Multiband-Vertikalantenne für Kurzwelle für 7 bis 30 Mhz   

In vielen Jahren mit Antennenexperimenten hat sich bei mir eine Antenne besonders hervorgehoben. 
Ich bezeichne sie sogar als Referenzantenne, weil sich andere Antennen gut mit ihr vergleichen lassen. 
Sie strahlt fast ihre gesamte Energie flach und gleichmäßig in alle Himmelsrichtungen. 
Sie ist relativ schnell, preiswert, stabil, witterungsbeständig und alleine aufzubauen.
Sie erfordert nur einen Mast und drei Abspannpunkte in Bodennähe.
Sie hat einen großen benutzbaren Frequenzbereich bei geringen Verlusten. 
Sie benötigt nur den eingebauten Antennentuner im Transceiver.
Sie hat ein geringes Gewicht und und ist sehr gut für Portable- und Stationsbetrieb geeignet.  

Hier mal einige allgemeine Betrachtungen.  
Ich habe viele Jahre lang, jedes Jahr für eine Woche mehrere Antennen aufgebaut und mit einander 
ausgiebig verglichen. Nur im direkten Vergleich und mit einem zweipoligen Antennenumschalter, 
der auch die Masse und damit die anderen Antennen sicher abschaltet, kann man sich eine Meinung 
zu den einzelnen Antennentypen mit einfachen Mitteln bilden. 
In den letzten Jahren hat mir das Messgerät „RF1“ dabei sehr geholfen.

Es gibt nur zwei Fragen bei der elektrischen Beurteilung von Antennen zu lösen!                    
Das ist die Frage nach dem Energieverlust vom Funkgerät zur Antenne und 
es ist die Frage nach dem Strahlungsdiagramm. 
Alle anderen Fragen ordnen sich diesen beiden Fragen unter!

Es ist oft unmöglich oder nur schwer zu erkennen, warum eine Antenne für eine bestimmte Funkverbindung 
gut oder schlecht ist. Oft ist es mehr Spekulation als Information. Man muss viele wichtige Punkte richtig einordnen      
um auf eine akzeptable Beurteilung zu kommen. Weil es viele Punkte zu beachten gilt und oft Unbekannte 
vorhanden sind, liegt Irrtum und Wahrheit dicht bei einander. Leider kann man die HF-Strahlung nicht 
wegfliegen sehen.  Hier ist das Analyseprogramm „EZNEC“ eine Hilfe.
Man sollte aber keine Antenne als gut anpreisen, nur weil man mal eine weite Funkverbindung aufgebaut hat. 
Man soll sogar mit einem nassen Handtuch funken können. (hi) Man sollte also immer die Bedingungen nennen
und mit einer zweiten Antenne vergleichen können.

Aber auch beim direkten Vergleich zweier Antennen lautert die Selbstüberlistung.
Mit einem Antennenschalter wird z.B. ein 5m Draht gegen ein 20m Draht auf 14 MHz verglichen. 
Ergebnis: die lange Antenne ist schlecht. Das ist selbstverständlich Quatsch, denn es wurde vergessen 
den resonanten 20m-Draht von seinen vielleicht 2000z auf die 50z vom Funkgerät zu transformieren. 
Ein typischer Anpassungsfehler. Man muss vor dem Vergleich erstmal für optimale Anpassung beider Antennen  
am Funkgerät sorgen. Schwieriger ist die Anpassung zwischen der Antenne und der Speiseleitung. 
Für eine Frequenz ist das noch leicht zu realisieren, aber über einen größeren Frequenzbereich ändern sich die 
Anpassungsverhältnisse ständig. Erst wenn die Anpassung beider Antennen ungefähr stimmt kann man sich 
an den Versuch wagen, das Richtdiagramm der Antennen zu erraten.

Im Vergleich zu den anderen aufgebauten Antennen hat sich immer wieder gezeigt, das es schwer ist
die Ergebnisse der vertikalen Referenzantenne zu übertreffen. Sie wurde nur von Antennen mit größerer
Richtwirkung in den Richtungen mit Gewinn übertroffen. Der Aufwand für diese Richtantennen war aber 
ungleich höher. Es musste zuerst zwei oder drei hohe Befestigungspunkte geschaffen werden. 
Die Höhe der vergleichenden horizontalen Richtantennen sollte dabei sogar etwas höher sein, als der 
Einspeisepunkt der vertikalen Referenzantenne. Ansonsten hat die Richtantenne selbst in ihrer Hauptstrahlrichtung
kaum eine Chance bessere DX-Funkverbindungen zu realisieren, weil nicht genügend flache Strahlung vorhanden ist.
Am besten übertroffen wurde meine vertikale Referenzantenne von einer "lazy h" oder auch faulen Heinrich genannt, 
bei der der obere Draht in 15m Höhe war. Die Antenne selbst bestand aus 2 x 2 x 13,8m Draht mit 7m 
Stockungsabstand und wurde auch mit symmetrischem 300z-Flachbandkabel gespeist. 
Die größere horizontale Ausdehnung und 3m mehr an Höhe macht den Vergleich schon fast "ungerecht".  
Hier der Vergleich dieser lazy h zur vertikalen Referenzantenne im 20m-Band nach EZNEC.
Der Gewinn in wenigen Richtungen wird mit Verlust in den meisten Richtungen erkauft.  Werden die Antennendrähte 
länger als 1,28 x der Wellenlänge, dann splittet sich das Richtdiagramm auf und die nicht brauchbaren Richtungen sind 
schwirieger zu bestimmen. Über die Hälfte der Welt ist also schlechter oder garnicht zu erreichen. Besonderes das "garnicht" 
kann sehr frustrierend sein, weil man es nicht sofort erkennt. Einige Länder sind also nur sehr schwer zu erreichen.
In der Praxis habe ich bis zu 4 S-Stufen (-24dB) festgestellt. 
In den beiden Hauptstrahlrichtungen war sie besonders auf 14 MHz um ein bis zwei S-Stufen besser. 
Der Rauschpegel war aber nicht höher, so das der faule Heinrich sehr "ruhig" wirkt.
Die W8JK hat etwa bei gleicher Höhe und Größe die gleichen maximalen Gewinne, aber der Öffnungswinkel war
spürbar kleiner. Es ist also eine "spitze" Richtantenne die besser drehbar aufgebaut werden sollte. 
Für etwa gleichen Erfolg benötigt ein fauler Heinrich eine größere Höhe als eine W8JK 
mit etwa gleicher Länge. Kann man eine lazy h in großer Höhe montieren hat man den Vorteil des größeren 
Öffnungswinkels. Bis 10m Höhe würde ich eine W8JK für die Kurzwelle empfehlen und ab 15m Höhe für den 
oberen Draht die lazy h.  Dies kann man auch gut mit dem Analyseprogramm für Antennen „EZNEC“ erkennen.
Hier der Vergleich der W8JK mit 2x21m Länge und 4m Drahtabstand zur Vertikalantenne mit 6,9m Topstrahler 
und drei 6,7m Radiale.  Beide in 12m Höhe und im 20m-Band.

Hier das 3D-Richtdiagramm meiner Referenzantenne im 20m-Band nach EZNEC. 
Es ist keine senkrechte Strahlung, wie bei einem Dipol vorhanden. 
Die wertvolle Sendeenergie geht dorthin wo sie hin soll.
Man braucht sich keine Gedanken über Nullstellen, 
also unbrauchbare Richtungen der Antenne zu machen.
Der Effekt der fehlenden Nullstellen auf 360 Grad ist oft angenehmer, 
als der Mehrgewinn eines Dipols oder G5RV in maximal 180 Grad.
  

Hier die Daten für EZNEC für diese Antenne zum download.

Die eigentliche Antenne besteht aus einen oberen Strahler und aus drei zusammen geschalteten Radialen, 
welche im Idealfall im steilen Winkel zum Boden zeigen. Also wie eine Triple-Leg. Ich habe sie bis jetzt nur aus 
Antennendraht gebaut. An den Strahler und am gemeinsamen Kontakt der Radiale wird eine symmetrische 
Speiseleitung mit einer bestimmten Länge angeschlossen. Die bestimmte Länge dient nur der günstigen 
Impedanztransformation zum Transceiver. Eine günstige Länge des 300z-Flachbandkabels ist etwa 24m.
Auf 21 MHz ist der Anschluß hochohmig und läßt sich nicht mit dem eingebauten automatischen Tunner
des Transceivers anpassen. Ein externer Tuner oder kürzen oder verlängern des Flachbandkabel lösen das Problem.
Für einen stationären Aufbau habe ich einmal mit bistabile Relais das Flachbandkabel auf 15m gekürzt 
bzw. 9m raus geschaltet.
Das andere Ende der Leitung wird direkt mit dem automatischen Antennentuner des Transceivers verbunden. 
Der Strahler wird dabei mit dem Mittelkontakt und die Radiale werden mit der Masse des unsymmetrischen 
Antennenanschlusses verbunden. Wie viele Versuche zeigten, ist eine Symmetrierung nicht nötig. 
Ein Balun verschlechtert sogar die Ergebnisse. Eine symmetrische Speiseleitung ist ja bereits ein Symmetrierglied. 
Vertauscht man die Anschlüsse ist kaum eine Verschlechterung im praktischen Funkbetrieb feststellbar. 

Hier die Elevations-Diagramme dieser Antenne in 12m Höhe mit EZNEC.

Als mechanischer Träger der Drahtantenne hat sich eine 8m lange Stipprute aus Glasfaser sehr gut bewährt. 
Der Draht wird in schwachen Windungen mit Klebeband an den Verbindungsstellen der einzelnen Elemente 
der ausgezogenen Teleskoprute befestigt. Damit wird gleichzeitig ein Zusammenfallen der Rute verhindert.  
Weil der Strahler knapp 7m lang ist ergibt sich aus dem Rest der Angelrute ein „Mast“ von etwa 1m, der mit 
den Drahtradialen abgespannt werden muss. 

An den Enden der Radialen und auch im Speisepunkt hat sich 2mm Polyesterseil sehr gut bewährt.

Die Haltbarkeit der Glasfiberruten ist enorm. Selbst in den größten Stürmen zerbricht sie nicht. 
Sie darf aber nicht weiter abgespannt werden. Ich hatte bei der ersten Festmontage als Stationsantenne auf 
einem Flachdach eines 5 stöckigen Wohnblocks in etwa 3m Höhe vom dicken Ende der Rute eine zweite Abspannung angelegt. 
Zur Verbesserung der Stabilität, so dachte ich, aber genau an dieser Stelle ist sie dann nach etwa 4 Jahren gebrochen 
und hing schief nach unten. Ich habe sie dann an der Bruchstelle abgeschnitten und an den Maststummel mit etwa 
30cm Überlappung wieder festgebunden. Den überflüssigen Antennendraht habe ich durch Drehen weiter aufgewickelt,      
so das nichts lose war. Diese reparierte und kürzere Antenne habe ich noch ein Jahr benutzt. 
Bei einem Sturm ist sie an der Reparaturstelle erneut abgebrochen.
Die Leichtigkeit und Zerreißfestigkeit ist auch ein Vorteil, denn wenn wirklich mal was abstürzen sollte wird nicht gleich 
Jemand erschlagen und beim Aufbau benötigt man nicht viel Kraft.

Hier mal einige Gedanken über die Speiseleitung. Sollte man Koaxialkabel oder eine symmetrische Leitung verwenden?
Die Speiseleitung soll frei und locker verlegt werden. Meistens habe ich Flachbandkabel mit einer Impedanz 
von 300z genommen.  Dieses schwarze, etwa 10mm breite Flachbandkabel kann man auch problemlos in 
ein Holz- oder Kunststofffenster einklemmen und in den Innenraum führen. Besonders von Metall sollte man
die Leitung weitgehend entfernen.  Ein Abstand von 30cm ist aber schon ein annehmbarer Wert für kurze Strecken, 
denn die Strahlung um die einzelnen Drähte der Speiseleitung benötigen mindestens diesen Raum um die Strahlung 
zum gößten Teil kurz zu schließen und die Dämpfung gering zu halten. 
Die Speiseleitung, besonders wenn der Abstand der Drähte nur 10mm wie bei dem 
Flachbandkabel mit 300z ist, kann man sie als nicht strahlend betrachten. Bei größerem Abstand der Drähte, 
wie bei der offenen Hühnerleiter mit vielleicht 100mm Abstand, wird die Strahlung und die Empfindlichkeit gegenüber 
der Umgebung größer. Über die Strahlung der Bandleitung gibt es immer wieder Diskussionen, weil mehrere Faktoren 
beachtet werden müssen.  Die Antenne strahlt wesentlich stärker als die symmetrische Speiseleitung!
Funkstörungen (BCI) kommen fast immer von der strahlenden Antenne und nicht von der viel geringen Strahlung des 
symmetrischen Speisekabels. Plötzliche Störungen nach dem Wechsel der Koaxialkabels gegen eine Hühnerleiter werden 
oft auf die Leitung geschoben. In Wirklichkeit ist es aber die stärker gewordene Strahlung der Antenne, weil die Verluste 
auf der Leitung geringer geworden sind und die Anpassung deutlich verbessert wurde. Man sollte vor dem Wechsel mal 
die Sendeleistung an dem alten Koaxialkabel erhöhen um zu erkennen, welche Störungen zu erwarten sind, wenn eine 
dämpfungsarme symmetrische Leitung benutzt wird. 3dB, was die doppelte Leistung am gleichen Widerstand bedeutet, 
kommen schnell zusammen. Der Unterschied ist auf der Frequenz auf dem der alte Dipol seine Resonanz hat 
noch am geringsten. Für einen realen Test müsste, je nach Leitungswerte, auf den resonanten Dipolfrequenzen 
die Sendeleistung vielleicht nur verdoppelt aber auf anderen Frequenzen vielleicht sogar verzehnfacht werden, 
denn die Dämpfung des Koaxialkabels auf weit von 50z entfernten Impedanzen ist sehr hoch. Besonders hoch ist 
die Dämpfung, wenn das Koaxialkabel zur Wellenlänge lang ist. Zu beachten ist auch das die Angabe der Dämpfungswerte 
für Koaxialkabel sich auf eine reelle und optimale Anpassung des Kabels beziehen. Die meisten Dipole werden direkt an 
das Koaxialkabel angeschlossen aber die sind nur auf eine Frequenz reell schon gar nicht 50z. 
Je nach Höhe kann man mit 60z bei einem Drahtdipol rechnen.  Bei einem hoch hängenden und schlanken Dipol sollte man 
ein 75z Koaxialkabel nehmen, denn die Impedanz steigt mit der Höhe bis auf etwa 70z an.
Eine Fehlanpassung schon am Antennendraht ist die Folge. Entfernt von der Resonanzfrequenz kommen 
Blindanteile hinzu die am direkten 50z-Anschluss des Transceivers zu weiteren unvermuteten Verlusten führen. 
Komischwerweise finden gerade die Funker den direkten Anschluss des symmetrischen Kabels an den 
unsymmetrischen Transceiver Antennenanschluss seltsam die bei sich den Dipol direkt an das Koaxialkabel gelötet haben. 
Alleine der direkte Anschluss des Dipols an das Koaxialkabel bedeutet eine Fehlanpassung. Dann kommt noch das Vergehen 
an der Symmetrie hinzu, welches Mantelwellen und damit Strahlung und Verlust auf dem Koaxialkabel bedeutet. 
Ganz im Gegensatz zum Anschluss eines symmetrischen Kabels an einen unsymmetrischen Transceiveranschluss, 
denn die Hühnerleiter selbst ist ein Symmetrierglied und symmetriert den unsymmetrischen Transceiverausgang an 
die symmetrische Antenne. Also eine saubere Sache!
Wer es übertreiben möchte, kann ein paar Meter Flachbandkabel vor dem Transceiver auf ein Kunststoffrohr mit 
10mm Wickelabstand aufwickeln und Symmetrierglied ran schreiben.

Ein Symmetriefehler bei einer Vertikalantenne ändert nur die Elevationswinkel aber die Rundstrahlung 
oder auch Azimuth genannt, bleibt erhalten. Bei einer horizontalen Antenne verschieben sich die Azimuthwinkel 
und man findet erst mühsam die unbrauchbaren Richtungen nach vielen QSO´s und vergeblichen Anrufen 
und schlechten Rapporten. Gerade dieser kreisrunde Azimuth macht diese Vertikalantenne zur einer 
immer funktionierenden und berechenbaren Referenzantenne. Zusätzlich könnte man, wenn genügend Platz 
und Aufhängepunkte vorhanden sind eine W8JK oder eine Yagi in großer Höhe montieren um mehr Power in 
bestimmte Richtungen zu erhalten.