Speisung und Symmetrie

Symmetrisch trifft unsymmetrisch

Am Speisepunkt deines 20-m-Dipols endet das Koax. Was dort geschieht, entscheidet mit, ob nur der Draht strahlt oder auch das Kabel.

Ein Dipol ist symmetrisch: Zwei gleich lange Arme hängen am Speisepunkt und führen dort im Idealfall gleich große Ströme. Koax ist unsymmetrisch. Ein Arm hängt am Innenleiter, der andere am Schirm.

Im Kabel fließen auf dem Innenleiter und auf der Innenseite des Schirms gleich große Ströme in entgegengesetzter Richtung. Auf Kurzwelle fließt der Strom fast ganz in einer dünnen Schicht an der Oberfläche eines Leiters (Skineffekt, Modul 1, Lektion 4). Der Schirm ist einige dieser Skintiefen dick und trennt seine Innenseite von seiner Außenseite. Nach außen heben sich die Felder der beiden inneren Ströme auf. Beim idealen Koax strahlen sie deshalb nicht ab, ein realer Schirm dichtet nicht vollkommen, doch was entlang des Kabels abstrahlt, kommt bei einem Dipol vor allem vom Strom auf der Außenseite des Schirms.

Wo der Mantelstrom herkommt

Am Speisepunkt hat der Strom von der Innenseite des Schirms zwei Wege: in den Arm am Schirm oder über die Außenseite des Schirms zurück Richtung Funkgerät. Wie er sich aufteilt, hängt davon ab, welche Impedanz der Weg über die Außenseite im Vergleich zum Arm bietet. Sie ändert sich mit Länge und Führung des Kabels, mit seiner Umgebung und damit, wie es geerdet ist. Was außen fließt, heißt Mantelstrom oder Gleichtaktstrom. Dann führen die beiden Arme nicht mehr gleich viel Strom, und das Kabel wird ein Teil der Antenne.

Auch die Umgebung kann einen Aufbau unsymmetrisch machen, wenn ein Arm dichter an Boden, Baum oder Gebäude hängt als der andere.

Starker Mantelstrom macht sich bemerkbar: Das Kabel strahlt mit und verändert das Richtdiagramm, das SWR kann sich mit der Lage des Kabels ändern, HF kann bis an die Station kommen, und beim Empfang nimmt das Kabel Störungen aus dem Haus auf.

Was ein Strombalun tut

Ein 1:1-Strombalun, auch Mantelwellensperre genannt, ist eine Drossel für den Strom auf der Außenseite des Schirms und sitzt am Speisepunkt. Er setzt diesem Strom eine hohe Impedanz entgegen und lässt die Ströme im Inneren des Kabels durch, also das ganze Sendesignal. Über die Außenseite fließt dann weniger zurück, und die Ströme in beiden Armen gleichen sich am Speisepunkt besser an. Wie gut, hängt davon ab, wie hoch seine Sperrimpedanz auf der Betriebsfrequenz ist und wie der übrige Aufbau aussieht. Die Impedanz am Speisepunkt setzt er nicht um.

Ohne Balun hängt es von Aufbau und Kabellänge ab, ob und wie stark das Koax zu einem Teil der Antenne wird. Mantelstrom kann auch weiter unten auf dem Kabel entstehen, wenn das Feld der Antenne ihn dort induziert, etwa wenn es nah an einem Arm entlang läuft (Modul 1, Lektion 4). Dagegen hilft der Balun am Speisepunkt wenig, vor allem hilft die Führung des Kabels (Modul 4), bei langen Kabeln zusätzlich eine weitere Drossel weiter unten^[8].

Wo am Draht gespeist wird

Auf dem Halbwellendipol ist in der Mitte der Strom am größten und die Spannung am kleinsten (Modul 1, Lektion 1). Wirkanteil und Strahlungswiderstand beziehen sich auf den Strom am Speisepunkt. Wird derselbe Draht weiter außen gespeist, ist der Strom dort kleiner, und der Wirkanteil liegt im Allgemeinen höher.

Außerhalb der Mitte liegt der Speisepunkt nicht mehr am Spannungsminimum. Der Arm am Schirm hat dort eine höhere Spannung gegen die Umgebung, und diese Spannung regt auch die Außenseite des Schirms an. Je weiter außen gespeist wird, desto größer wird das Problem^[1]. Wie viel Strom dann tatsächlich auf dem Mantel fließt, hängt von der Impedanz dieses Wegs ab, also von Länge, Führung und Erdung des Kabels.