Wie funktioniert eine Endfed-Antenne?

Ein Draht, am Ende gespeist

Eine Endfed ist ein Draht, der an einem Ende gespeist wird statt in der Mitte. Ist er eine halbe Wellenlänge lang, heißt sie EFHW, nach dem englischen end-fed half-wave. Auf 20 m sind das rund 10 m Draht, so viel wie ein Halbwellendipol.

Auf dem Draht liegt dieselbe stehende Welle wie auf dem Dipol, mit dem größten Strom in der Mitte und der höchsten Spannung an den Enden (Modul 1, Lektion 1). Im freien Raum strahlt ein idealer Halbwellendraht mit demselben Diagramm, ob er in der Mitte, außerhalb der Mitte oder am Ende gespeist wird^[7].

Die EFHW wird dort gespeist, wo der Dipol sein Ende hat: nahe am Stromknoten, der Stelle mit dem kleinsten Strom, und im Spannungsbauch, der Stelle mit der größten Spannung.

Warum das Ende hochohmig ist

Je weiter der Speisepunkt von der Mitte wegrückt, desto weniger Strom fließt dort bei mehr Spannung, und desto höher ist der Wirkanteil (Modul 2, Lektion 3). Am Ende ist das am stärksten ausgeprägt. Statt rund 70 Ω in der Mitte sind es dort einige Kiloohm, in der Praxis je nach Aufbau etwa 1,8 bis 5 kΩ^[3].

Durch den Speisepunkt geht bei gleicher Sendeleistung dieselbe Leistung, gleich wo er sitzt, und ohne Verluste strahlt der Draht sie ab. Wegen $P = I^2 R$ kommt sie bei großem $R$ mit kleinem Strom aus. Am Ende trägt ein kleiner Strom bei hoher Spannung dieselbe Leistung, die in der Mitte ein großer Strom bei kleiner Spannung trägt.

Eine 12db-Simulation mit NEC-2 nach einem Beispiel aus der Literatur^[2] zeigt das in Zahlen: ein Draht für das 40-m-Band, rund 20 m lang, 6,1 m senkrecht und 14,2 m waagerecht gespannt, über mittlerem Boden am Ende mit einem 1,5 m kurzen Gegengewicht gespeist. In der Resonanz bei 7,02 MHz fließen bei 100 W am Speisepunkt rund 0,2 A bei gut 500 V, das sind rund 2,6 kΩ. Weiter draußen auf dem Draht sind es bis zu 1,3 A. Nach $P = I^2 R$ braucht ein Dipol mit 70 Ω für 100 W in der Mitte rund 1,2 A.

Klein, aber nicht null

Im Bild der stehenden Welle ist der Strom am Drahtende null. Zu einer endlichen Impedanz gehört aber bei jeder Spannung ein Strom, $I = U/Z$. Wäre die Impedanz am Speisepunkt unendlich groß, ließe sich keine Leistung einspeisen^[2]. Aus demselben Grund ist der Wirkanteil eines Drahts von einer ganzen Wellenlänge in der Mitte sehr hoch, aber endlich (Modul 2, Lektion 5). Am Speisepunkt treibt die hohe Spannung einen kleinen Strom, und erst beide zusammen bringen die Leistung in den Draht.

Wie hoch die Impedanz am Ende ist, hängt vom Aufbau ab^[2]:

• Dünner Draht hat am Ende eine höhere Impedanz als ein dickes Rohr.
• Verluste in der Umgebung senken sie, etwa bei einem niedrig hängenden Draht über verlustreichem Boden.
• Über ideal leitendem Boden war sie in der 12db-Simulation rund 1,7-mal so hoch wie über mittlerem Boden.

Wohin der kleine Strom am Speisepunkt zurückfließt, zeigt Lektion 2.

Hochohmig, aber abgestimmt

Resonant ist der Draht, wenn der Blindanteil am Speisepunkt null ist (Modul 1, Lektion 3). Die Höhe des Wirkanteils hängt vom Speiseort ab.

In der 12db-Simulation von eben ist der Blindanteil auf 7,02 MHz null, bei rund 2,6 kΩ Wirkanteil. Bei 7,37 MHz, 5 % darüber, ist der Wirkanteil ähnlich hoch, der Blindanteil aber rund 3,5 kΩ. Ein Frequenzfehler von 5 % wirkt ähnlich wie ein Längenfehler von 5 %^[2]. Eine Verstimmung zeigt sich am Ende als großer Blindanteil, nicht als hoher Wirkanteil. Ein kleiner Blindanteil auf einer Frequenz belegt die Abstimmung noch nicht, das tun erst Frequenzverlauf und Messbedingungen.

Der Übertrager

Ein Funkgerät erwartet 50 Ω. Direkt an 2,5 kΩ hätte das Koax ein SWR von 50. Dazwischen sitzt deshalb ein Übertrager: Windungen auf einem Ringkern, oft eine durchgehende Wicklung mit einer Anzapfung, einem Abgriff wenige Windungen vom Anfang der Wicklung^[5]. Fachlich ist er ein Unun, oft wird er fälschlich Balun genannt^[7].

Beim idealen Übertrager steigt die Spannung im Windungsverhältnis, der Strom sinkt im selben Maß, und die Impedanz ändert sich mit dem Quadrat des Windungsverhältnisses:

$$Z_\text{Draht} = \left(\frac{N_\text{Draht}}{N_\text{Koax}}\right)^2 Z_\text{Koax}$$

Das Windungsverhältnis ist die Wurzel aus dem Impedanzverhältnis. Ein 49:1-Übertrager hat auf der Drahtseite 7-mal so viele Windungen wie auf der Koaxseite und macht aus 50 Ω 2450 Ω. Gebräuchlich ist auch 36:1 mit einem Windungsverhältnis von 6^[1], er passt zu 1,8 kΩ^[3].

Weil die Impedanz am Ende vom Aufbau abhängt, zeigt auch ein idealer 49:1-Übertrager auf der Koaxseite nicht bei jedem Aufbau 50 Ω. In der 12db-Rechnung werden aus 1,8 kΩ rund 37 Ω, ein SWR von 1,4, aus 5 kΩ rund 102 Ω, ein SWR von 2.

Anpassen ist nicht abstimmen

Der ideale Übertrager setzt die ganze Impedanz des Drahts um, den Blindanteil eingeschlossen^[4]. Ist der Draht zu lang oder zu kurz, kommt sein Blindanteil auf der Koaxseite an, 49-mal kleiner, aber nicht beseitigt. Eine andere Windungszahl ändert beim idealen Übertrager den gemeinsamen Faktor für Wirk- und Blindanteil, die Frequenz mit Blindanteil null legen Draht und Aufbau fest. Das Windungsverhältnis bestimmt, auf welchen Wert umgesetzt wird, die Drahtlänge, wo die Resonanz liegt.

Ein gebauter Übertrager ist nicht ideal, schon beim Test mit einem Widerstand zeigt er meist etwas Reflexion^[6]. Seine Verluste zeigt Lektion 4.

Empfohlen wird, erst verschiedene Arten des Aufbaus zu probieren und dann den Draht in kleinen Schritten zu kürzen, bis das SWR auf den Bändern niedrig ist^[6]. Weil Kürzen leichter ist als Verlängern, wird der Draht üblicherweise anfangs etwas länger zugeschnitten (eigene Ergänzung).