Amateurfunklehrgang – Der Weg zur HB9-Lizenz/ Antennen und Antennenzuleitungen

Einführung in die Antennenzuleitung

Die Antennenzuleitung verbindet die Sende- oder Empfangsanlage mit der Antenne und transportiert das HF-Signal zwischen beiden. Sie spielt eine zentrale Rolle bei der Impedanzanpassung, um maximale Leistungsübertragung und geringe Stehwellenverhältnisse zu gewährleisten. Hochwertige Zuleitungen minimieren Signalverluste und reduzieren Interferenzen. In die Zuleitung eingebaute Schutzelemente schützen die Geräte vor Überspannungen, z. B. durch Blitze oder atmosphärische Störungen.

Grundsätzliche Antennezuleitungen

Symmetrische und asymmetrische Antennenzuleitung

Bei symmetrischen Zuleitungen sind die Leiter im Verhältnis zur Masse oder zum Erdpotential symmetrisch angeordnet. Das bedeutet, dass beide Leiter gleiche elektrische Eigenschaften haben und die elektrischen Signale gleichzeitig und in entgegengesetzter Richtung übertragen. Zweidrahtleitungen (z. B. ausgeführt als sog. Hühnerleiter) sind ein Beispiel für symmetrische Antennenzuleitungen.

Bei der asymmetrischen Zuleitungen gibt es einen Leiter (Innenleiter), der gegenüber einem gemeinsamen Bezugspunkt (Masse oder Erdung) eine unterschiedliche elektrische Eigenschaft aufweist. Asymmetrische Leitungen sind meist als Koaxialkabel ausgeführt, da haben der Innenleiter und Abschirmung unterschiedliche elektrische Potentiale.

Der Wellenwiderstand

Der Wellenwiderstand, auch Wellenimpedanz, ist ein wichtiger Parameter der Antennenzuleitung und wird in Ohm gemessen. Er bestimmt, wie gut die Leitung Hochfrequenzsignale überträgt. Im Amateurfunkbereich haben asymmetrische Zuleitungen meist 50 Ohm, während symmetrische oft 300 Ohm aufweisen. Der Wellenwiderstand beeinflusst die Impedanzanpassung zwischen Sender/Empfänger und Antenne, was entscheidend für eine effiziente Signalübertragung ist.

Verluste und Dämpfung

Verluste und Dämpfung in der Antennenzuleitung treten primär wegen dem elektrischem Widerstand und Dielektrizitätsverlusten auf.

Je länger die Zuleitung ist, desto grösser sind die Verluste durch Dämpfungen. Hochwertige Zuleitungen, wenig Verbindungsstellen und eine sorgfältige Installation tragen dazu bei die Verluste und Dämpfungen zu minimieren und die Signalqualität zu verbessern.

Faktoren, die die Dämpfung beeinflussen:

• Kabellänge: Je länger das Kabel, desto grösser die Verluste.
• Frequenz: Höhere Frequenzen führen zu höheren Verlusten.
• Material: Kupfer bietet geringere Verluste als Aluminium. Luft-Dielektrika haben geringere Verluste als feste Dielektrika.
• Qualität der Abschirmung: Eine bessere Abschirmung reduziert Verluste und Störungen.

Vergleichsdaten der am häufigsten verwendeten Kabeltypen im Amateurfunk:

Kabeltyp	Impedanz (Ohm)	Dämpfung bei 10 MHz (dB/100 m)	Dämpfung bei 100 MHz (dB/100 m)	Dämpfung bei 400 MHz (dB/100 m)
RG-58	50	12,6	22	46
RG-213	50	4,6	14,1	30
LMR-400	50	1,5	4,5	9,1
Aircell 7	50	1,3	4,3	9,1
Ecoflex 10	50	1,1	3,9	8,6

Verkürzungsfaktor

Der Verkürzungsfaktor (auch Verkürzungskoeffizient genannt) ist ein wichtiger Parameter, der in der Hochfrequenztechnik und insbesondere im Amateurfunk beim Bau und Einsatz von Antennen und Koaxialkabeln verwendet wird. Er gibt an, um wie viel sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer elektromagnetischen Welle in einem bestimmten Medium (z. B. in einem Koaxialkabel oder in einer Antenne) im Vergleich zur Ausbreitungsgeschwindigkeit im Vakuum verringert.

Die physische Länge einer Antenne ist die tatsächliche Länge des Drahts oder der Struktur, die für die Antenne verwendet wird. Die elektrische Länge hingegen bezieht sich auf die effektive Länge der Antenne aus Sicht des elektrischen Signals. Sie wird durch die elektrischen Eigenschaften der Antenne sowie der Umgebung beeinflusst, in der sie betrieben wird.

Die elektrische Länge einer Antenne wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst. So zum Beispiel das Medium, welches die Antenne oder den Leiter umgibt (z. B. Luft, Kunststoff, etc.)

Der Verkürzungsfaktor beim Kabel

Beim Austausch oder der Dimensionierung von Antennenleitungen, meist Koaxialkabel, kann der Verkürzungsfaktor eine Rolle spielen, insbesondere wenn die Leitung auf eine bestimmte Wellenlänge (z. B. Viertelwellen- oder Halbwellenschleifen) abgestimmt sein soll. Also dann, wenn die Leitung eine definierte elektrische Länge haben muss, um als Impedanztransformator oder zur Phasenanpassung zu fungieren.

Der Verkürzungsfaktor hängt vom Dielektrikum des Mediums ab, in dem sich der Leiter befindet. In einem Koaxialkabel ist es das Dielektrikum zwischen Innen- und Aussenleiter.

Für ein typisches Koaxialkabel mit einem Dielektrikum aus Polyethylen (εr​≈2.25) ergibt sich:

$$k=1/\surd 2.25\approx 0.67$$

Das bedeutet, dass die Wellenlänge in diesem PE-isolierten Koaxialkabel etwa 67 % der Wellenlänge im Vakuum beträgt.

Der Verkürzungsfaktor bei nicht isolierten Strahlern

Der Verkürzungsfaktor bestimmt die physikalische Länge der Antennenelemente gegenüber der berechneten Länge. Wird der Verkürzungsfaktor nicht beachtet wird das Stehwellenverhältnis schlechter. Der Wert hängt von verschiedenen Faktoren ab. Zum Beispiel haben dickere Strahler einen tendienziell grösseren Verkürzungsfaktor als dünnere Materialien. Die Ursache ist eine breiteren Verteilung des elektrischen Feldes um den Strahler, dies führt zu einer Verkürzung der Wellenlänge. Weitere, aber in der Praxis vernachlässigbare Einflussfaktoren sind die Materialeigenschaften, die Bauform der Antenne oder Konstruktionsdetails wie Abstand zu Nachbarobjekten und der Höhe über dem Boden. Als Grössenordnung kann ein Verkürzungsfaktor von 0,95 - 0.98 angenommen werden.

Antennenformen

Drahtantennen

Antennenmaterial für Drahtantennen

Material	Rel. Leitfaehigkeit vs Cu	R/m (1.0 mm)	R/m (2.0 mm)	Korrosionsverhalten	Mechanik/Anschluss	Empfehlung 40m
Kupfer (Cu)	100%	0.0214 Ω/m	0.00535 Ω/m	gut, oxidschicht elektrisch leitend (bei verzinnen besser)	sehr gut (löten, Klemmen)	Beste Wahl, TX+RX
Verzinnter Kupferdraht	95–100%	~ gleich wie Cu	~ wie Cu	sehr gut (langlebig)	sehr gut (löten, Klemmen)	Beste Wahl, Outdoor
Kupferummantelter Stahl (CCS)	effektiv 60–95% (oberfläche bestimmt)	praktisch wie Cu bei ausreichender Kupferdicke, sonst schlechter	—	aussen kupfer, kern Stahl	mechanisch stark, aber Lote oft schlecht	OK, wenn Kupferplattierung > Tiefe des Skin-Effektes, also deutlich >25µm). Sonst schlechter
Stahl, verzinkt	10–20%	0.127 Ω/m	0.0318 Ω/m	brauchbar, aber Rost an Enden	sehr stark, aber HF-Verluste hoch	Empfang OK, Senden: Leistungsverlust
Aluminium	60–65%	0.0359 Ω/m	0.00898 Ω/m	bildet Oxid (nicht leitend) -> Kontakte problematisch	leicht, schlecht löten, spezielle Klemmtechnik notwendig	OK wenn sauber angeschlossen, sonst aufwändig
Phosphor-Bronze / Messing	20–40%	legierungsabhängig, mittelhoch	mittelhoch	korrosionsbeständig je nach Legierung	mechanisch gut	brauchbar (spannten Drähte), aber schlechter als Cu
Edelstahl	2–5%	0.917 Ω/m	0.229 Ω/m	sehr korrosionsbeständig	mechanisch gut, HF schlecht	nur fuer mechanik, nicht als Antennendraht

Es gibt auch noch Kombidrähte, die aus Kupferlitze und einem Zugfesten Kern (bis hin zu Kevlar) bestehen. Damit lassen sich grosse Strecken überspannen ohne dass sic der Draht unter der Zugraft verlängt Zum Beispiel findet man unter dem Namen dxWire solche Produkte.

Für KW-Antennen ist verzinntes Kupfer – ob massiv oder als Litze – die beste Wahl, da es geringe Verluste aufweist, sich leicht löten lässt und dauerhaft gute Kontakte bietet. Kupferummantelter Stahldraht (CCS) ist mechanisch robuster und bei ausreichender Kupferbeschichtung auch elektrisch brauchbar, verliert aber bei zu dünner Kupferschicht an Effizienz, insbesondere bei hoher Leistung oder langen Antennen. Verzinkter Eisendraht, wie er als Weidezaun verwendet wird, eignet sich für Empfangsantennen gut, verursacht jedoch beim Senden deutliche Verluste und erwärmt sich bei höheren Leistungen spürbar. Aluminium hat ordentliche elektrische Eigenschaften, erfordert jedoch wegen der Oxidbildung besondere Sorgfalt bei Verbindungsstellen (Kontakt), etwa durch geeignete Klemmen und Korrosionsschutz. Materialien wie Edelstahl oder Nichrome sind aufgrund ihres hohen elektrischen Widerstands für HF-Anwendungen ungeeignet.

Isolationsmaterial

Bei Isolatoren im KW-Bereich spielt nicht nur die reine elektrische Isolation (Durchschlagsfestigkeit) eine Rolle, sondern auch Verluste durch Dielektrika, Wetterbeständigkeit und mechanische Eigenschaften.

Porzellan hat sehr geringe HF-Verluste, hohe Durchschlagsfestigkeit. Es ist auch mechanisch robust, UV- und wetterfest, aber auch schwer und spröde, die Isolatoren können bei Schlag beschädigt werden. Es ist ein Jahrzentelang bewährt und gilt als das klassische Antennenisolatorenmaterial.

Glas hat ebenfalls sehr geringe HF-Verluste. Durch die glatte Oberfläche hat es wenig Schmutzanhaftung, Regen wäscht Schmutz gut ab, aber wie allgemein beannt ist es stossempfindlich und kann bei Bruch splittern. Glas ist optisch unauffällig, aber mechanisch nicht so belastbar wie Porzellan.

Bei Kunststoffen kommt es draufan, was für Material gewählt wird.

• PE/PP ist kostengünstig, wetterfest, hat geringe HF-Verluste, aber versprödet mit der Zeit bei hoher Zuglast und jahrelanger Sonneneinstrahlung.
• Polycarbonat und Nylon ist zäher, bruchfester, aber dir HF-Verluste leicht höher als bei PE.
• PTFE (Teflon) ist hervorragende für den Hochfrequenzeinsatz geeignet. Es praktisch verlustfrei, extrem UV- und temperaturbeständig, mechanisch stabil, aber teuer.

Für dauerhafte Antennen im Freien sind Porzellan- oder hochwertige UV-stabile Kunststoffe (z. B. glasfaserverstärktes Nylon oder PTFE) am zuverlässigsten. Glas isoliert zwar sehr gut, ist aber mechanisch riskanter. Billige, nicht UV-stabilisierte Kunststoffe sollte man nur als Provisorium einsetzen, da sie nach einigen Jahren verspröden und brechen.