Zahlreiche Online-Händler bieten 5,6 m lange Teleskopruten inzwischen zu sehr günstigen Preisen an. Funkamateure nutzen sie heute als preiswerte Grundlage für leichte Portabel Antennen.
Mehrere ineinandergeschobene Metallsegmente bilden die Teleskoprute. Für den Transport schrumpft die Länge auf nur etwa 53 cm. Mit einem Gewicht von nur wenigen hundert Gramm eignen sie sich ideal für den portablen Einsatz beim Wandern, oder im Urlaub.
Die Fertigungsqualität hat sich deutlich verbessert. Deshalb setzen heute nicht nur Selbstbauer auf diese Teleskopruten. Auch zahlreiche kommerzielle Hersteller von Portabel Antennen greifen auf diese Teleskopruten zurück und ergänzen sie um angepasste Speiseeinrichtungen, Spulen oder Befestigungssysteme.
Im Selbstbau lassen sich mit wenigen zusätzlichen Bauteilen leistungsfähige Antennen für verschiedene Kurzwellenbänder aufbauen, die sich in kurzer Zeit auf- und abbauen lassen und gleichzeitig gute elektrische Eigenschaften besitzen.
Up-and-Outer für die oberen Kurzwellen Bänder
Vertikalantenne mit einem Radial für die Bänder 20m, 17m, 15m, 12m, 10m und 6m
Die einfachste Ausführung besteht aus einem vertikalen Strahler und einem einzelnen Radial. Trotz ihres simplen Aufbaus erreicht diese Antenne einen guten Wirkungsgrad, da sie ohne Verlängerungsspulen und ähnliche verlustbehaftete Elemente auskommt.
Der Anwender stimmt die Antenne einfach durch Ein- oder Ausschieben der Elemente auf die gewünschte Frequenz ab. Weder Drähte müssen gekürzt noch Steckverbindungen umgesetzt werden.
Wichtig ist eine Mantelwellensperre direkt am Einspeisepunkt, weil sonst durch den unsymmetrischen Aufbau unerwünschte Ströme auf dem Koaxkabel fließen würden.
Mechanischer Aufbau
Das Mittelteil entsteht aus PLA im 3D-Druckverfahren. Im unteren Bereich ist ein etwa 60 cm langer Erdspieß fest integriert, der zur sicheren Verankerung im Boden dient. Auf der Oberseite wird die Teleskoprute eingeschraubt. Die PL-Flanschbuchse bildet den Einspeisepunkt: Ihr Innenleiter ist direkt mit dem Strahler verbunden, während der Außenleiter sowohl mit dem Erdspieß als auch mit einer M4-Schraube zum Anschluss des Radials verbunden ist. Ein aufgebrachter Aufkleber enthält die erforderlichen Längenangaben für Strahler und Radial der verschiedenen Amateurfunkbänder und erleichtert so den schnellen Aufbau.
Das Radial besteht aus einem 5 Meter langen Stahlbandmaß, welches weniger als 3 Euro kostet. Am Ende ist eine 4,5 mm Bohrung eingebracht und die Farbe ist im Bereich der Bohrung entfernt, um einen guten elektrischen Kontakt herzustellen. Am Mittelteil ist eine Zahnscheibe verbaut, welche die Kontaktierung verbessert. Das Bandmaß wird zum Funkbetrieb auf die gewünschte Länge ausgezogen und anschließend mit der integrierten Sperre arretiert. Um das Ende über dem Boden zu halten, wird ein kurzer Stab aus nichtleitfähigem Material verwendet.
Simulation am Beispiel 20 m Band
Bei der Simulation dieser Antenne ist insbesondere der Einfluss der verwendeten Materialien auf die Verluste und damit auf den Wirkungsgrad von Interesse. Verglichen werden zwei Varianten: eine verlustarme Ausführung mit einem Strahler aus Aluminium und einem Radial aus dünner Kupferlitze sowie die hier vorgestellte Ausführung mit einer Teleskoprute aus Edelstahl und einem Bandmaß aus Federstahl.
Da die unterschiedlichen Materialien die elektrische Länge beeinflussen, verschiebt sich die Resonanzfrequenz geringfügig. Für einen aussagekräftigen Vergleich werden daher Strahler- und Radiallänge jeweils so angepasst, dass beide Antennen auf derselben Frequenz (14.2 MHz) resonant sind.
Wie zu erwarten, weist die Kombination aus Edelstahl und Federstahl höhere Verluste auf als die Variante aus Aluminium und Kupfer. Jedoch ist Edelstahl für Hochfrequenzanwendungen deutlich günstiger als gewöhnlicher ferromagnetischer Stahl. Ursache ist der Skin-Effekt: Aufgrund der wesentlich geringeren relativen Permeabilität von Edelstahl dringen die HF-Ströme tiefer in das Material ein. Dadurch vergrößert sich der effektiv genutzte Leitungsquerschnitt, wodurch die Hochfrequenzverluste geringer ausfallen als bei normalem Stahl.
Teleskopantenne mit Bandmaß
Alu-Strahler mit Kupfer Radial
Die Simulation zeigt, dass eine Ausführung aus Aluminium und Kupfer den Antennengewinn gegenüber der hier vorgestellten Konstruktion um etwa 0,75 dB erhöhen würde. Der Preis dafür wäre jedoch ein deutlich höherer mechanischer Aufwand und der Verlust der einfachen, schnellen Einsatzbereitschaft einer Portabelantenne. In der Praxis wird daher ein Wirkungsgradverlust von rund 16 % bewusst in Kauf genommen. Selbst dieser Unterschied macht sich bei Funkverbindungen nur selten bemerkbar, da 0,75 dB meist deutlich unter den Pegelschwankungen liegen, die durch Ausbreitungsbedingungen und Fading verursacht werden.
In Richtung des Radials hat die Antenne eine deutliche Vorzugsrichtung, was gut in den Grafiken der Antennendiagramme zu erkennen ist. Dieser Effekt lässt sich gezielt nutzen, um mit einem bestimmten Gebiet eine Funkverbindung aufzubauen. Durch die relativ flache Abstrahlung mit einem Maximum bei 28° Elevationswinkel ist die Antenne durchaus DX tauglich.
Die SWR-Kurve verläuft flach und im gesamten 20 m Band ist das SWR besser als 1: 1,5.
Messungen
Auf allen Amateurfunkbändern erreicht die Antenne eine so gute Anpassung, dass sie ohne Antennentuner betrieben werden kann. Durch eine geringe Feinjustierung von Strahler- und Radiallänge lässt sich auf jedem Band schnell ein sehr gutes SWR einstellen.
Im Folgenden sind die Messergebnisse mit der erzielten Bandbreite sowie der Rückflussdämpfung (Return Loss, RL) für die einzelnen Amateurfunkbänder dargestellt.
Hier noch detaillierte Messwerte einfügen.
Erprobung
Der Aufbau der Antenne ist in wenigen Minuten erledigt. Dank der auf dem Mittelteil angebrachten Längenangaben werden die Sollmaße für Strahler und Radial bereits beim ersten Aufbau sehr gut getroffen. Über normal leitfähigem Boden ist in der Regel keine weitere Nachstimmung erforderlich.
Im praktischen Betrieb zeigte die Antenne auf den oberen Amateurfunkbändern eine sehr gute Funktion. Bei Test-QSOs konnten auf sämtlichen Bändern zahlreiche Stationen aus Europa mit 50 Watt Sendeleistung in SSB mit guten Signalrapporten gearbeitet werden. Die gemeldeten Empfangsberichte bestätigten die hohe Praxistauglichkeit der Antenne.
Inverted-T für das 20 Meter Band
Vertikalantenne mit zwei Radialen
Diese Variante besteht aus einer 5,6 m Teleskoprute als vertikalen Strahler und zwei waagrecht abgespannten Radialen. Der Speisepunkt – also das untere Ende des Strahlers – befindet sich etwa 40 cm über dem Boden. Auch die Radiale sollten möglichst nur wenig durchhängen, sodass ihre Enden ebenfalls ungefähr 40 cm über dem Boden liegen.
Wichtig ist, dass die Radiale nicht den Boden berühren. Durch die Verluste des Bodens werden sie sonst stark bedämpft und wirken nicht mehr als resonante Gegengewichte. Die Folge sind ein geringerer Wirkungsgrad und eine schlechtere Abstrahlung der Antenne.
Simulation
EzNEC Pro/2+ v. 7.0.3 wurde mit den folgenden Einstellungen verwendet:
Die Längen der Drähte sind:
#1 – Strahler 570 cm
#2 – Radial A 430 cm
#3 – Radial B 430 cm
Die Antenne besitzt ein kreisrundes Horizontaldiagramm und strahlt somit gleichmäßig in alle Richtungen ab. Das Maximum der Vertikalabstrahlung liegt bei etwa 25° Elevation, wodurch sie sich besonders gut für DX-Verbindungen eignet.
Bei einer resonanten Vertikalantenne sollten Strahler und Radiale grundsätzlich die gleiche elektrische Länge besitzen. Aufgrund der geringen Aufbauhöhe von nur etwa 40 cm über dem Boden werden die Radiale jedoch kapazitiv belastet. Deshalb sind sie etwas kürzer ausgeführt, um gemeinsam mit dem Strahler in Resonanz zu liegen.
Für eine optimale Anpassung an eine 50-Ω-Speiseleitung wurde der Speisepunkt in Richtung der Radiale verschoben. Dazu sind die Radiale noch etwas weiter verkürzt und der Strahler entsprechend verlängert. Dadurch verändert sich das Längenverhältnis zwischen Strahler und Gegengewicht so, dass die Eingangsimpedanz nahe bei 50 Ω liegt. Über das gesamte 20-m-Band wird so ein SWR von besser als 1,3 : 1 erreicht.
Der Grund dafür liegt in der Strom- und Spannungsverteilung entlang des Antennensystems. Je nach gewähltem Speisepunkt ergibt sich eine andere Eingangsimpedanz. Durch eine geeignete Wahl der Längen von Strahler und Radialen lässt sich die Antenne daher direkt an ein 50-Ω-Koaxialkabel anpassen, ohne dass ein zusätzliches Anpassnetzwerk erforderlich ist – ein Prinzip, das beispielsweise auch bei der Off-Center-Fed (OCF)-Antenne genutzt wird.
Anhang
Materialeigenschaften
Bei der Simulation müssen bestimmte Materialkenngrößen angegeben werden, um z.B. Verluste zu berücksichtigen. Die folgende Tabelle enthält Werte, wie sie bei typischen Materialien für den Antennenbau vorkommen.
| Eigenschaft | Federstahl (z.B. C75S) | Edelstahl Austenitisch (V2A) | Kupfer (rein, E-Cu) | Aluminium (rein / Al99,5) |
|---|---|---|---|---|
| Spezifischer Widerstand (ρ in Ω · m) | 1,2 · 10⁻⁷ bis 1,6 · 10⁻⁷ | 6,6 · 10⁻⁷ bis 7,7 · 10⁻⁷ | 1,7 · 10⁻⁸ | 2,8 · 10⁻⁸ |
| Wärmeleitfähigkeit (λ in W / (m · K)) | 32 – 48 | 15 – 16 | 380 – 400 | 220 – 235 |
| Magnetische Permeabilität (μ_r) | 200 – 1.000 | 1,003 – 1,05 | 0,99999 | 1,00002 |