Vorteile von Vertikalantennen
Rundstrahlende Eigenschaften
Da spart man sich Einiges. Ein Rotor ist nicht nötig und man kann ohne Zeitverzögerung in alle Richtungen gleich gut (oder schlecht) Funkverbindungen Aufbauen. Je nach Modell sind vertikale Rundstrahler oft echte DX-Antennen. Ein relativ flacher Abstrahlwinkel ist hier sehr positiv. Gute Multibandantennen zu bauen ist aber nicht trivial und sind selten mehr als ein Kompromiss zu bezeichnen. Außer wenn man für jedes Band einen eigenen Strahler verwendet.
Aber es gibt auch einen bisher wenig bekannten Vorteil. Dieser fällt insbesondere bei transpolaren Verbindungen (Deutschland – Hawai) sowie Verbindungen zu den Antipoden (das genau andere Ende der Welt) auf.
Ionosphäre und X-Wellen und O-Wellen
Zunächst sind X-Wellen und O-Wellen zu unterscheiden. Die O-Wellen (Ordinary-Waves) sind sozusagen „Regulär“ und haben die Eigenschaften, welche wir üblicherweise voraussetzen. Also das Funksignal tritt in die Ionosphäre ein, wird dort langsam gebogen, elliptisch polarisiert und trifft in Abhängigkeit der Sprungdistanz mehrere tausend km weiter wieder auf den Erdboden. Dabei erfährt die O-Welle eine „leichte Drift“ von etwa 2,5° – 5° bei jedem Sprung durch die Ionosphäre.
Die X-Wellen machen fast das gleiche, nur sind sie andersherum elliptisch polarisiert, haben eine wesentlich kürzere Sprungdistanz und haben eine Drift von ca. 2,5° – 5° in die andere Richtung.
Die Differenz zwischen X-Wellen und O-Wellen liegt also gewöhnlich bei ca. 5°-10°. Ein Wert den man im gewöhnlichen DX-Verkehr nicht merkt, es sei denn, man benutzt eine 15-Elemente-Richtantenne für das 20m Band. Selbst bei mehreren Sprüngen fällt es nicht weiter auf. Denn sowohl X- wie auch O-Wellen werden beim erneuten Durchgang durch die Ionosphäre wieder in neue X-und O-Wellen aufgeteilt, so dass die theoretischen „Zwischenräume“ wieder aufgefüllt werden. Allerdings verbreitert sich das Signal mit jedem Sprung deutlich. Wir halten das im Hinterkopf für die spätere Betrachtung von Funkverbindungen in die Antipoden. Mehr Infos zur Ionosphäre in dem folgenden Grundlagenartikel.
Transpolare Verbindungen
Es gibt jedoch eine Ausnahme. Während in den meisten Regionen die Funkwellen und das Magnetfeld mehr oder weniger in einer Ebene verläuft, ist dies über den Polen nicht mehr gegeben. Hier stehen die Feldlinien des Magnetfeldes senkrecht zur Erdoberfläche.
Dieses hat Auswirkungen über die Stärke der Drift. Dies kann, wie anschaulich in [] dargestellt bis zu 90° betragen. Jedoch in alle Richtungen und für X- und O-Wellen unterschiedlich. Ziele ich aus Deutschland zum Beispiel auf Hawai, dann läuft der Pfad direkt über den Nordpol.
Die O-Wellen können jetzt dort um bis zu 90° Drift entwickeln, zum Beispiel nach rechts. Also mein Sendesignal wird in China optimal gehört. Auf die X-Welle ist jetzt auch kein Verlass mehr, weil diese jetzt in die andere Richtung um 90° verdreht wird, allerdings auch in der vertikalen Ebene, so dass die Reflexion über der polaren Region zu einem „Rückwerfen“ des Signals wird, so dass Grönland optimal versorgt wird.
Hier erahnt man schon das Problem. Schlimmer wird es noch, wenn man berücksichtigt, dass alle O-Wellen in die gleiche Richtung Drift erfahren. Das Antwortsignal aus Hawai wird in diesem Beispiel ebenfalls um 90° nach rechts abgelenkt und versorgt damit optimal die Ostküste von Kanada.
Hier wäre die einzige Lösung, dass beide Gegenstationen die Drift bestimmen und jeweils für die Empfangsrichtung wie auch Senderichtung separate Richtantennen verwenden, die um eben diese Drift jeweils versetzt in die passende Richtung schauen. Der gleiche Aufwand ist auf beiden Seiten zu betreiben.
Daher sind Verbindungen nach Hawai aus europäischen Regionen eine Rarität.
Jetzt kommt die Stunde der Rundstrahlantennen. Denn hier ist es egal, wenn Sendepfad und Empfangspfad so gravierend abweichen, man merkt es nichtmal.
Häufig ist genau diese Drift der Grund, weshalb rundstrahlende Vertikalantennen so einen unerwartet guten Ruf habe, obwohl die reinen Zahlenwerte das gar nicht erwarten lassen.
Verbindungen zu den Antipoden
Wir erinnern uns an die sich addierende Driften mit jedem Sprung. Zwischen 5 und 7 Sprünge braucht es zum Beispiel in Richtung Neuseeland, welches schon sehr nah an den Antipoden liegt. Auf der Azimuthalkarte sieht man zunächst schon ein erstes Dilemma: Wohin die Antenne drehen? Denn jede Richtung kommt in etwa beim Ziel an.
Das verstärkt sich noch, wenn wir die addierenden Driften berücksichtigen. Dann verteilt sich das Signal im Zielgebiet auf eine riesige Fläche, egal in welche Richtung die Antenne zeigt. Deshalb ist es oft so schwer, ein Signal aus ZL mit einer Richtantenne „einzufangen“, weil die Richtung sich nicht mehr eindeutig bestimmen lässt.
Gleichzeitig kommt hier wieder das Problem hinzu, dass Sendepfad und Empfangspfad deutlich von einander abweichen können. Hier kommt dann wieder die Sternstunde der Vertikalantenne. Denn hier ist die Richtung egal und aufgrund der summierten Sprungdriften ist die Signalstärke einer Richtantenne auch nicht mehr unterlegen.
Langer Weg
Sind Funkverbindungen sowohl über den normalen Weg wie auch über den Langen Weg möglich, braucht es bei einer Rundstrahlantenne keine Entscheidung, beides ist zur gleichen Zeit möglich.
Wann ist eine Richtantenne und wann ein Rundstrahler von Vorteil.
Aus dem Vorgesagten kann man folgendes Zusammenfassen:
Rundstrahlende Vertikalantennen sind immer dann ebenbürtig, wenn nicht sogar von Vorteil, wenn man Funkverbindungen über die Pole oder in Richtung Ozeanien vornehmen möchte.
Dies Karte zeigt hypothetische Regionen, in denen vertikale Rundstrahler entgegen der theoretischen Gewinnangaben einer 3-Elemente Yagi durchwegs überlegen sind oder die Yagi kaum einen Vorteil herausspielen kann.
Viele OMs haben erzielen mit ihren Rundstrahlern oft hervorragende DX-Ergebnisse, welche Yagi-Nutzer oft wundern. In meinen Ausführungen liegt einer der Gründe, weshalb Vertikalantennen oft besser sind, als ihr Ruf.
Nachteile von Vertikalantennen
Vertikale Rundstrahler haben jedoch auch sehr viele Nachteile. Zum einen sind sie anfälliger für QRM, weil die Hausinstallationen der Nachbarn in der vertikalen Ebene stärker stören als in der horizontalen.
Aber auch bei DX-QRM, also dem PA-inspirierten Signal einiger Kollegen, ist man mit einem Rundstrahler im Nachteil. Denn mit der Yagi kann ich solche Signale fast ausblenden, mit dem Rundstrahler bin ich dem praktisch hilflos ausgeliefert.
Ein zweiter Rundstrahler, dessen Empfangssignal phasenverschoben hinzugezogen wird, ist in den seltensten Fällen für einen OM die praktikable Lösung.
Im Contestbetrieb ist genau diese Möglichkeit aber für den Erfolg Voraussetzung. Zusammen mit einem kräftigen und schnell drehenden Rotor können hier bessere Ergebnisse als mit einer Vertikalantenne erreicht werden.
Bei Verbindungen nach Asien, Afrika, Amerika zeigen sich zudem die nützlichen dB mehr an Signalstärke als Vorteil der Richtantenne.
Welche Vertikalantennen sind die Besten?
Hier geht es um den Vergleich der Groundplane, der 5/8tel Lamda und dem J-Pole als endgespeisten Halbwellenstrahler.
Der Autor hat selber alle Modelle ausprobiert und hat einen eindeutigen Favoriten. Doch zunächst der Reihe nach:
Die 1/4 Lamda Groundplane
Das ist quasi der Klassiker, einfach aufzubauen und relativ Kompakt. Die Antennenform ergibt sich aus einem Dipol, dessen eine Hälfte horizontal abgeknickt wird. Dieser Teil wird als Radial bezeichnet. Damit das Strahlungsdiagramm rund bleibt, werden vier oder mehr Radials benötigt.
Nachteil: Radials sind die Schwachstelle. Diese sollen eine künstliche Erde darstellen. Werden Radials nicht auf dem Boden ausgelegt, sondern in der Höhe montiert, ergeben sich mechanische Herausforderungen, die insbesondere für Portabelbetrieb ungeeignet sind.
die 5/8 Lamda Groundplane
Ähnlich der 1/4 Lamda Groundplane benötigt diese 5/8tel Lamda Vertikalantenne Radials und zusätzlich noch eine Spule am Fußpunkt.
Mit der 5/8 Lamda Antenne werden bessere Ergebnisse erzielt, sie ist ein besserer DX-Strahler und hat den Ruf der „Königin“ aller Vertikalstrahler. Jedoch zu Unrecht, wie wir gleich sehen werden.
Die J-Pole Antenne
Die J-Pole Antenne ist im Prinzip ein endgespeister 1/2 Lamda Dipol. Obwohl der strahlende Teil kürzer ist als bei der 5/8tel hat diese nicht nur theoretisch berechenbare sondern auch praktisch erfahrbare Vorteile. Der Autor benutzt diese Variante erfolgreich und erzielt durchwegs deutlich bessere Ergebnisse im Vergleich zu einer 5/8tel Antene.
Angepasst wird der endgespeiste Dipol mit einer Zweidrahtleitung. Es gibt viele Bauanleitungen im Web, die jedoch eine Kurzschluss-Stelle in der Zweidrahtleitung vorsehen, mit der Anpassung erreicht werden soll.
Das ist wiederum im Portabel-Betrieb schwer praktikabel. Deshalb wird hier eine Variante vorgestellt, bei der dieses Element entfallen kann und das Ende der Zweidrahtleitung direkt an ein 50Ohm Koaxkabel angeschlossen werden kann.
Um dieses zu erreichen, müssen die einzelnen Längenverhältnisse zwischen Zweidrahtleitung und strahlendem Element leicht modifiziert werden, wie in den zur Verfügung gestellten Bauanleitungen erkennbar.
Diese Antennenform ist ideal zum Beispiel für einen 18m GFK-Masten, auf dem zwischen 40m und 10m alles umgesetzt werden kann. Die Zweidrahtleitung kann horizontal weg geführt werden, so dass man mit einem 10m GFK-Mast noch problemlos für das 20m Band eine sehr hervorragende Antenne aufbauen kann.
Bei Platzmangel kann von dem vertikalen Stück ein wenig horizontal abgeknickt werden, ohne dass sich der Gewinn nennenswert verschlechtert.
Nachteile der J-Pole Antenne
Die J-Pole ist eine Monobandantenne ohne Kompromisse. Mehrbandbetrieb ist nicht möglich und auch nicht sinnvoll. Denn wenn diese Antenne in höheren Frequenzen betrieben werden würde, wandelt sie sich, wie alle anderen Vertikalstrahler auch, in einen Steilstrahler.
Sie wird quasi eine Landrahtantenne mit Richtwirkung in den Zenit. Als NVIS dann noch zu gebrauchen, aber alle DX-Eigenschaften gehen dabei verloren.