Richtwirkung und Ausrichtung

Wohin ein Dipol strahlt

Beim Aufhängen deines 20-m-Dipols legst du auch fest, in welche Richtung der Draht zeigt. Welche Gegenstationen davon profitieren, hängt am Richtdiagramm.

Das Fernfeld eines Dipols folgt aus seiner Stromverteilung (Modul 1, Lektion 1). Am stärksten strahlt er quer zum Draht, längs der Drahtachse ist sein Feld null. Im freien Raum, von oben gesehen, ergibt das die bekannte Achtform. In der Ebene des Drahts beträgt ihre Halbwertsbreite, der Winkel zwischen den beiden Richtungen mit halber Leistung, beim Halbwellendipol 78°^[2].

Ein waagerechter Dipol strahlt aber auch schräg nach oben. Eine Welle, die unter einem Erhebungswinkel in Richtung eines Drahtendes losläuft, schließt mit dem Draht einen umso größeren Winkel ein, je steiler sie startet. Senkrecht nach oben steht die Abstrahlrichtung quer zum Draht, gleich in welche Himmelsrichtung er zeigt. Je steiler der Winkel, desto breiter wird die Acht und desto runder ist das Diagramm von oben gesehen.

Was der Boden daran ändert

Über ideal leitendem Boden wirkt der Dipol mit seinem Spiegelbild zusammen (Modul 1, Lektion 4). Das Spiegelbild liegt parallel unter ihm, sein Strom fließt gegenphasig. Wie sich beide Felder addieren, hängt in diesem Modell vom Erhebungswinkel und von der Höhe ab, nicht von der Himmelsrichtung.

Das kennst du von zwei Stellen im Wasser, die im selben Takt Wellen erzeugen: Wo Berg auf Berg trifft, verstärken sich die Wellen, wo Berg auf Tal trifft, heben sie sich auf^[7], je nach Wegunterschied. Beim Dipol kommt zum Wegunterschied der gegenphasige Strom des Spiegelbilds hinzu. Die Höhe entscheidet also, welche Erhebungswinkel viel Energie bekommen (Modul 1, Lektion 5). Über ideal leitendem Boden hat das Diagramm von oben bei jedem festen Erhebungswinkel dieselbe Form wie im freien Raum, insgesamt stärker oder schwächer.

Hängt ein Dipol niedrig, geht der größte Teil seiner Strahlung steil nach oben. Realer Boden spiegelt nicht ideal, die Form weicht deshalb ab. Eine 12db-Simulation für 20 m über ebenem Boden mittlerer Leitfähigkeit ergibt bei 20° Erhebung: Bei einer Höhe von λ/8 ist das Diagramm ein breites Oval, in Drahtrichtung gut 6 dB schwächer als quer dazu. Bei einer halben Wellenlänge Höhe sind es bei demselben Winkel rund 14 dB, also mehr als im freien Raum mit rund 11 dB. Einbrüche von 30 dB in Drahtrichtung zeigt dieselbe Simulation erst ab etwa zwei Wellenlängen Höhe, unter dem flachen Winkel der untersten Keule. Veröffentlichte Modellrechnungen zeigen denselben Verlauf^[4].

Vertikaldiagramm-Rechner

Der Rechner zeigt das Vertikaldiagramm eines waagerechten Halbwellendipols quer zum Draht. Er rechnet mit Dipol und Spiegelbild über ebenem, gleichförmigem Boden mit der Reflexion nach Fresnel, ohne Bodenwelle, Gelände und zusätzliche Verluste im Boden unter dem Dipol.

Gestrichelt steht zum Vergleich ideal leitender Boden. Ein realer Standort weicht davon ab.

Ausrichten lohnt bei flachen Winkeln

Wie steil eine Welle zur Gegenstation läuft, hängt von der Entfernung ab und davon, wie hoch die Schicht der Ionosphäre liegt, an der sie zurückkommt. Die F-Schicht liegt typisch in einigen hundert Kilometern Höhe. Je näher die Gegenstation, desto steiler der Weg. Für Verbindungen über große Entfernung sind flache Winkel meist günstig (Modul 1, Lektion 5). Für flache Wege lohnt das Ausrichten.

Mit zunehmender Höhe rückt die unterste Keule eines waagerechten Dipols meist zu flacheren Winkeln, bei großen Höhen kommen weitere Keulen und Nullstellen dazu (Modul 8, Lektion 1). Wie viel das bringt, hängt deshalb auch vom Winkel ab, unter dem das Signal zur Gegenstation startet.

Die Ionosphäre ist dabei keine feste Decke, an der die Welle abprallt. Dringt die Welle in eine Zone mit zunehmender Dichte freier Elektronen ein, wird sie nach und nach gebrochen und kann je nach Frequenz und Winkel so weit nach unten zurückgebogen werden, dass sie zur Erde zurückläuft^[5]. Ähnlich biegt sich über einer sonnenheißen Straße flach einfallendes Licht in der dünnen, heißen Luft am Boden allmählich wieder nach oben und täuscht eine Wasserfläche vor^[8], dort sorgt dafür aber warme Luft, nicht freie Elektronen.

Die Welle behält dabei in der Regel ihre Startrichtung und läuft auf dem Großkreis, dem kürzesten Weg. Über den langen Weg oder bei ungewöhnlicher Ausbreitung kann ein Signal auch aus einer anderen Richtung kommen. Welche Startrichtung zu einer Gegenstation führt, zeigt eine Großkreiskarte um deinen Standort, nicht die gewohnte Landkarte. Wer den Draht quer dazu spannt, bekommt dort die Hauptstrahlung, in Richtung der Drahtenden kommen Signale schwächer an. Die hohe Spannung an den Drahtenden ändert daran nichts. Das Fernfeld entsteht aus dem Strom auf dem ganzen Draht, und jedes Stück Draht mit Strom strahlt quer zu sich am stärksten und in seine eigene Richtung gar nicht. Entlang der Drahtachse ist das Feld deshalb null.