antenne zu einer problematischen Antenne
werden läßt. Die Simulationsergebnisse zeigen, daß auch bei der Super-C-Antenne die altbekannten physikalischen Gesetze der Theorie (sehr) kurzer Antennen gelten. Ein davon abweichendes und irgendwie „besonderes“
physikalisches Verhalten konnte in der Simulation nicht festgestellt werden. Die hier gewonnenen Simulationsergebnisse stehen in keinem Widerspruch zu den wenigen im Internet veröffentlichten Super-C-Antennen-Daten,
und damit können auch die anderen (nichtveröffentlichten oder ungenau definierten) Antennendaten, wie „Wirkungsgrad“, Gewinn und Abstrahlwinkel von der Simulation auf die reale Antenne übertragen werden.
Tab. 3 zeigt in einer Zusammenstellung Gewinnwerte und Hauptabstrahlrichtungen von Super-C-Antennen, hergestellt einmal aus verlustlosem Idealdraht (=keine Drahtverluste), dann aus realem Aluminiumdraht, aufgebaut
in unterschiedlichen Höhen über einer unendlich ausgedehnten Metallplatte (=Idealleiter, keine Bodenverluste),
einem Gartenboden (=HF-technischer Normalboden) und Stadtboden (HF-schlecht). Hinweis: Häufig werden die
Gewinnwerte unkompensierter Antennen angegeben. Dies ist aber unrealistisch, weil durch die in der Praxis
immer notwendige Kompensation – so sie mit einer Spule erreicht werden muß – der Gewinn drastisch sinkt.
Die geschönten unkompensierten Werte sind hier nicht angegeben.
Die Super-Antenne.doc
7
Tab. 3 Gewinnwert und Hauptabstrahlrichtung von simulierten Super-C-Antennen bei idealen und realen
Untergründen, idealem und realem Antennendraht und bei verschiedenen Aufbauhöhen h=0,05m
und h=4 m bei den Frequenzen 14,2 MHz und 28,5 MHz.
Untergrund
Material
Idealboden
Idealdraht
Aludraht
|
Normalboden
|
|
Stadtboden
|
|
Höhe
h=0,05m
h=0,05m
h=4m
h=0,05m
h=4m
h=0,05m
h=4m
14,2 MHz komp. 28,5 MHz
Gewinn
Gewinn
ω
5,22 dBi
1,79 dBi
0°
5,2 dBi
1,84 dBi
0°
7,97 dBi
-5,44 dBi
30°
-1,38 dBi
-4,4 dBi
21°
1,07 dBi
-6,9 dBi
32°
-2,35 dBi
-5,14 dBi
24°
1,38 dBi
komp.
ω
0°
0°
0°
30°
15°
32°
18°
Hinweis: Die Gewinnwerte sind hier immer in dBi angegeben, wobei das „i“ isotrop bedeutet, weil die Abstrahlung dieser Antennen mit einem (nicht existierenden) idealen Rundumstrahlers (Isotropstrahler, Kugelstrahler)
des Gewinns 0 dBi verglichen wird. Ein Gewinn von 3 dBi bedeutet damit, daß dieser Strahler 3 dB besser
(=2fach leistungsstärker) in der angegebenen Richtung strahlt als der Isotropstrahler. -6 dBi bedeuten 6 dB unter
der Qualität eines Isotropstrahlers, womit also gegenüber dem Rundumstrahler nur ¼ der Leistung in der angegebenen Richtung erreicht wird. Gegenüber einem Norm-Dipol, der bereits einen Gewinn von 2,15 dBi gegenüber dem Rundumstrahler aufweist, bedeuten beispielsweise -6,9 dBi = (-6,9-2,15) dBd = -9,05 dBd.
Zusammenfassung
Vorliegende Untersuchungen sind aus dem Wunsch entstanden, eine als „super“ angezeigte Antenne mit einem
Simulationsprogramm zu untersuchen, um festzustellen, was andere Leute so für Ideen beim Antennenentwurf
haben. Was hier am Beispiel einer extrem kurzen, kapazitiv verlängerten und dicken Vertikalantenne gezeigt
wurde, ist mit kleinen Abweichungen auf andere extrem kurze Antennen dieser Gattung übertragbar. Diese Abweichungen sind jedoch nicht von grundsätzlicher Art, weil Naturgesetze gemeinhin nicht zu übertölpeln sind.
In den Tab. 4 und 5 sind noch einmal alle wichtigen Daten der simulierten Super-C-Antennen bei Betrieb im
10m- und 20m-Band zusammen gefaßt. Besonders interessant dürften für Vergleichszwecke die Simulationsdaten der resonanten λ/4-Vertikalantennen voller Länge (2,61m im 10m-Band und 5,27m im 20m-Band) mit 4x
λ/4-Radials sein.
Tab. 4 Daten kompensierter Super-C-Antennen bei 28,5 MHz.
(NB=Normalboden=Gartenboden, SB=Stadtboden; ZA-Antenneneingangswiderstand
unkompensiert/kompensiert). Weitere Erläuterungen sind im Text gegeben.
28,5 MHz Höhe über
Bodentyp
0,05m NB
0,05m SB
Super-C0,05m ideal
Antenne
4m
NB
4m
SB
4m ideal
NB
λ/4-Strahler 4m
Die Super-Antenne.doc
Vert.länge
0,91m
0,91m
0,91m
0,91m
0,91m
0,91m
2,61m
ZA/ς
ZA/ς Gewinn
unkomp komp
4,9-j26
5,2 -1,38 dBi
4,3-j27
4,6 -2,35 dBi
3,5-j25
3,74 5,2 dBi
1,5-j32
1,8
1,07dBi
1,5-j32
1,8
1,38dBi
1,4-j32
1,76 7,97dBi
22,2
22,2
0,79dBi
8
ω
30°
32°
0°
15°
18°
0°
14°
Bandbreite
1,73 MHz
1,54 MHz
1,25 MHz
0,54 MHz
0,55 MHz
0,52 MHz
1,0 MHz
Komp.
Verlust
5,0 W
5,9 W
6,7 W
17,8 W
17,5 W
18,2 W
0
Verluste
(relativ)
0,22 dB
0,27 dB
0,3 dB
0,85 dB
0,84 dB
0,87 dB
0
Tab. 5
Daten kompensierter Super-C-Antennen bei 14,2 MHz.
(NB=Normalboden=Gartenboden, SB=Stadtboden; ZA-Antenneneingangswiderstand
unkompensiert/kompensiert). Weitere Erläuterungen sind im Text gegeben.
14,2 MHz Höhe über
Bodentyp
0,05m NB
0,05m SB
Super-C0,05m ideal
Antenne
4m
NB
4m
SB
4m ideal
NB
λ/4-Strahler 4m
Vert.länge
0,91m
0,91m
0,91m
0,91m
0,91m
0,91m
5,27m
ZA/ς
unkomp
2,0-j102
1,9-j104
0,78-j101
0,47-j111
0,44-j111
0,51-j111
23,3
ZA/ς
komp
3,0
2,9
1,77
1,6
1,5
1,61
23,3
Gewinn
ω
-5,44 dBi
-6,9 dBi
1,79 dBi
-4,4 dBi
-5,14 dBi
1,84 dBi
0,41 dBi
30°
32°
0°
21°
24°
0°
18°
Bandbreite
253 kHz
240 kHz
146 kHz
118 kHz
120 kHz
122 kHz
480 kHz
Komp.
Verlust
33,2 W
36,0 W
56,5 W
70,2 W
71,6 W
68,4 W
0
Verluste
(relativ)
1,75 dB
1,94 dB
3,61 dB
5,26 dB
5,46 dB
5,0 dB
0
Es reizt natürlich auszuprobieren, ob einfachere geometrische Strukturen kurzer bzw. sehr kurzer Vertikalstrahler nicht auch von den Abstrahlwinkeln und Gewinnwerten her mit der vom Hersteller so enthusiastisch
gelobten Super-C-Antenne konkurrieren können. Diese Untersuchungen sollen in einem Folgebeitrag in der
cqDL dargestellt werden.
Literatur
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
Manfred Salzwedel, OH/DK4ZC,
Super-„C“-Antenne als Nachbau im Praxistest, CQDL 10(2002) 737-741
GAP Antenna Products, http://www.gapantenna.com/superc.htm
Roy Lewallen, W7EL, P.O.Box 6658, Beaverton, OR, 97007, USA; http://eznec.com
Gerd Janzen, DF6SJ, EZNEC 3.0 - Antennensimulation unter Windows, Funkamateur 10, 11, 12(2000)
Gerd Janzen, DF6SJ, Antennensimulation mit EZNEC,
Vortrag auf der 4. Kurzwellen-Fachtagung des DARC, März 2001, München
Gerd Janzen, Kurze Antennen, Franckh-Verlag, Stuttgart, 1986
Gerd Janzen, Monopolantennen und Vertikalantennen, Kempten, 1999
Gerd Janzen, HF-Messungen mit einem aktiven Stehwellen-Meßgerät, Kempten,1996
Die Bücher [6], [7] und [8] sind nur vom Autor direkt beziehbar:
Prof. Dr.-Ing. Gerd Janzen, DF6SJ, Hochvogelstraße 29, 87435 Kempten
Die Super-Antenne.doc
9
Abb. 1 Ansicht der mit EZNEC simulierten Super-C-Antenne aus 1313 Drähten und 1317 Segmenten.
Die Gesamthöhe der Antenne beträgt 91 cm. Das Bodennetz ist 1,83 m x 1,83 m groß. Der Einspeisepunkt (Kreis) befindet sich direkt über dem Koordinatennullpunkts.
Abb. 2 Welligkeit s=SWR als Funktion der Frequenz im 10m-Band für eine Super-C-Antenne,
die in Höhe h=0,05m über Normalboden aufgebaut ist. Die Antenne ist für 28,5 MHz kompensiert
und dann breitbandig an 50 ς angepaßt.
Abb. 3 Welligkeitsverläufe über der Frequenz für alle im 10m-Band untersuchten Super-C-Antennen mit
Aufbauhöhen h=0,05m (durchgezogene Linien) und h=4 m (gestrichelte Linien) über verschiedenen
Untergründen (Idealboden=Metall, NB=Normalboden, SB=Stadtboden).
Die Super-Antenne.doc
10
Abb. 4 Welligkeit s=SWR über der Frequenz im 20m-Band für die Super-C-Antenne in Höhe h=0,05m über
einem Stadtboden. Man erkennt den Anpassungspunkt, der zwischen 14,15 MHz und 14,2 MHz liegt
und eine Welligkeit s<1,2 aufweist.
Abb. 5 Welligkeitsverläufe über der Frequenz für alle im 20m-Band untersuchten Super-C-Antennen mit
Aufbauhöhen h=0,05m (durchgezogene Linien) und h=4 m (gestrichelte Linien) über verschiedenen
Untergründen (Idealboden=Metall, NB=Normalboden, SB=Stadtboden).
Abb. 6 Strahlungsdiagramme einer simulierten Super-C-Antenne in Höhe h=4m und h=0,05m über Normalboden bei der Frequenz 28,5 MHz. Die 4 m hoch aufgestellte Antenne strahlt mit 1,07 dBi Gewinn
unter dem Hauptabstrahlwinkel 15°, die bodennahe Antenne strahlt mit -1,38 dBi unter 30°. (Der
Außenkreis entspricht 1,07 dBi).
Die Super-Antenne.doc
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Abb. 7 Strahlungsdiagramme einer simulierten Super-C-Antenne in Höhe h=4m und h=0,05m über Stadtboden
bei der Frequenz 28,5 MHz. Die 4 m hoch aufgestellte Antenne strahlt mit 1,38 dBi Gewinn unter dem
Hauptabstrahlwinkel 18°, die bodennahe Antenne strahlt mit -2,35 dBi unter 32°. (Der Außenkreis
entspricht 1,38 dBi).
Abb. 8 Strahlungsdiagramme einer simulierten Super-C-Antenne in Höhe h=4m und h=0,05m über Normalboden bei der Frequenz 14,2 MHz. Die 4 m hoch aufgestellte Antenne strahlt mit -4,4 dBi Gewinn unter
dem Hauptabstrahlwinkel 21°, die bodennahe Antenne strahlt mit -5,44 dBi unter 30°. (Der Außenkreis
entspricht -4,4 dBi).
Abb. 9 Strahlungsdiagramme einer simulierten Super-C-Antenne in Höhe h=4m und h=0,05m über Stadtboden
bei der Frequenz 14,2 MHz. Die 4 m hoch aufgestellte Antenne strahlt mit -5,14 dBi Gewinn unter dem
Hauptabstrahlwinkel 24°, die bodennahe Antenne strahlt mit -6,9 dBi unter 32°. (Der Außenkreis
entspricht -5,14 dBi).
Die Super-Antenne.doc
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