Die ideale Portabelantenne...

...oder die Suche nach dem heiligen Gral. Auf der Suche nach einer Kurzwellenantenne für Portabel- oder SOTA-Betrieb stellt sich zwangsläufig die Frage nach einer geeigneten Antenne. Dass diese Antenne nur ein Kompromiss sein kann, wird jedem klar sein, der schon einmal versucht hat bei 40°C seinen eigenen Körper plus irgendwelches technisches "Zubehör" auf einen steileren Hügel hochzuschleppen. Spätestens wenn man oben ist, fragt man sich, ob nicht etwas weniger zu bewegende Masse angenehmer gewesen wäre (ich rede von der Ausrüstung... "die andere" Masse kann man natürlich auch versuchen zu verringern aber darum geht es hier nicht). Niemand käme auf die Idee eine "richtige" Antenne -- für viele OM bedeutet dies ein 20m Tower mit Yagi-Uda-Antennen -- zu Fuß auf einen Hügel oder Berg zu schleppen. Darum geht es auch nicht. Es geht darum, eine nicht unnötig schlechte und trotzdem transportable Antenne zu benutzen.

Wie immer beim Thema Antennen gibt es auch für diese Antenne ein ganzes Sammelsorium von möglichen Anforderungen, die sich gegenseitig zumeist ausschließen. Meine Anforderungen an eine Portabelantenne sind diese:

  1. Möglichst effizient (Wirkungsgrad)
  2. Multibandbetrieb von 40m bis 10m
  3. Möglichst leicht = wenig Masse
  4. Möglichst geringes Packmaß
  5. Alleine auf- und abzubauen


Und dieser Artikel ist der Versuch möglichst viele der oben genannten Anforderungen unter einen Hut zu bekommen -- oder vielmehr in eine Antenne, die noch in meinen Wanderrucksack passt ohne dass ich auf dem Funkhügel meiner Wahl zusammenbreche.

Meine ersten portablen Gehversuche habe ich mit einem symmetrisch gespeisten 2x5m Doublet unternommen. Das funktionierte soweit ganz ausgezeichnet, bot ein gutes Packmaß, war preiswert und erfüllte eigentlich auch sonst jeden der obigen Punkte. Allerdings zwang es mich immer dazu, hoch liegende Standorte zu finden, an denen es mindestens zwei freistehende hohe Bäume gibt. Leider gibt es davon nicht zu viele in meiner Umgebung. Die Hügel waren so weit freundlich zu mir. Davon gibt es schon ein paar. Aber die Bäume... Die Bäume waren problematisch. Nicht etwa, dass es im Ruhrgebiet keine freundlichen Bäume gäbe. Das Gerücht hält sich hartnäckig, ist aber trotzdem nicht korrekt. Das Problem mit den Bäumen hier ist, dass sie es offenbar ganz witzig finden, entweder in riesigen, dichtgedrängten Gruppen von mehr als fünfzig oder wenn ihre Softskills nicht ganz so ausgeprägt sind, als Einzelgänger irgendwo einsam in der Landschaft, vorzugsweise dann auf tief gelegenen Wiesen rumzustehen. Das schränkt die Verwendung des Doublets leider doch etwas ein -- obwohl es ansonsten, wie gesagt, eigentlich alle obigen Forderungen erfüllt:

OK, schau'n wir mal, was der gut sortierte Fachhandel so im Sortiment hat, war mein erster Gedanke. Den ein oder anderen Euro kann man ja schon mal für das Hobby ausgeben, oder nicht? Allerdings war ich recht bald ernüchtert. Dass eine mehr oder weniger stark verkürzte Antenne, dicht über Boden, keine 100% Abstrahlungseffizienz erreichen kann, ist ja durchaus in Ordnung -- die Physik lässt sich eben nicht überlisten. Aber, was da größtenteils angeboten wird, hat zumeist schon auf den ersten Blick nicht viel mehr Abstrahlungseffizienz, als ein mittelhoch über dem Boden angebrachter Abschlusswiderstand, dem man zusätzlich noch ein Beinchen abgebissen hat. Alternativ sind die Antennnen so sündhaft teuer, dass man sich an den Kopf greift. Häufig trifft auch beides gleichzeitig zu.

Nun gut, also keine Vertikalantenne von der Stange. Da die Antenne unbedingt noch in den Rucksack passen musste, verbot sich ein Packmaß von mehr als 55 cm Länge. Finden konnte ich eine GFK-Reise-Stipprute, welche zusammengeschoben etwas kleiner war (ca. 45 cm) aber auf ganze Länge gebracht immerhin 6m zusammenbringt. Werfen wir also 4NEC2 an und sehen mal, wie wir das Teil in eine hoffentlich nicht allzuschlechte Antenne verwandeln...

Der erste Gedanke war der, einfach 6m Litze am Antennen"mast" nach oben zu führen und ungefähr die gleiche Länge einfach auf den Boden zu legen. Die Speisepunktimpedanz war hierbei nahezu gleichgültig, da ohnehin ein Tuner dicht am Speisepunkt verwendet werden sollte. Wichtiger war die Abstrahlungseffizienz möglichst hoch zu bekommen. Also wurde dem Optimizer erlaubt, die Länge des Radials nach Gutdünken so anzupassen, das diese möglichst optimal für 40m sei. Auf den übrigen Bändern beschloss ich, das Ergebnis einfach so hinzunehmen, wie es nun einmal ausfallen würde. Das Ergebnis der Simulation über durchschnittlichem Boden (Sommerfeld-Norton-Modell "Average") war nicht wirklich toll aber schon wesentlich brauchbarer als so manche kommerzielle Lösung, die ich vorher simuliert hatte:

Die elektrische Effizienz des Gebildes war ganz OK, das Strahlungsdiagramm war wie zu erwarten in Richtung des einzigen Radials leicht deformiert, der "Gewinn" war für eine dermaßen tief stehende und stark verkürzte Antenne nicht gerade berauschend aber noch so gerade OK... Die berechnete Abstrahlungseffizienz aber, lies doch einiges zu Wünschen übrig... Ob damit überhaupt sinnvoll europaweit Kontakte mit 5 Watt SSB gemacht werden könnten? Ich war skeptisch. Aber das Gebilde war mechanisch so unglaublich simpel, dass ich es tatsächlich aufgebaut habe... und es hat funktioniert. Überraschenderweise sogar recht gut. Bei eher mäßigen Bedingungen erlaubte die Antenne europaweit Verbindungen in SSB auf 40m. Einige waren etwas angestrengt, knapp über der Grasnarbe mit vielen Wiederholungen, andere hingegen (bei der die Gegenstation mehr in Richtung des Radials lagen) waren erfreulich gut (57 bis 58) und anstrengungsfrei möglich.

Das machte Hoffnung auf mehr. Wie könnte man nun die Eigenschaften dieser Antenne weiter verbessern? Ganz klar: Mehr Radiale müssen her. Nur stellte sich die Frage, wie viele und wie lang? Dutzende oder gar Hunderte Radiale auslegen kommt für Portabelaktivitäten nicht in Frage. Hochgelegte Radiale ebensowenig. Warum also nicht eine Versuchsreihe mit NEC2 starten, wie viele auf dem Boden liegende Radiale wie viel mehr Wirkungsgrad bringen?

Gesagt getan:

n
Winkel
eff. Rad.
max. Gain
Radiallänge
R (Ohm)
X (Ohm)
Anpassverlust
Wirkungsgrad
1
360
6,9%
-6 dBi
3,46m
47,4
-1012
7,9%
6,3%
2
90
10,9%
-4,2 dBi
3,98m
29,4
-678
8,5%
9,9%
2
180
11,8%
-4,7 dBi
3,99m
26,7
-682
9,4%
10,7%
3
120
15,2%
-3,7 dBi
4,83m
20,5
-557
9,9%
13,6%
4
90
17,5%
-3,1 dBi
4,83m
17,8
-528
10,7%
15,7%
5
72
19,2%
-2,7 dBi
5,03m
16,2
-505
11,2%
17,1%
6
60
20,5%
-2,4 dBi
5,19m
15,2
-490
11,5%
18,1%
8
45
22,2%
-2,1 dBi
5,29m
14,0
-475
12,1%
19,5%
16
22.5
24,8%
-1,7 dBi
6,45m
12,3
-448
12,8%
21,7%
36
10
26,2%
-1,5 dBi
7,44m
11,5
-438
13,3%
22,7%
72
5
38,4%
+0,2 dBi
26,51m
15.6
-428
10%
34,7%

Die obige Tabelle zeigt die Anzahl Radiale (n), den kleinsten Winkel zwischen den Radialen (Winkel), den Wirkungsgrad des Strahlers (eff. Rad.), die auf maximalen Strahlungswirkungsgrad hin optimierte Radiallänge, die Speisepunkt-Impedanz (R+X) in Ohm, die zu erwartenden Anpassverluste in einem üblichen T-Tuner in Hochpasskonfiguration, sowie den aus diesen Daten resultierenden Gesamtwirkungsgrad. Der in der Tabelle aufgeführte Antennen"gewinn" berücksichtigt den Anpassverlust.

Was ist nun in der Tabelle zu erkennen? Der Wirkungsgrad steigt mit jedem zusätzlichen Radial an. Was für eine "neue" Erkenntnis... Hmm... Auch werden die Radiale mit zunehmender Anzahl immer länger, sofern die Antenne konsequent auf maximalen Strahlungs-Wirkungsgrad hin optimiert wird. Auch dies ist ein Ergebnis, welches nicht wirklich neu ist. Allerdings: Ab 8 bis 10 Radialen wird es aber langsam wirklich unpraktikabel für den Portabelbetrieb und der Gesamtwirkungsgrad steigt nur noch sehr langsam an. Aus diesem Grund werde ich für meine Antenne maximal 8 Radiale von je 5,0m vorsehen und je nach den vorgefundenen örtlichen Umständen trotzdem weniger verwenden. Damit ergeben sich die folgenden Simulationsergebnisse:

n
Winkel
eff. Rad.
max. Gain
Radiallänge
R (Ohm)
X (Ohm)
Anpassverlust
Wirkungsgrad
8
45
22,1%
-2,1 dBi
5,00m
14,0
-480
12,1%
19,4%

Interessant ist nun noch, wie sich dieses Gebilde gegenüber dem schon erwähnten 2x5m Doublet in 10m Höhe, und gegenüber einer MP-1 verhält. Die Simulationsbedingungen bleiben dieselben (Sommerfeld-Norton-Bodenmodell "Average"), um zu einem halbwegst realistischen Vergleich zu kommen:

Doublet 2x5m:

eff. Rad.
max. Gain
Gain 60°
R (Ohm)
X (Ohm)
Anpassverlust
Wirkungsgrad
73,1%
+4,5 dBi
+2,3 dBi
14.9
-1002
21,3%
57,5%

MP-1:

n
Winkel
eff. Rad.
max. Gain
Radiallänge
R (Ohm)
X (Ohm)
Anpassverlust
Wirkungsgrad
4
90
1,4%
-13,4 dBi
3,00m
50,0
0
0,0%
1,4%

Wie unschwer zu erkennen ist, schlägt das Doublet die Vertikalantenne in allen Belangen. In 10m Höhe über Boden hat es auch kaum eine Richtwirkung. Zusätzlich zum größten Gewinn in eine Richtung ist zum besseren Vergleich der Gewinn in 60° angegeben. Dies entspricht dem Winkel unter dem die 6m Vertikalantenne ihren maximalen Gewinn hat. Auch hier zeigt sich, dass das Doublet der Vertikalantenne haushoch überlegen ist. Wenn da nur das Problem mit den Bäumen nicht wäre. Warum die MP-1 so außerordentlich beliebt ist, erschließt sich mir nicht. Sie ist wesentlich teurer als die Selbstbau-Vertikalantenne, hat ähnliche Packmaße und einen so ... ähm ... "interessanten" Wirkungsgrad, dass QRP eine neue Definition bekommt.

Hier die berechneten Strahlungsdiagramme aller drei Antennen maßstabsgetreu übereinandergelegt:

Und hier der Vollständigkeit halber hier noch die Strahlungsdiagramme der 6m Portabelvertikal auf den Bändern von 80-10m (jeweils um die Anpassverluste korrigiert):

Wie man sieht, ist sie überall ungefähr gleich schlecht, HI... Die Berechnung über Seewasser oder sehr gutem Boden gäbe natürlich bessere Ergebnisse (das ist das, was die kommerziellen Hersteller vermutlich dann als Gewinn angeben würden. So, wie bei DSL-Geschwindigkeiten, "bis zu" +8dBi... Aber da ich eher selten am Meer bin, sind solche Werte eher uninteressant. Sollte ich doch mal am aus Versehen am Meer sein, nehme ich den zusätzlichen Gain in Kauf, ohne mich zu beschweren. Für mich ist die Sache auf jeden Fall nun klar: Wo es geht, werde ich das Doublet verwenden. Wo das nicht geht, die hier vorgestellte Vertikal mit so vielen Radialen wie eben machbar.