Mantelstrom mit der Stromzange messen

Den Mantelstrom messen

Beim Senden kann HF-Strom auch außen auf dem Schirm des Koax fließen, dann wird das Kabel deines Dipols zum Teil der Antenne. Ob dieser Strom fließt und ob eine Mantelwellensperre ihn verringert, klärst du mit einer eigenen Messung am Mantel.

Wie Strom auf die Außenseite des Schirms kommt, zeigen Modul 2, Lektion 3 und Modul 4, Lektion 5. Messen kannst du ihn mit einer HF-Stromzange, einem aufklappbaren Ferritkern mit einigen Windungen Draht, um das Koax geklappt. Kern und Windungen wirken als Stromwandler, ein Gleichrichter und ein Messinstrument zeigen den Strom an^[1]. Innenleiter und Schirm laufen zusammen durch den Kern, die gleich großen, entgegengesetzten Ströme im Inneren heben sich dabei auf (Modul 2, Lektion 3). Die Zange zeigt deshalb den Mantelstrom, für einen Vergleich auch ohne genaue Eichung.

Auf dem Mantel kann sich wie auf einem Draht eine stehende Welle mit Maxima und Minima bilden. Untersucht hat das ein Fachbeitrag mit NEC-Modellen eines Dipols mit Koax^[2].

In einer eigenen 12db-Simulation mit NEC-2 hängt unter einem 20-m-Dipol ohne Balun das Kabel eine Wellenlänge lang senkrecht bis zum ideal leitenden Boden. Der Mantelstrom hat zwei deutliche Maxima, am Speisepunkt und 10,6 m tiefer, eine halbe Wellenlänge, dazwischen ein Minimum mit rund 6 % davon. In einem zweiten Fall endet das Kabel offen über mittlerem Boden, die Maxima liegen dort mit 10,7 m ebenfalls ungefähr eine halbe Wellenlänge auseinander. An einer einzelnen Stelle kann die Zange in einem Minimum sitzen und fast nichts zeigen, obwohl das Kabel daneben viel Strom führt.

Empfohlen wird deshalb, die Zange beim Senden über eine halbe Wellenlänge des Kabels zu schieben, auf dieser Strecke zeigt der Strom ein Maximum und ein Minimum^[1].

Wie schnell die Welle auf der Außenseite läuft, steht nicht im Datenblatt, der Verkürzungsfaktor (Lektion 3) gilt für das Innere. Die Kunststoffhülle bremst sie etwas, wie die Isolierung einen Draht (Modul 2, Lektion 1). Auf einem gleichmäßig geführten Kabel können die Maxima einer ausgeprägten stehenden Mantelstromwelle deshalb ungefähr eine halbe Wellenlänge im Freiraum auseinanderliegen, auf 14,2 MHz rund 10,6 m. Eine Messung über etwas mehr als eine halbe Wellenlänge, auf 14,2 MHz mindestens 11 m, erfasst bei einer solchen Stromverteilung mindestens ein Maximum, unabhängig davon, wo es liegt.

In einer echten Anlage hängen Lage und Abstand der Maxima aber von Kabelführung, Erdverbindungen und der Kopplung mit dem Feld der Antenne ab^[2]. Die Verteilung ist dort nicht immer eine regelmäßige stehende Welle und kann weitere Maxima haben. Ein kleiner Wert an einer Stelle oder auf einem Teilstück heißt deshalb nicht, dass auf dem ganzen Kabel kein Mantelstrom fließt, und es lohnt sich, auch die übrige Kabellänge abzutasten.

Die Wirkung der Sperre prüfen

Ob eine Sperre wirkt, zeigt der Vergleich ohne und mit ihr^[1]:

1. Frequenz, Leistung, Zange und Lage des Kabels bleiben bei allen Messungen gleich.
2. Ohne Sperre schiebst du die Zange in kleinen Schritten über mindestens eine halbe Wellenlänge und notierst den größten Wert.
3. Du baust die Sperre ein und fährst dieselbe Strecke noch einmal ab.
4. Du vergleichst die beiden größten Werte.

Die Sperre liegt in Reihe im Weg des Mantelstroms, und durch ein Bauteil in Reihe fließt auf beiden Seiten derselbe Strom. Direkt vor und direkt hinter der Sperre zeigt die Zange deshalb fast dasselbe, ein Vergleich dort sagt über ihre Wirkung nichts.

Hat sie bei der Betriebsfrequenz eine ausreichend hohe Impedanz^[1], verringert eine Sperre am Speisepunkt den Strom, der dort auf den Schirm fließt, und damit dessen stehende Welle auf dem Kabel darunter. In den beiden gezeigten Fällen der 12db-Simulation, mit der Sperre als Widerstand von 1 kΩ, hielt sie direkt am Speisepunkt den Strom auf dem ganzen Kabel am kleinsten, eine Viertelwelle tiefer eingebaut änderte sie am größten Wert fast nichts. Strom, den das Feld der Antenne weiter unten auf dem Kabel induziert, hält sie nicht auf. Überwiegt dieser Kopplungsweg, zeigt auch eine gute Sperre am Speisepunkt im Vergleich wenig Wirkung.