Trotz Corona-Lockdown: Feldstärkemessungen und -berechnungen an Antennen

Nein, Corona hat uns nicht voll im Griff. Im Gegenteil, die Zeit der Separierung in den vergangenen Wochen haben z. B. einige OMs im OV-Wolfsburg dafür genutzt, die Selbsterklärung zur Einhaltung des Personenschutzes ihrer Amateurfunkanlagen zu erstellen oder zu überarbeiten. Und irgendwie landen die hierbei entstehenden Fragen der OMs – ob ich will oder nicht – immer wieder bei mir. Meistens kann ich helfen und häufig gibt’s dabei auch neue, interessante Erkenntnisse.
Es folgen drei Erfahrungsberichte:


1. Funkanlage von Martin – DK1MJ

Martin hatte nach einigen Experimenten gute Lösungen für die Antennen an seinem Standort gefunden. Eine Inverted-V mit 2x 10,5 m Länge für Kurzwelle, eine Collinear-Antenne X-50 für VHF und UHF sowie ein Ubiquity M5-400 auf dem Hausdach zum Einstieg ins Hamnet. Alle Antennen wurden von vornherein so installiert, das sich maximal mögliche Abstände zu den Nachbargrundstücken und zum öffentlichen Grund ergeben. Die für eine Selbsterklärung erforderlichen Unterlagen, Stationsskizze und Lagepläne, hatte Martin auch schon erstellt.

Dokumentation: Übersichtsskizze des Stationsaufbaus bei DK1MJ
Einzige erforderliche Anlage, die zusammen mit den drei Formblättern einer Selbsterklärung an die BNetzA einzureichen sind: Antennenskizze mit Darstellung des kontrollierbaren Bereiches und kürzeste Abstände von den Antennen zu nichtkontrollierbaren Bereichen – hier sehr vorbildlich erstellt!

Die Personenschutzabstände hatte Martin mit Hilfe des Programms Watt32 bereits errechnet. Sie stellten sich für 2 m, 70 cm und HAMnet als unkritisch heraus. Bei der Kurzwellenantenne waren einige der von Watt32 errechneten Abstandswerte allerdings unbrauchbar, da diese im reaktiven Nahfeld der Antenne lagen. Das ist auf Kurzwelle immer dann der Fall, wenn der errechnete Personenschutzabstand folgende Werte unterschreitet: 1,8 MHz – 26,5 m; 3,5 MHz – 13,7 m; 7 MHz – 6,8 m …). Nicht jeder OM weiß, das er hier weitere Maßnahmen ergreifen muß.

Die sicherste Methode zur Ermittlung seriöser Aussagen zu Personenschutzabständen / maximal erlaubten Sendeleistungen ist in solch einem Fall eine Messung der E- und H-Felder an markanten Punkten entlang der Grundstücksgrenzen der Amateurfunkanlage. Vor Ort haben wir dann gemeinsam eine Reihe sinnvoller Messpunkten definiert, gemäß der Maxime „so wenig wie möglich, und soviel wie nötig“.

Selbsterklärung von Martin, DK1MJ: Messpunkte für die Messung der Elektrischen und der Magnetischen Feldstärke an den Grundstücksgrenzen.

Zur Durchführung der Messungen wurde pro Band jeweils eine Frequenz gewählt und der KW-Sender so voreingestellt, daß bei Frequenzwechsel halbwegs schnell abgestimmt werden konnte. Der Sender muß einen stabilen Träger mit ziemlich genau 100 Watt Ausgangsleistung erzeugen. Die Feldstärkemessungen erfolgten mit einem kalibrierten Feldstärkemessgerät EMR-200 der Firma Narda. Gemessen wurde in einer Höhe von ca. 2,2 m über Grund. Da auf den tieferen Frequenzbändern beide, E- und auch H-Felder separat gemessen werden müssen, waren bei den insgesamt 10 KW-Bändern von 160 m bis 6 m und 9 Messpunkten insgesamt 144 Messwerte aufzunehmen. Das hat – trotz guter Vorbereitung – rund 4 Stunden gedauert.

Messkoffer mit Feldsonde EMR-200, hier mit dem Messkopf für das Magnetfeld

Die ermittelten Messwerte wurden im Nachgang anhand des aktuellen Kalibrierscheines für das EMR-200 korrigiert. Abschließende Nachrechnung und Nachbearbeitung mit dem Auswertemodul im Programm Watt32 ergab dann für jedes Band die maximal möglichen Sendeleistungen.

Ergebnis: Martins Funkanlage hält die Personenschutzgrenzwerte bei Sendeleistungen von 100 Watt und auch noch darüber sicher ein, und darf mit ruhigem Gewissen betrieben werden.


2. Neuer Standort für Relais DB0VW: Selbsterklärung oder Standortbescheinigung?

Kommt an einem bereits existierenden Funkstandort, z. B. auf einem Hochhausdach, ein weiterer Betreiber hinzu, muß die für diesen Standort bereits existierende, behördliche Standortbescheinigung kpl. neu erstellt werden. Der zuletzt hinzugekommende Betreiber muß die Kosten übernehmen. Genau dieses Schicksal droht unserem OV am neuen Standort für unser schönes Stadtrelais DB0VW. Die damit verbundenen, hohen Kosten wären für unseren DARC-Ortsverband H24 nur schwer zu tragen.
Reinhard – DL3AAV, hatte schon vor unserem Zusammenkommen Zeichnungen mit den Positionierungen der vorgesehehen Relais-Antennen, einer Collinear X-5000 sowie einen weiteren Viertelwellenstrahler für eine zusätzliche Sendefrequenz erstellt.

Beim gemeinsamen Errechnen der Personenschutzabstände mit Watt32 fiel uns auf, das die erforderlichen Abstände um die beiden geplanten Sendeantennen herum bei den hier maximal zulässigen 15 Watt ERP eine nur sehr geringe räumliche Ausdehnung haben. Trotz räumlicher Nähe überlappen sich die Einzelabstände dieser beiden Antennen nicht einmal! Da zu den kommerziellen Antennen am Standort ein noch größerer Abstand herrscht, entstand berechtigte Hoffnung, das eine Selbsterklärung evtl. doch ausreichen könnte und der OV um eine kostenpflichtige Standortbescheinigung herumkommt. Und so haben wir es auch „eingetütet“ – bitte drückt die Daumen, das das klappt!

Erforderliche Personenschutzbstände um eine Collinear-Antenne X-5000 und um einen Viertelwellenstrahler im 70 cm-Band bei einer Sendeleistung von 15 Watt ERP. – Auch als Orientierungshilfe für Newcomer hilfreich.

3. Thomas – DO6BJ optimiert seine Kurzwellenstation: Stromsummen-Antenne ersetzt End-Fed-Antenne

Thomas hatte bisher mit einer 27 m langen End-Fed-Antenne gearbeitet und diese nun durch eine 42 m lange „Stromsummen-Antenne“ (außermittig, symmetrisch gespeister Dipol) ersetzt. Die existierende Selbsterklärung war somit nicht mehr gültig und mußte neu erstellt werden. Da der Einspeisepunkt der Antenne an einem Balkongeländer im 4. Stockwerk eines Hochhauses nur sehr geringe Abstände zu den benachbarten Wohnungen im darüber- und im darunterliegenden Stockwerk hat, lieferten die Fernfeldberechnungen mit dem Programm Watt32 hier keine gültigen Ergebnisse.

Bereitmachen zur Feldstärkemessung: Thomas – DO6BJ stimmt seine Antenne ab.

Bereits im Vorfeld hatte Thomas berichtet, das er mit seinem neuen Antennenkonstrukt, das in der Testphase umschaltbar auf die alte End-Fed-Antenne war, von Stationen aus England um 6 bis 10 dB höhere Rapporte gemeldet bekam.

Einspeisung der Kurzwellen-Antenne bei DO6BJ – Balkon im 4. Stock eines Hochhauses.

Es macht Sinn, vor Beginn von Rechnungen und Messungen die Dämpfungswerte der Geräte zwischen Transceiverausgang und Antennenanschluss mal näher zu untersuchen. Thomas schwört bei der Anpassung von Koax auf Paralleldrahtleitung auf einen Balun-Übertrager mit Luftspulen. Diesen hatten wir vor Messbeginn bzgl. Durchgangsdämpfung vermessen (Vierpol-Messung). Das war auch gut so, denn es stellte sich heraus, das die Dämpfungswerte dieses Guanella-Übertragers nur auf 160 m, 80 m und 40 m akzeptabel klein sind. Auf den höheren Bändern steigt die Dämpfung stark an bis hin zu 13 dB auf dem 10 m-Band!

Anpass-Übertrager von Koax auf symmetrische Speisung bei DO6BJ: Guanella-Luft-Transformator.
Hat uns überrascht und auch ein wenig erschreckt: Hohe Dämpfungswerte ab 14 MHz aufwärts des verwendeten Guanella-Anpass-Transformators.

Insgesamt haben wir hier 96 E- und H-Feldmessungen durchgeführt.
Die Ergebnisse zeigten, daß auf einigen Bändern die Sendeleistung zukünftig leider deutlich unter 100 Watt bleiben muß. „Schuld“ daran ist die merklich bessere Performance der neuen, symmetrisch gespeisten Antenne gegenüber der früheren End-Fed, bei der ein Großteil der Sendeleistung in einem 1 : 9-Baluntrafo „verbraten“ wurde. Ich erinnere mich noch an die vor vier Jahren hier durchgeführten E- und H-Feldmessungen – der Einspeisebalun war bei 100 Watt Prüfleistung schnell handwarm geworden und die gemessenen, geringen Strahlungswerte erlaubten nach der Auswertung großzügig Sendeleistungen bis 750 Watt. 🙂

Anlage zur Selbsterklärung von DO6BJ: Lageplan mit Antennen, kritischen Abständen und Messpunkten.

Ein etwas gewagter Ansatz zur Abschätzung des Gewinns der neuen Stromsummen-Antenne gegenüber der alten End-Fed:

Die zuvor bereits subjektviv wahrgenommene Verbesserung wurde abschließend aus den ermittelten Messwerten versuchsweise nachgerechnet. Hierzu wurde für die Bänder 160 m, 80 m, 15 m und 10 m für jeden Messpunkt die Strahlungsflussdichte (Produkt aus E- und H-Feld-Messwert) bestimmt und diese Werte jeweils von neuer und alter Antenne ins Verhältnis gesetzt. Die Ergebnisse sind beeindruckend. Nachfolgende Tabelle zeigt auf den Bändern 160 m, 80 m und 15 m Anstiege der Strahlung um 6 bis 8 dB. Die Ursache für das indifferente Ergebnis auf 10 m ist vermutlich der Guanella-Balun am Koax-Ausgangs des, der in diesem Frequenzbereich mehr als 10 dB Durchgangsdämpfung aufweist.

Funkanlage von DO6BJ: Beeindruckende Performance-Verbesserung der neuen Stromsummen-Antenne gegenüber der zuvor betriebenen End-Fed-Antenne – die dB-Werte sind jedoch mit Vorsicht zu genießen.

Allerdings – bei dieser Rechnung wurde lediglich mit den skalaren Größen von E- und H-Feld gerechnet, Phasenwinkel blieben unberücksichtigt. Insofern bleibt das Ergebnis fragwürdig. TNX an Michael, DK6AC, für den Hinweis.

Zur Einhaltung des Personenschutzes darf Thomas zukünftig nicht mehr auf allen Bändern volle 100 Watt machen, freut sich aber, das seine neue Selbsterklärung bereits seine zukünftige Amateurfunkzulassung für die Klasse A mit abdeckt.


Fazit

Der OV-Wolfsburg befindet sich keineswegs im Corona-Schlaf. Bei den durchführten Arbeiten wurden selbstverständlich alle jeweils geltenden Schutzvorgaben beachtet. Die gemeinsamen Vorab-Berechnungen mit Watt32, Durchsprachen und Messplanungen haben wir immer per „Teamviewer-Session“ abgehalten. Die Feldstärkemessungen ließen sich bequem mit nur zwei Personen durchführen. Auch hierbei wurden strikt die erforderlichen Maßnahmen zur Vermeidung einer möglichen Corona-Übertragung eingehalten.

Bleibt gesund und 73 de

Christian, DL1OD

5 Gedanken zu „Trotz Corona-Lockdown: Feldstärkemessungen und -berechnungen an Antennen“

  1. Hallo Christian,
    erst mal Danke für den schönen Bericht „sehr gut“. Ich möchte noch einmal Eingehen auf die Durchgangsdämpfung meines AirCoil Balun. Es wurde auch ein kommerzielles 1:4 Balun (von Palstar) auf Durchgangsdämpfung gemessen, dieser war etwas besser, aber auch nicht so gut. Auch lässt dieser sich nicht so gut abstimmen mit meinem Antennen-Konstrukt und es gibt keine weiteren Daten zu diesem Balun von Palstar. Auf der weiteren suche nach einer Alternative eines kommerzielles 1:4 Balun stellte sich heraus das kommerzielle Balun’s kaum oder keine Angaben der Durchgangsdämpfung oder Einfügedämpfung gemacht werden. Ich habe einen einzigen gefunden der meinen Vorstellung entspricht der hohe Leistung über 1MHz bis 54mhz verarbeiten kann und die Einfügedämpfung angegeben ist . Ich denke dieser ist eine gute Wahl, um leiterbahngespeiste Multiband-Dubletten sowie außermittig gespeiste Dipole herum aufzubauen und zu betreiben. Mit £81.54 und Steuern liegt dieser noch ein einem akzeptablen Preis. Hier mal der Link „ https://www.thedxshop.com/baluns/4-1-current-balun-model-4113et.html “. Eine andere Möglichkeit wäre ein voll Symmetrischer Antennenkoppler. Trotz alledem bin ich immer wieder überrascht welche Ergebnisse dies Antennen-Konstrukt von 160-10m abliefert sowie neuerdings auch 6m. Die weitesten Verbindungen sind auf 6m bisher Portugal, Spanien, Malta alle 2000km und weiter in FT8 (siehe auch auf QRZ.com LOG). Noch ein Hinweis zu meinen Antennen-Konstrukt, dieser lässt sich abändern auf eine Zepp-Antenne wenn keine 42m möglich sind. Als Zepp wäre diese 27,7m und lässt sich auch auf allen Bändern abstimmen und wäre eine Alternative zur HyEndFed aus den Niederlanden.

    1. Es gibt praktisch kein Ferrit-Material, das den gesamten Bereich von 1,8 bis 52 MHz vernünftig abdeckt. Je nach Ferrit-Zusammensetzung gibt es entweder bei den tiefen oder bei den hohen Frequenzen merkliche Durchgangsdämpfungen. Dieses Problem lässt sich eigentlich sehr einfach umgehen: Mit zwei verschiedenen, umschaltbaren Übertragern!

  2. Lieber Christian, vielen Dank für Deinen Bericht!
    Hier sieht man, wie wertvoll Du für den H24 bist. Deine Erfahrung und Dein Wissen kommt hier in professioneller Art zum Einsatz, dass seinesgleichen sucht. Wer kann schon auf so eine Kapazität in seinem OV hoffen bzw. verzichten.
    73, Jürgen – DK3OL

  3. Guten Morgen Christian,
    an der Stelle möchte ich auch einfach noch einmal danke sagen. Du bist nicht nur bereit andere jederzeit bei Fragen und Problemen zu unterstützen, sondern gibst dein umfangreiches Wissen auch aktiv an andere OM und YL weiter. Ich hatte selbst schon mehrfach Gelegenheit davon zu profitieren.
    Das ist nicht selbstverständlich und für mich gelebter Ham-Spirit.
    73, Martin
    DK1MJ

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