Speiseleitung führen und Mantelwellensperre setzen

Zwei Wege auf den Kabelmantel

Vom Speisepunkt deines 20-m-Dipols läuft das Koax zum Haus. Auf diesem Weg kann auf der Außenseite seines Schirms Strom fließen, beim Senden wie beim Empfang. Wie viel, hängt mit davon ab, wie du das Kabel führst und wo die Mantelwellensperre sitzt.

In Modul 2, Lektion 3 entstand der Mantelstrom am Speisepunkt, dort, wo der symmetrische Dipol auf das unsymmetrische Koax trifft. Es gibt einen zweiten Weg. Das Koax ist ein langer Leiter in der Nähe der Antenne, und ihr Feld induziert darauf Strom wie in jedem anderen Leiter (Modul 1, Lektion 4). Die Unsymmetrie am Speisepunkt und der vom Feld der Antenne induzierte Strom gelten als die beiden häufigsten Ursachen für Mantelstrom^[1].

Auch der induzierte Strom fließt auf der Außenseite des Schirms. Der Skineffekt hält Außen- und Innenseite des Schirms auf Kurzwelle weitgehend getrennt (Modul 2, Lektion 3), das Feld der Antenne greift deshalb an der Außenseite an, nicht direkt am Signal im Kabel. Beim Senden zeigen sich die Folgen vor allem außen: Das Kabel strahlt mit, das Diagramm kann sich verändern, und auch die Ströme in den beiden Armen können ungleich werden.

Beim Empfang nimmt dasselbe Kabel Störungen aus der Umgebung auf, etwa aus dem Haus. Sie erreichen den Empfänger auf zwei Wegen. Der Strom auf dem Kabel koppelt am Speisepunkt ungleich an die beiden Arme^[2], und ein Teil kommt direkt im Inneren des Kabels an: Der Strom auf der Außenseite erzeugt dort über die Transferimpedanz des Schirms eine Spannung, bei lockerem Geflecht eine größere^[3].

Warum das Kabel rechtwinklig weggeht

Die beiden Arme eines Dipols liegen spiegelbildlich zu einer Ebene, die quer durch seine Mitte geht. Ihre Ströme fließen in jedem Augenblick in dieselbe Richtung entlang des Drahts. Auf dieser Ebene heben sich deshalb alle Anteile des elektrischen Felds auf, die nicht parallel zum Draht stehen. Ein Kabel, das in dieser Mittelebene verläuft, liegt überall quer zum Feld, und längs des Kabels treibt das Feld keinen Strom. Das gilt für ein Kabel, das senkrecht nach unten hängt, genauso wie für eines, das waagerecht quer zum Draht wegführt.

Die Überlegung setzt eine Umgebung voraus, die auf beiden Seiten gleich ist. Wirklich symmetrisch wäre ein Dipol erst, wenn unter anderem das Kabel auf dem ganzen Weg bis zum Funkgerät rechtwinklig zum Draht verliefe^[2]. Irgendwo knickt es ab. Je weiter das vom Draht entfernt geschieht, desto schwächer koppelt es.

Läuft das Kabel dagegen unter oder neben einem Arm entlang, fehlt das Gegenstück auf der anderen Seite. Der nahe Arm koppelt stark mit dem Kabel, der ferne schwach. Eine 12db-Simulation zeigt das an einem 20-m-Dipol in 8 m Höhe, dessen Koax 0,3 m unter dem linken Arm zum Mast an dessen Ende läuft und dort herab. Verglichen mit einem gleich langen Kabel, das senkrecht herabhängt und am Boden zum Mast läuft, liegt der Gewinn rund 0,9 dB niedriger, und der Strom auf dem Kabel erreicht bis zum Mastfuß rund die Hälfte des Speisestroms statt rund ein Zehntel. Eine ältere Modellreihe an einem 10-m-Dipol mit schräg unter einem Arm geführtem Kabel zeigt dieselbe Richtung^[1]. Das sind einzelne Beispiele, sie zeigen die Richtung, nicht die Größe in jedem Aufbau.

Ein Strombalun am Speisepunkt drosselt den Strom, der am Übergang auf die Außenseite des Schirms will. Das Feld des Arms treibt seinen Strom erst auf dem Kabel unterhalb des Baluns an, deshalb fließt dort auch mit Drossel am Speisepunkt Strom auf dem Schirm^[3]. In der 12db-Simulation erreicht er mit einer Sperre von 5 kΩ am Speisepunkt unter dem Arm noch rund 30 Prozent des Speisestroms, beim senkrechten Kabel rund 3 Prozent.

Wo die Mantelwellensperre sitzt

Den Strom vom Übergang hält die Mantelwellensperre am besten direkt am Speisepunkt auf, empfohlen wird ein Platz so nah daran wie möglich^[2]. Dort trennt sie die Außenseite des Kabels von der Antenne, bevor der Strom sich darauf ausbreiten kann.

Weiter unten ist ihre Wirkung schwer vorherzusagen. Der Mantelstrom fließt nicht zu einem Ende des Kabels ab und sammelt sich dort. Er verteilt sich mit Maxima und Minima über das Kabel, je nach dessen Länge und Abschluss. Auch eine Erdung am unteren Ende leitet ihn nicht einfach ab, in der 12db-Simulation unten trägt das am Funkgerät geerdete Kabel ohne Sperre direkt unter dem Speisepunkt rund 13 Prozent des Speisestroms. Wie viel eine Sperre an einer bestimmten Stelle ausrichtet, hängt von den Impedanzen auf beiden Seiten der Sperre ab^[4].

In der 12db-Simulation zur Grafik hängt ein 20-m-Dipol 9 m über mittlerem Boden, das Koax läuft 30 m senkrecht herab und am Boden zum geerdeten Funkgerät, die Sperre ist ein Widerstand von 5 kΩ. Ohne Sperre trägt das Kabel direkt unter dem Speisepunkt rund 13 Prozent des Speisestroms. Mit der Sperre am Speisepunkt ist es unter 1 Prozent. Eine Viertelwelle tiefer macht die Sperre es an dieser Stelle schlimmer, rund 47 Prozent, eine halbe Wellenlänge tiefer bleiben rund 4 Prozent, eine ganze Wellenlänge tiefer rund 11 Prozent. Liegt das Kabel am Boden etwas höher, ändern sich diese Prozentwerte, die Reihenfolge der Plätze bleibt. Gewinn und Impedanz kommen mit der Sperre am Speisepunkt den Werten ohne Kabel am nächsten. Die Werte der Grafik gelten für das oberste Kabelstück, zwischen dem Speisepunkt und einer tieferen Sperre fließt auf dem ganzen Stück Strom. Unterhalb der Sperre liegt er in der Simulation bei höchstens rund 8 Prozent. Eine ältere Modellreihe für gerade geführte Kabel ergibt ebenfalls den Speisepunkt als besten Platz, um den Mantelstrom auf dem ganzen Kabel klein zu halten^[1]. Dazu kommt, dass du selten genau weißt, wo an deinem Kabel eine halbe Wellenlänge liegt.

Eine zweite Sperre weiter unten, etwa am Hauseintritt, ergänzt die erste. Sie hilft gegen Strom, den das Feld der Antenne erst unterwegs auf dem Kabel induziert, und hält ihn von der Station fern^[1]. Die Kopplung darüber beseitigt sie nicht, das Kabelstück zwischen Speisepunkt und zweiter Sperre kann weiter mitstrahlen. Empfohlen wird sie vor allem bei langen Kabeln über eine halbe Wellenlänge^[5].

Die Sperre am Speisepunkt hängt mit am Draht, bei einer Drahtantenne zählt ihr Gewicht^[3]. Wie du Mittelisolator und Kabel entlastest, zeigt Lektion 3.