Antennenhöhe und Standort

Wo flache Strahlung den Boden trifft

Kaum ein Grundstück ist ganz eben. Wie weit das Gelände vor deinem 20-m-Dipol mitwirkt, folgt aus dem Winkel, unter dem deine Signale starten.

Ein Teil der Strahlung eines waagerechten Dipols geht direkt zur Gegenstation, ein anderer trifft zuerst den Boden und wird dort reflektiert. Unter jedem Erhebungswinkel überlagern sich direkte und reflektierte Welle, daraus entstehen die Keulen des Diagramms. Wie das mit dem Spiegelbild und der Höhe in Wellenlängen zusammenhängt, zeigen Modul 1, Lektion 4 und Lektion 5.

Über ideal leitendem Boden ist das Spiegelbild des waagerechten Dipols gegenphasig. Auch echter Boden reflektiert die waagerecht polarisierte Welle unter sehr flachen Winkeln fast mit voller Stärke und umgekehrter Phase, und je flacher der Winkel, desto kürzer ist der Umweg der reflektierten Welle. Direkte und reflektierte Welle heben sich deshalb unter sehr flachen Winkeln fast auf. Was sich nicht aufhebt, hängt von Höhe und Gelände ab, gerade unter flachen Winkeln entscheidet der Boden also mit.

Hier geht es darum, wo die Reflexion stattfindet. Für den Erhebungswinkel $\theta$ liegt der Reflexionspunkt über ebenem Boden nach der Geometrie im Bild im Abstand

$$d = \frac{h}{\tan\theta}$$

vom Mastfuß, mit der Höhe $h$ der Antenne.

Für einen Dipol in 10 m Höhe sind das unter 30° rund 17 m, unter 10° rund 57 m und unter 5° rund 114 m. An diesem Punkt sind Einfalls- und Ausfallswinkel gleich, an der Reflexion wirkt aber viel mehr Boden mit. Sie entsteht vor allem in der ersten Fresnelzone, einer lang gestreckten Fläche, die weit über den Punkt hinausreicht^[1]. Bei einer niedrigen Kurzwellenantenne ist sie sehr lang, für 10 m Höhe auf 14,2 MHz reicht sie unter 30° vom Mast bis rund 110 m, unter 10° bis rund 800 m und unter 5° bis rund 3 km (12db-Rechnung). Für die flachen Winkel, die bei Verbindungen über große Entfernung meist günstig sind (Modul 1, Lektion 5), zählt also das Gelände bis einige hundert Meter in Richtung der Gegenstation, unter sehr flachen Winkeln bis mehrere Kilometer. Das eigene Grundstück ist davon meist ein kleiner Teil.

Wenn das Gelände abfällt oder ansteigt

Steht die Antenne auf einer Anhöhe, liegt das Gelände davor tiefer als ihr Mastfuß, und über diesem Gelände hängt sie höher, als ihr Mast ist. In einem Vergleich zweier Stationen, den die Anleitung des Geländeprogramms HFTA mit Geländeprofilen vorrechnet, hing eine 20-m-Yagi in rund 24 m Höhe auf einer knapp 7 m höher gelegenen Anhöhe, die Vergleichsantenne in rund 21 m. Zusammen mit dem höheren Mast wirkte die erste damit rund 10 m höher und war bei flachen Winkeln im Vorteil^[2].

An einem gleichmäßigen Hang zeigt das Spiegelbild, was geschieht. Es liegt senkrecht zur Hangfläche gespiegelt, nicht senkrecht unter der Antenne. Läge die Antenne parallel zur Hangfläche, wäre das Diagramm über einem gleichmäßigen, ideal leitenden Hang einfach um den Neigungswinkel gekippt. Eine waagerecht montierte Antenne steht zur Hangfläche aber schräg, bei steilen Hängen weicht das Diagramm davon ab, genau rechnet man mit dem Geländeprofil^[2].

Talwärts wird die Abstrahlung dadurch flacher^[1]. Hangaufwärts ist es umgekehrt, die unterste Keule steht steiler, und in einiger Entfernung liegt der Boden höher als die Antenne. Wer in einer Senke wohnt, hat es mit flacher Abstrahlung entsprechend schwer.

Höher ist am Hang nicht automatisch besser: Für einen Standort an einem steilen Hang zeigt eine Geländerechnung des HFTA-Autors, dass eine 20-m-Antenne in rund 21 m Höhe eine tiefe Nullstelle bei 9° hat, dem für diese Verbindung häufigsten Winkel, während sie in rund 11 m Höhe flache und steilere Winkel gut abdeckt^[3].

Unter flachen Winkeln ändern Leitfähigkeit und Dielektrizitätszahl des Bodens das Diagramm einer waagerecht polarisierten Antenne wenig^[2]. Echtes Gelände ist aber nicht gleichmäßig und endet irgendwo, an Kanten und Kuppen wird die Welle zusätzlich gebeugt. Programme wie HFTA rechnen deshalb Reflexion und Beugung entlang eines Geländeprofils, für jede Richtung einzeln^[2]. Für einen ersten Blick reicht eine topografische Karte mit dem Gelände bis etwa einen Kilometer in deinen Hauptrichtungen.