Bäume, Masten und Abspannungen

Bäume bewegen sich

Bäume sind hohe, schlecht leitende Stützen, die du anders als einen Mast nicht erst aufstellen musst. Ihr Nachteil zeigt sich bei Wind: Die Kronen schwanken, und zwei Bäume neigen sich dabei selten gleich weit in dieselbe Richtung. Ist der Draht an beiden Enden fest angebunden, muss er jedes Auseinanderneigen der Kronen als zusätzlichen Zug aufnehmen. Irgendwann reißt dann der Draht, das Seil oder der Ast.

Den Ausgleich übernimmt ein Gewicht. Das Seil vom Drahtende läuft über eine Umlenkrolle im Baum nach unten und trägt dort ein Gewicht, statt festgebunden zu sein^[3]. Neigt sich ein Baum, zieht das Seil das Gewicht ein Stück hoch oder lässt es sinken. Die Zugkraft im Draht bleibt dabei etwa so groß wie die Gewichtskraft: 3 kg halten den Draht mit rund $3 \cdot 9{,}81 \approx 30$ N gespannt, gleich wie weit der Baum gerade steht. Reibung in der Rolle und das Nachschwingen des Gewichts bei einer Böe kommen hinzu. Ein Gewicht an einem Ende genügt, denn es gleicht die Änderung des ganzen Abstands zwischen den Stützen aus. Eine Feder statt des Gewichts gleicht ebenfalls aus^[3], ihre Kraft wächst aber, je weiter sie gedehnt wird.

Wie schwer es sein darf, legen Draht, Seil und Ast fest. Ein schweres Gewicht spannt straff, belastet aber alles stärker. Schon an der Rolle greift mehr an als die Gewichtskraft: Läuft das Seil zur Antenne fast waagerecht und das zum Gewicht senkrecht, addieren sich zwei gleich große Kräfte im rechten Winkel zum rund 1,4-Fachen. Damit das Gewicht ausgleichen kann, muss es frei hängen, mit Luft nach oben und unten.

Die Rolle hängt am besten an einem eigenen Halteseil, das über den Ast gezogen und unten am Stamm festgebunden ist. Bei Wind läuft dann nur das Antennenseil durch die Rolle, das Halteseil bleibt ruhig im Ast liegen und scheuert kaum^[3]. Am Ast selbst ziehen beide Stränge des Halteseils, er trägt deshalb meist noch mehr als die Rolle. Läuft ein Seil dagegen direkt über den Ast, gräbt es sich mit den Jahren ins Holz, oder der Baum wächst darum herum, und die Antenne lässt sich nicht mehr herablassen^[2].

Isolatoren, Seile und Draht

An den Drahtenden liegt die höchste Spannung (Modul 1, Lektion 1), deshalb gehört dort ein Isolator zwischen Draht und Seil. Beim Eierisolator greifen Draht und Seil ineinander: Bricht der Isolator, bleiben sie verschlungen, und die Antenne fällt nicht herunter^[1]. Ohne Isolator berührt das Drahtende das Seil, und ein nasses Seil kann die Antenne verstimmen^[7].

Für das Seil empfohlen wird Polyester (Dacron), die Stärke richtet sich nach dem Aufbau: für das Antennenseil eines kurzen Dipols rund 2,4 mm, eines langen rund 4,8 mm, für das Halteseil der Rolle rund 8 mm^[3]. Für den Draht eignet sich hartgezogener Kupferdraht. Weicher Kupferdraht dehnt sich unter Zug und kann mit der Zeit einige Prozent länger werden^[1], die Resonanz wandert dann nach unten.

In der Mitte nimmt ein Mittelisolator den Zug der beiden Drahthälften auf, nicht die Anschlüsse am Koax. Das Koax selbst ist schwer. Eine Zugentlastung hält sein Gewicht von der Mitte der Antenne fern^[1].

Nasses Holz am Draht

Holz ist ein Dielektrikum, und Wasser verändert es stark. Bei 1 MHz liegt die Dielektrizitätszahl von trockenem Holz bei etwa 3, von nassem bei bis zu etwa 100, und nasses Holz wandelt im elektrischen Wechselfeld viel mehr Energie in Wärme um als Kunststoff^[4]. Gemessen sind beide Werte an Holz, nicht an Zweigen mit Laub oder Nadeln, und sie hängen von der Frequenz ab. Für 14 MHz zeigen sie deshalb nur die Richtung.

Ein guter Leiter wird Holz durch Wasser trotzdem nicht. Selbst ganz durchnässt leitet es Gleichstrom mit weniger als 0,1 S/m^[4], Kupfer mit rund 58 Millionen S/m, und auch bei HF leiten Bäume weit schlechter als Metall^[8]. Ein nasser Zweig, der den Draht berührt, übernimmt deshalb keinen nennenswerten Teil des Drahtstroms, wie es ein daneben liegender zweiter Leiter täte. Ein Strom in das Holz fließt trotzdem, und der wird dort zu Wärme, wie die nächsten Absätze zeigen.

Wie ein Dielektrikum am Draht wirkt, kennst du von der Isolierung (Modul 2, Lektion 1): Der Draht wirkt elektrisch länger, die Resonanz sinkt, und zwar umso mehr, je höher die Dielektrizitätszahl ist^[6]. Nasses Holz dicht am Draht wirkt ähnlich, ist aber anders als die Isolierung stark verlustbehaftet. Ein Teil der Leistung wird im Holz zu Wärme. Das zählt zum Verlustwiderstand $R_V$ (Modul 1, Lektion 4), der Wirkanteil am Speisepunkt steigt in der Regel, der Wirkungsgrad sinkt.

Wo das nasse Holz sitzt, macht den Unterschied. Was vom Draht in das nasse Holz übergeht, hängt vor allem von der Spannung zwischen Draht und Umgebung ab^[5]. Der große Strom nahe der Mitte ändert daran wenig, weil Holz so schlecht leitet. Diese Spannung ist an den offenen Enden am höchsten und zur Mitte hin klein (Modul 1, Lektion 1). Dasselbe nasse Holz verstimmt und kostet deshalb in der Regel umso mehr, je näher am Drahtende es den Draht berührt. Wie stark der Effekt insgesamt ist, hängt davon ab, wie dicht, wie viel und wie nass das Holz ist. Auf Kurzwelle wirken Bäume oft nur mäßig, außer die Antenne steckt regelrecht in dichtem Laub^[8].

Auch Regen auf dem Draht selbst verschiebt die Resonanz etwas nach unten, bei den meisten Antennen aber nicht stark^[7]. Ändert sich das SWR bei jedem Regen deutlich, kann die Antenne zu dicht an Zweigen und Laub hängen^[8].

Hinter einer solchen Änderung kann auch Wasser im Koax oder in einem Balun stecken^[7]. Prüfe das zuerst, die Fehlersuche dazu zeigt Modul 9.

Masten und Abspannungen

Ein Teleskopmast aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) leitet praktisch nicht und führt deshalb keinen nennenswerten HF-Strom wie ein Mast aus Metall. Ist er abgespannt, nehmen die Abspannseile den größten Teil der seitlichen Kräfte auf, der Fuß trägt das Gewicht und dazu den Zug der Abspannseile nach unten. Hängt die Dipolmitte am Mast, gilt für sie dasselbe wie im Baum: Mittelisolator und Zugentlastung. Abspannseile aus Kunststoff leiten praktisch ebenso wenig.

Wie solche Leiter wirken und warum Isolatoren sie in nicht resonante Stücke teilen, zeigt Modul 3, Lektion 4.