Langdrahtantenne
Unter einer Langdraht-Antenne verstand man ursprünglich einen endgespeisten Antennenleiter, dessen Länge größer als λ war. Im Amateurfunkbereich wird im Allgemeinen eine endgespeiste Antenne, deren Länge sich im λ⁄2-Bereich bewegt, als Langdraht-Antenne bezeichnet.
Diese Bauform wird vorzugsweise im Kurzwellenbereich verwendet. Eine Langdrahtantenne ist per definitionem mindestens so lang wie die halbe Wellenlänge. Für das 160-m-Band, dies entspricht einer Wellenlänge λ = 160 m, ist eine Langdrahtantenne 80 m lang.
Langdraht als Empfangsantenne
Für den Empfang sind Langdrahtantennen besonders interessant, wenn sie mehrere Wellenlängen lang sind. Sie haben dann eine deutlichere Richtwirkung entlang der Spannrichtung, die mit einem passenden Abschlusswiderstand gegen Erde auch unsymmetrisch gemacht werden kann (Beverage-Antenne).
Kürzere Langdrahtantennen haben empfangsseitig kaum Vorteile gegenüber sehr viel kürzeren Antennenvarianten, denn im Kurzwellenbereich wird die Empfängerempfindlichkeit durch das atmosphärische Rauschen begrenzt und nicht durch das Rauschen des Empfängers. Der Vorzug ist für Empfangszwecke daher solchen Antennen zu geben, die sich möglichst weit weg von Störquellen befinden und auch noch eine sinnvolle Richtcharakteristik aufweisen. Das lässt sich im Empfangsbereich z. B. recht einfach mit kompakten Magnetantennen erreichen.
Langdraht als Sendeantenne
Für den Sendebetrieb haben Langdrahtantennen typische Abmessungen von λ/2 bis zu einigen wenigen Vielfachen der Wellenlänge. Bei längeren Antennen sinkt der Wirkungsgrad, der Aufwand bringt hier keine Vorteile mehr, das Richtdiagramm erhält zudem zahlreiche Minima. Die oben genannte Richtwirkung lässt sich deshalb sendeseitig nicht nutzen. Mehrere Wellenlängen ist so eine Sendeantenne in der Praxis nur lang, wenn sie für ein niedrigeres Band ausgelegt ist (wie z. B. 80-m-Band 40 m lang), aber z. B. auf 20 m betrieben wird (2 Wellenlängen). Nach Möglichkeit ergänzt man eine solche Langdrahtantenne jeweils durch eine weitere für die entsprechend höheren Bänder. In der ehemaligen Sowjetunion verwenden manche Rundfunksender Langdrahtantennen, sogenannte Sarja-Antennen. Langdrahtantennen werden auch gelegentlich für Mittelwellensender verwendet, die an einem Standort mit einem geerdeten Antennenträger, zum Beispiel einen Standort der primär der UKW- und TV-Versorgung dient, betrieben werden. In diesen Fällen ist die Drahtlänge meist in der Größenordnung λ/4 bis λ/2, manchmal auch kürzer als λ/4.
Endgespeiste Antennen
Aufgrund ihrer Länge erfolgt die Speisung einer Langdrahtantenne aus praktischen Gesichtspunkte meist an einem ihrer Enden.
Endgespeiste Halbwellenantennen
Langdrahtantennen, die genau λ/2 oder λ oder 3/2 λ oder weitere Vielfache davon lang sind, sind am Ende hochohmig und weisen eine Wellenimpedanz von etwa 2000 Ω und darüber auf. Sie sind daher spannungsgespeist: Am Speisepunkt treten hohen Spannungen bei minimalen Strömen auf. Langdrahtantennen benötigen somit einen Resonanztransformator zur Anpassung an die erheblich niedrigere Impedanz üblicher Koaxialkabel von 50 Ω. Solche Antennen werden meist end-fed half-wave (EFHW, auf deutsch endgespeiste Halbwellenantenne) genannt.
Traditionell wird zur erforderlichen Anpassung ein Parallelschwingkreis („Fuchskreis“) benutzt. Diese Bauform wird „Fuchsantenne“ genannt, nach Josef Fuchs, Funkamateur aus Österreich, der diese Antennenbauform 1927 patentieren ließ.[1][2]
Alternativ kann statt des Parallelschwingkreises auch ein Unun (meist inkorrekterweise Balun genannt) mit einem Übersetzungsverhältnis von z. B. 1:49 oder 1:64 verwendet werden, welcher die hochohmige Antenne ebenfalls näherungsweise an 50 Ω anpasst (Beispielrechnungen: 2000 Ω / 49 = 41 Ω und 3500 Ω / 64 = 55 Ω). Ein Vorteil gegenüber dem Fuchskreis ist, dass man diese Antenne auch auf resonanten Bändern betreiben kann (z. B. 40/20/10m), ohne den Schwingkreis neu abstimmen zu müssen.[3]
Eine weitere Alternative zur Anspeisung des Langdrahtes stellt die Zeppelin-Antenne dar.[4][2] Dabei wird zur Impedanzanpassung eine Bandleitung mit der Länge λ/4 verwendet. Die Bandleitung dient dabei nicht nur als Impedanztransformator, sondern auch als Gegengewicht, sodass eine Zeppelin-Antenne ähnlich einer symmetrischen Antenne ohne Erdung betrieben werden kann. Der Name dieser Antennenbauform kommt von den ersten Anwendungen in den 1920er Jahren auf Flugschiffen wie dem Zeppelin. Die Impedanztransformation durch die Bandleitung entspricht dabei:[5]
mit der Wellenimpendanz der Bandleitung, beispielsweise 450 Ω. Damit kann die Impedanz eines Koaxialkabels mit Zin = 50 Ω auf die Impedanz der Langdrahtantenne von ca. 4 kΩ angepasst werden.
Der große Vorteil endgespeister Halbwellenantennen sind:
- im Empfangsfall die Vorselektion durch den Abstimmkreis,
- beim Senden die deutlich vergrößerte Bandbreite von etwa 10 % der Mittenfrequenz,
- die hochohmige Speisung verringert den Speisestrom.
- Das Erdungssystem, das bei niederohmig gespeisten, unsymmetrischen Antennen den Antennenwirkungsgrad maßgeblich beeinflusst, ist nicht mehr ausschlaggebend.
Bei vielen Groundplane-Antennen – der typischen Bauform der unsymmetrischen, niederohmig gespeisten Antenne – besteht das Erdungssystem bei Verwendung im Mittelwellenbereich aus bis zu mehreren 100 Drähten, die jeweils ein Viertel der Wellenlänge lang sind.
Mit Unun 1:9
Eine abweichende Möglichkeit ist die Verwendung eines Unun 1:9 (gelegentlich als „magnetic balun“ bezeichnet[6]) und eines Langdrahtes, dessen Länge auf allen zu verwendenden Bändern kein Vielfaches von λ/4 betragen darf, sondern so gewählt wird, dass die Impedanz auf allen gewählten Bändern ca. 300–600 Ω beträgt, welches vom Unun dann auf 300…600 Ω / 9 = 33…67 Ω transformiert wird. Hierdurch lässt sich der Langdraht bei u. U. erheblicher, aber bei geringen Sendeleistungen evtl. noch tolerierbarer Fehlanpassung (insbesondere durch nicht abgestimmte Blindanteile) ohne Abstimmung des Anpassglieds für mehrere Bänder nutzen. Eine solche Antenne wird auch random wire genannt, auf Deutsch etwa „Draht zufälliger Länge“, wobei die Drahtlänge eben nicht völlig zufällig gewählt werden kann – für typische Amateurfunkbänder bieten sich hier beispielsweise Drahtlängen von ca. 8m, 13m, 26m an.[7]
Literatur
- Ulrich Freyer: Antennentechnik für Funkpraktiker. 1. Auflage. Franzis-Verlag, 2000, ISBN 3-7723-4693-6.
- Alois Krischke: Rothammels Antennenbuch. 13. Auflage. DARC-Verlag, 2013, ISBN 978-3-88692-065-5.
- Max Rüegger: Praxisbuch Antennenbau. Antennentechnik leicht verständlich. Hrsg.: Box 73 Amateurfunkservice GmbH. 2011, ISBN 978-3-910159-35-8., ältere Textfassung in Auszügen legal auch online als PDF erhältlich als mehrteiliges Skript z. B. unter Rund um die Antenne. Abgerufen am 31. Oktober 2021.
Einzelnachweise
- Josef Fuchs: Tests on a method of voltage feeding the antenna. QST, Juli 1928, S. 37, 42.
- Max Rüegger: Rund um die Antenne Teil 7. (PDF) Teil 7: spannungsgespeiste Antennen, verkürzte Antennen, Sonderformen. Abgerufen am 31. Oktober 2021., auch verfügbar in anderen Versionen und unter anderen URLs, sowie verfügbar als Buch unter Max Rüegger: Praxisbuch Antennenbau. Antennentechnik leicht verständlich. Hrsg.: Box 73 Amateurfunkservice GmbH. 2011, ISBN 978-3-910159-35-8.
- https://www.hfkits.com/build-instruction-impedance-transformer-for-end-fed-antennas/
- Patent DE225204: Luftleitergebilde für Luftschiffe. Angemeldet am 19. September 1909, Erfinder: Dr. Hans Beggerow.
- Zepp end-fed Antennas. Abgerufen am 5. Januar 2015.
- Max Rüegger: Rund um die Antenne Teil 3. (PDF) Antennenkoppler, SWR-Meter, Instrumente, Baluns. Abgerufen am 31. Oktober 2021., auch verfügbar in anderen Versionen und unter anderen URLs, sowie verfügbar als Buch unter Max Rüegger: Praxisbuch Antennenbau. Antennentechnik leicht verständlich. Hrsg.: Box 73 Amateurfunkservice GmbH. 2011, ISBN 978-3-910159-35-8.
- https://web.archive.org/web/20171026084025/http://dl7ahw.bplaced.net:80/Antennenlaenge.html