Messergebnisse richtig bewerten

Was ein Rapport misst

Rapporte bei FT8 und WSPR liefern schnell viele Zahlen. In jeden geht aber die ganze Strecke zur Gegenstation ein, nicht nur deine Antenne. Was lässt sich daraus über die eigene Anlage ablesen, und was misst du besser direkt?

Bei FT8 und WSPR ist der Rapport der Rauschabstand, den die Software der Gegenstation für dein Signal bestimmt, in dB und bezogen auf eine Rauschbandbreite von 2500 Hz, obwohl ein FT8-Signal nur 50 Hz breit ist^[1]. Dieser feste Bezug steckt in jedem Rapport gleich und fällt heraus, sobald du zwei Rapporte vergleichst.

In den Rapport geht die ganze Strecke ein:

• was deine Anlage in Richtung der Gegenstation und unter dem passenden Erhebungswinkel abstrahlt,
• die Ausbreitung auf dem Weg mit ihrem Schwund (Modul 8, Lektion 5),
• Antenne, Empfänger und Störpegel bei der Gegenstation.

Nur der erste Punkt hängt an deiner Anlage.

Wie stark der Rest schwankt, zeigt eine WSPR-Messung auf 40 m. Der Rapport einer Empfangsstation lag über mehrere Aussendungen zwischen -5 und -18 dB, bei einer anderen stieg er zwischen zwei Aussendungen im Abstand von vier Minuten um 14 dB^[2]. Zwei benachbarte Stationen meldeten in denselben Aussendungen bis zu 16 dB verschiedene Werte, passend zu verschiedenem Störpegel und verschiedenen Antennen dort^[2].

Ein Rapport gilt außerdem für eine Richtung und einen Erhebungswinkel. Der Wirkungsgrad betrifft dagegen die gesamte abgestrahlte Leistung, der Gewinn in einer Richtung ist Richtfaktor mal Wirkungsgrad (Modul 8, Lektion 3).

Vergleichen zur selben Zeit

Belastbar wird ein Unterschied, wenn beide Antennen dieselbe Strecke nutzen: Zwei WSPR-Sender gleicher Leistung senden gleichzeitig über je eine Antenne, mit eigenem Rufzeichen auf getrennten Frequenzen. Meldet derselbe Empfänger in derselben Aussendung beide, fallen Wegdämpfung und Störpegel bei ihm aus dem Unterschied seiner beiden Rapporte heraus^[3]. Der Unterschied zweier gleichzeitiger Rapporte schwankt viel weniger als jeder Rapport allein, in der Messung auf 40 m sprang aber auch er zwischen zwei Aussendungen um 1 bis 5 dB und lag je nach Empfänger zwischen 3 und 12 dB^[2].

Deshalb zählt erst der Mittelwert vieler Paare. Über mehr als 80 solche Unterschiede ergab die Messung einen Vorteil der Vertikalantenne von rund 7 dB^[2].

In einer anderen Messreihe streuten die einzelnen Unterschiede mit einer Standardabweichung von rund 3 dB, und der Mittelwert aus $K$ Paaren wird um den Faktor $\sqrt{K}$ genauer^[3], wenn die Paare unabhängig streuen. Mit 9 Paaren sind das rund 1 dB, mit 100 Paaren rund 0,3 dB (12db-Rechnung). Paare desselben Empfängers sind nicht ganz unabhängig, denn der Unterschied hängt auch am Empfänger.

Gemittelt über Empfänger in vielen Richtungen schätzt der Unterschied, wie weit der Wirkungsgrad einer Antenne von dem der Bezugsantenne abweicht, unverzerrt bei ähnlicher Richtwirkung beider. Liegen die meisten Empfänger in einer Richtung, verzerren Unterschiede in der Richtwirkung das Ergebnis^[3], und das Mitteln verkleinert diesen Fehler nicht.

Ohne zweiten Sender schaltest du von Aussendung zu Aussendung zwischen den Antennen um. Aus den gleichzeitigen Daten der Messung auf 40 m nachgestellt, streuten 88 solche Unterschiede deutlich stärker, ergaben im Mittel aber ebenfalls rund 7 dB^[2].

In CW meldet dich das Reverse Beacon Network nach einigen CQ-Rufen^[2]. Eine Station meldet dich auf derselben Frequenz höchstens alle zehn Minuten, wechsle deshalb zwischen den Aussendungen um 300 Hz oder mehr^[4].

Strahlen beide unter verschiedenen Erhebungswinkeln, wertest du nahe und ferne Empfänger getrennt aus^[2].

Ein Unterschied zur Bezugsantenne sagt, wie zwei Antennen zueinander stehen, nicht was ein Umbau bewirkt hat. Dessen Wirkung ist, wie weit sich dieser Unterschied durch den Umbau verschiebt, wenn die Empfänger beide Male ähnlich nach Richtung und Entfernung verteilt sind (12db-Folgerung). Ohne Bezugsantenne in derselben Messzeit bleibt auch im Mittel vieler Empfänger die Ausbreitung jeder Messzeit im Ergebnis, denn die Wegdämpfung ändert sich mit der Zeit^[3].

Messreihenfolge bei schwacher Abstrahlung

Ist eine Antenne trotz gutem SWR schwach, kann Leistung im Anpassglied, im Kabel oder in Antenne und Boden verloren gehen, Ströme auf dem Kabelmantel können Abstrahlung und Verluste verlagern, oder die Leistung geht unter einem unpassenden Erhebungswinkel ab (Modul 8, Lektion 1). Eine sinnvolle Reihenfolge schließt Stelle um Stelle aus:

1. Impedanz an der Antenne: Der Analysator kommt mit kurzer Verbindung direkt an den Speisepunkt, auf die Antennenseite jedes Anpassglieds (Lektion 1). Auf der Funkgeräteseite eines abgestimmten Tuners zeigt er rund 50 Ω, gleich wie viel Verlust darin steckt, und ein sehr kleiner Wirkanteil treibt dort Ströme und Verluste hoch (Modul 5, Lektion 4). Direkt an der Antenne ist der Wirkanteil Strahlungs- plus Verlustwiderstand (Modul 1, Lektion 4). Liegt er weit über dem Strahlungswiderstand, den die Antenne nach Rechnung haben sollte, geht viel in Antenne und Boden verloren.
2. Kabel: Antenne abklemmen und die Dämpfung über das offene oder kurzgeschlossene Ende messen (Lektion 5), dann mit dem Datenblatt vergleichen (Modul 5, Lektion 1).
3. Kabelmantel: Strom mit der Stromzange an mehreren Stellen des Kabels messen (Lektion 4). Fließt dort Strom, ist das Kabel Teil der Antenne. Bei einer Vertikalantenne mit erhöhten Radials führt ein Kabel ohne Sperre zusätzliche Ströme in den Boden, die die Verluste erhöhen^[7].
4. Vergleich der Signale gegen eine Bezugsantenne wie oben. Er erfasst die ganze Kette und zeigt, ob eine Änderung etwas gebracht hat, aber nicht, wo der Verlust sitzt. Weil er viele Rapporte braucht, steht er am Schluss und nach jeder Änderung.

Das SWR am Funkgerät ist nur der Ausgangspunkt, es mischt Kabel, Anpassglied und Antenne (Modul 5, Lektion 2). Die Reihenfolge ist keine Norm, sie folgt aus dem, was jede Messung erfasst. Erst messen, dann ändern, und jedes Mal eine Sache, sonst weißt du nicht, welche Änderung gewirkt hat.

Grenzen der Impedanzmessung

Messbar sind Strom, aufgenommene Leistung und Wirkanteil am Speisepunkt, der Strahlungswiderstand dagegen nicht direkt^[6]. Üblich ist, ihn über ideal leitender Ebene zu rechnen. Eine einzelne Modelluntersuchung fand auf Kurzwelle für Viertel- und Halbwellenstrahler über echtem Boden deutlich kleinere Werte, für kurze Strahler auf Lang- und Mittelwelle dagegen fast den Idealwert^[6].

Dazu kommt das Messgerät. Einfache Analysatoren verlieren ab SWR 5 an Genauigkeit^[8], und ein kurzer Strahler ohne Spule liegt mit seinem großen Blindanteil weit darüber, sein kleiner Wirkanteil ist so kaum abzulesen.

Unter einer abgeglichenen Verlängerungsspule fällt der Blindanteil weitgehend weg, und der Verlust der Spule zählt zum Wirkanteil. Der Vergleich mit dem gerechneten Strahlungswiderstand bleibt eine Abschätzung, keine Messung des Wirkungsgrads (Rechenbeispiel in Modul 3, Lektion 3).