Antenne auf dem Dachboden und Abstand zu Metall

Was unter dem Dach am Draht liegt

Für viele Funkamateure ist der Dachboden der naheliegende Platz für einen Dipol. Dort ist der Draht vor Wetter geschützt und von außen nicht zu sehen. Elektrisch hängt er aber in einer dichten Umgebung: Stromleitungen und Kabel, Wasser- und Heizungsrohre, Lüftungskanäle, eine Dämmung mit Alufolie, manchmal ein Blechdach. Leicht vergessen werden die Leitungen in der Decke des Stockwerks darunter^[2].

Jeder dieser Leiter führt angeregten HF-Strom und wirkt auf den Dipol zurück (Modul 1, Lektion 4). Unter dem Dach sind es viele, sie liegen dicht am Draht, und ihre genaue Lage kennst du meist nicht. Die 0,5 m zwischen Dipol und Folie in der Zeichnung sind auf 14,2 MHz rund 0,02 λ.

Verstimmung: Resonanz und Wirkanteil am Speisepunkt hängen deshalb nicht nur an Länge und Höhe des Drahts, sondern auch an dem, was um ihn herum liegt. In welche Richtung und wie weit sie sich gegenüber dem Freien verschieben, hängt vom einzelnen Dach ab, ein fester Faktor für Dachböden lässt sich nicht angeben. Rechne damit, die Länge wegen Hausleitungen und Wassertanks in der Nähe am Einbauort anzupassen^[3].

Verluste: Strom, der in Leitungen und Folie angeregt wird, wird zum Teil zu Wärme und zählt zum Verlustwiderstand (Modul 1, Lektion 4).

Die Ziegel dämpfen das Signal auf dem Weg nach außen, mit der Frequenz zunehmend und nass stärker, wie stark, ist schwer abzuschätzen^[2]. Auf Kurzwelle ist ein Ziegel zwar elektrisch dünn (2 cm sind auf 14,2 MHz rund 0,001 λ), liegt er nass dicht am Draht, wirkt er aber wie nasses Holz am Baum (Lektion 3), als verlustbehaftetes Material im Feld des Drahts.

Ein Blechdach, eine Dämmung mit Alufolie oder viele Lüftungskanäle können einen Dachboden ganz ungeeignet machen^[1]. Im Haus sind außerdem Menschen dichter an der Antenne als im Garten, Sendeleistung und Abstände für den Personenschutz behandelt Modul 10.

Der Abgleich ersetzt keine freie Umgebung: Gleichst du den Draht ab, bis der Blindanteil am Speisepunkt null ist, ist er wieder resonant (Modul 1, Lektion 3). Die Ströme in Folie, Leitungen und Rohren fließen aber weiter, denn der Abgleich ändert die Länge des Drahts, nicht seine Umgebung. Verluste und ein verändertes Diagramm gibt es deshalb auch nach dem Abgleich. Ein gutes SWR unter dem Dach sagt nicht, dass der Dipol dort so gut strahlt wie im Freien.

Wovon der nötige Abstand zu Metall abhängt

Eine feste Meterzahl für alle Bänder lässt sich nicht angeben, denn die Kopplung hängt am Abstand im Verhältnis zur Wellenlänge. 1 m sind auf 80 m (3,6 MHz) rund 0,012 λ, auf 20 m (14,2 MHz) rund 0,05 λ und auf dem 2-m-Band (145 MHz) fast eine halbe Wellenlänge. Rechne den Abstand deshalb für jedes Band neu, mit $\lambda = 300/f$ in Metern und $f$ in MHz.

Dahinter steht eine Eigenschaft der Felder: Schrumpft an einem Aufbau im freien Raum jedes Maß samt Drahtdicke um denselben Faktor wie die Wellenlänge, verhält er sich auf der höheren Frequenz wie der ursprüngliche auf seiner^[4]. Ein Dipol, eine Rinne und ein Abstand, die alle halb so groß sind, verhalten sich auf der doppelten Frequenz gleich. Sind Abstand und Metall im Verhältnis zur Wellenlänge gleich, reagiert eine große Antenne also nicht stärker oder schwächer auf das Metall als eine kleine. Boden, Hauswand und Verluste im Material skalieren dabei nicht mit.

Auch die Kapazität zwischen Draht und Metall ändert das Bild nicht. Ein doppelt so langer Draht im selben Abstand in Metern hat etwa die doppelte Kapazität zu einem ebenso langen Leiter neben ihm. Auf der halben Frequenz ist ihr Blindwiderstand $X_C = 1/(2\pi f C)$ damit etwa derselbe, denn das Produkt aus Frequenz $f$ und Kapazität $C$ bleibt etwa gleich.

Wie langsam die Kopplung mit dem Abstand abnimmt, zeigt eine Rechnung: ein Halbwellendipol und parallel daneben ein gleich langer Draht ohne Speisung, beide im freien Raum (12db-Rechnung mit der Methode der induzierten EMK^[6][7]). Bei 0,05 λ Abstand führt der Draht rund 90 % des Dipolstroms, bei 0,25 λ knapp 60 %, bei einer Wellenlänge gut 20 %. Der Draht von genau λ/2 ist leicht induktiv, ein etwas kürzerer, resonanter koppelt noch stärker. Bei λ/8 Abstand führt ein Draht von genau λ/2 rund 76 % des Dipolstroms, in der Rechnung oben wie in einer 12db-Simulation mit NEC-2. Sind beide Drähte resonante Dipole, ergibt dieselbe Simulation rund 87 %, und der Wirkanteil am gespeisten Dipol liegt bei rund 18 Ω statt rund 73 Ω. Eine scharfe Grenze, ab der Metall nicht mehr mitwirkt, zeigt keine der beiden Rechnungen, mehr Abstand verringert die Kopplung allmählich.

Lage, Länge und Verbindung

Neben dem Abstand zählt, wie das Metall liegt und wie lang es ist, wie bei der Vertikalantenne (Modul 3, Lektion 4). Ein Leiter parallel zum Draht koppelt am stärksten, einer, der ihn in der Mitte rechtwinklig kreuzt, am wenigsten, und eine Länge nahe einer Resonanz verstärkt die Kopplung. Große Gebilde aus Metall strahlen aber auch ohne Resonanz mit^[5], eine Folie oder ein Blechdach also auch dann, wenn keine Länge passt.

Schließlich zählt die Verbindung. Ist Metall leitend mit anderem Metall verbunden, wirkt das Ganze als ein Leiter, etwa Rinne und Fallrohr. Ein senkrechter Leiter, der unten leitend mit der Erde verbunden ist, wirkt ähnlich wie ein Viertelwellenstrahler über seinem Gegengewicht und kann schon bei rund λ/4 resonant sein (Modul 3, Lektion 1). Wie genau, hängt von der Erdverbindung und davon ab, was oben noch angeschlossen ist. Auf 20 m sind das gut 5 m, so hoch ist manches Fallrohr.