Doublet – eine Drahtantenne für alle HF-Bänder
von Lothar, DL1DXL
Erfahrungen mit Antennen
Seit den 60er Jahren habe ich verschiedene Drahtantennen für Kurzwelle ausprobiert, z.B. VS1AA-Windom, FD4, Halbwellendipol, Doppeldipol, endgespeister Draht 35 m, Mehrband-Groundplane, 5-Band-Kelemen-Dipol und schließlich Doublet (Doppelzepp). Ein Betrieb auf 160 m war mit keiner dieser Antennen praktikabel.
Suche nach einer Allbandantenne
In der Zeit bis heute hat die Zahl der Amateurfunkbänder zugenommen. Die hinzugekommenen (WARC-) Bänder sind nicht mehr frequenzharmonisch zu den klassischen fünf oder sechs Bändern angeordnet. Um auf möglichst vielen Bändern QRV zu sein, könnte eine Langdrahtantenne zusammen mit einem unsymmetrischen Antennentuner ein günstiger Kompromiss sein. Bei meinen Experimenten mit der zufällig 35 m langen Drahtantenne musste ich aber lernen, dass es mit 100 W bei einigen Frequenzen nicht möglich war, die vagabundierende HF im Shack so zu bändigen, dass auch der PC nicht mehr abstürzt. Möglich ist die Optimierung der Strahlerlänge. Auch ist eine gute HF-Erde nötig.
Um auf möglichst allen KW-Bändern ohne BCI/TVI optimal arbeiten zu können, erschien mir das Konzept einer Doppelzepp-Antenne (Doublet, Levy) zusammen mit einem echten symmetrischen Antennenkoppler am aussichtsreichsten. Eine symmetrische Antenne ist die Voraussetzung für einen Betrieb ohne HF-Störungen, da Erdströme vermieden werden.
Seit Juni 2020 benutze ich eine Doppelzepp-Antenne 2 x 20 m mit einer selbst gebauten 13 m langen Hühnerleiter zusammen mit einem ferngesteuerten symmetrischen Antennenkoppler von DL3LAC (Christian-Koppler) [1]. Damit habe ich den mir verfügbaren Platz zum Aufhängen einer Drahtantenne optimal genutzt.
Leider war es mir nicht möglich, einen direkten Vergleich dieser Antenne mit dem zuvor jahrelang benutzten Kelemen-Dipol durchzuführen. Die Inbetriebnahme der Doppelzepp erfolgte aber nur einen Tag nach dem Abbau des Kelemen-Dipols. Sowohl rein subjektiv als auch durch Vergleiche mit RBN schnitt die Doppelzepp-Antenne deutlich besser ab. Davon abgesehen, konnte der vorherige Dipol nur die klassischen fünf Bänder abdecken, während es dem Antennenkoppler gelingt, die Doppelzepp auf allen Frequenzen von 1,8 bis 30 MHz optimal abzustimmen, wobei das SWV < 1,5 ist.
Auch bei den wenigen Contesten, an denen ich teilnehme, bemerkte ich eine zunehmende QSO-Zahl. QSY von einem Band auf ein anderes kostet allerdings jetzt etwas mehr Zeit. L und C am Koppler müssen entsprechend einer selbst aufgenommenen Tabelle eingestellt werden. Es gibt für diesen Koppler auch Konzepte, bei denen ein Mikrorechner für die korrekte Einstellung in kürzester Zeit sorgt.
Leider befindet sich bei mir der Speisepunkt des Dipols so weit vom Shack entfernt, dass ich den Koppler abgesetzt in der Garage betreiben muss. Das Steuergerät befindet sich direkt neben dem TRX und ist über ein langes 25-adriges Kabel mit dem Koppler verbunden.
Zur Berechnung einer Doppelzepp-Antenne beliebiger Länge mit symmetrischer Speiseleitung beliebiger Länge hat DL1JWD eine Software (DZR, Doppelzepprechner) entwickelt [2], die die Universalität einer solchen Antenne veranschaulicht. Es lohnt sich, mit dieser Software umfangreich zu experimentieren, verschiedene Speiseleitungen und Antennenkoppler einzusetzen.
Als Kriterium für den Erfolg eignet sich insbesondere der Wirkungsgrad, also das Verhältnis von HF-Leistung, die am Strahler ankommt, bezogen auf die HF-Sendeleistung des TX.
Ich kam zu folgenden Ergebnissen:
Bei Verwendung eines echten symmetrischen Kopplers und einer luftisolierten Speiseleitung (Hühnerleiter) spielt die Länge der Speiseleitung eine untergeordnete Rolle. Bei Strahlerlängen von mindestens einer halben Wellenlänge erreicht man einen Wirkungsgrad von etwa 90 %. Dies trifft bei 40 m Strahlerlänge für alle Bänder von 80 bis 10 m zu.
Industriell gefertigte symmetrische Leitungen (Wiremen) sind verlustbehaftet. Der Wirkungsgrad wird geringer und schwankt, abhängig vom Band und von der Leitungslänge.
Die Verwendung eines unsymmetrischen Kopplers mit einem Breitband-Ringkernbalun zwischen Koppler und Speiseleitung führt zu einer Verringerung des Wirkungsgrades, der in Abhängigkeit von Strahlerlänge und Länge der Speiseleitung sowie vom Band schwankt. Ursache ist die komplexe Impedanz am Eingang der Speiseleitung. Der Balun dort ist Teil des Resonanzsystems von Srahler, Speiseleitung und LC-Anpassnetzwerk und muss auch mehr oder weniger starke Blindanteile transformieren, was mit Verlusten behaftet ist.
Das Programm zeigt auch, dass nur die Verwendung eines echten symmetrischen Tuners zu wirklich guten Wirkungsgraden führt. Bei einem echten symmetrischen Tuner ist die Hühnerleiter mit den Ausgängen zweier völlig gleicher LC-Anpassglieder verbunden, die eingangsseitig z.B. über einen Breitband-Balun mit dem TRX gekoppelt sind.
Symmetrischer Tuner vs. unsymmetrischer Tuner
Lohnt sich der Aufwand für einen symmetrischen Tuner?
Diese Frage wird gern mit dem Argument aufgeworfen, dass man praktisch kaum einen Unterschied in der Signalstärke feststellen kann, wenn man an Stelle eines symmetrischen Tuners einen unsymmetrischen mit Balun benutzt.
Die DZR-Screenshots zeigen, dass der Wirkungsgrad der Antenne mit 40 m Strahlerlänge bei Verwendung eines symmetrischen Kopplers bei allen Frequenzen bei 90 % liegt, außer bei 160 m, wo die Strahlerlänge deutlich kürzer als λ/2 ist.
Mit unsymmetrischem Koppler und nachgeschaltetem 1:1-Symmetriertrafo ist der Wirkungsgrad bei einigen Bändern sogar kleiner 50 %.
Eine kleine Rechnung sei erlaubt: Der Wirkungsgrad ist der Quotient aus abgestrahlter Leistung geteilt durch die HF-Leistung des TRX. Bei einem Wirkungsgrad von 90 % werden bei einem 100-W-TX 90 W abgestrahlt.
Der Doppelzepprechner ermittelt z.B. für 80 m einen Wirkungsgrad η = 92 % mit symmetrischem Tuner und η = 68 % mit unsymmetrischem Tuner und anschließender Symmetrierung. Was bedeutet dieser Unterschied in der Praxis?
10lg(68/92) = – 1,3 dB
In der Signalstärke wirken sich 1,3 dB kaum aus. Deshalb schwören viele Funker auch auf die einfachere Lösung eines unsymmetrischen Tuners plus Balun zwischen Tuner und Hühnerleiter. Andererseits muss man bedenken, dass von den eingespeisten 100 W im ersten Fall nur 8 W und im zweiten Fall 32 W Leistung irgendwo in Wärme umgesetzt werden, hauptsächlich im Balun. Aber noch deutlicher ist der Unterschied auf 15 m, wo er fast 5 dB beträgt.
Als ich als frisch Lizenzierter mit 18 Jahren zum Grundwehrdienst der NVA eingezogen wurde, kam ich auf eine mobile Kurzwellenfunkstation sowjetischer Bauart. Die effektivste Antenne, die wir im stationären Betrieb benutzten, war ein 2 x 15 m Dipol mit symmetrischer Speiseleitung [3].
Die imprägnierten hölzernen Spreizer verliehen dieser „Hühnerleiter“ ein sehr rustikales Aussehen. Abgespannt wurde der Dipol als Inverted V. Die Antennenabstimmung auf allen möglichen Frequenzen erfolgte nach einer Tabelle. Ich kann mich nicht erinnern, dass mit dieser Antenne eine Verbindung mal nicht klappte.
Mit meinen damaligen Kenntnissen fand ich diese Antenne genial, obwohl mir die Wirkungsweise unklar war und sie mir kein Vorgesetzter erklären konnte. Es war eben ein Dipol, Punkt. Erst jetzt bei der Beschäftigung mit der Doppelzepp-Antenne erinnerte ich mich an diese Begebenheiten. Auch die Armee hatte erkannt, dass eine solche Antenne nahezu optimal für einen breiten Frequenzbereich angewendet werden kann. Sie ist aber keine Breitbandantenne! Die Erfindung dieser Antenne liegt schon sehr weit zurück. Die 50-Ohm-Technik mit Koaxspeisung mag sie etwas verdrängt haben. Trotzdem hört man auf den Bändern viele Stationen mit „Doublet“. Aber auch hinter der Angabe „Dipol“ könnte sich eine Doppelzepp verbergen.
Meine Empfehlung für eine universelle Drahtantenne ist, über den verfügbaren Raum einen Dipol zu spannen und ihn mit einer selbstgebauten (wegen der hohen Güte) Hühnerleiter der notwendigen Länge zu speisen. Dabei kann die Länge des Dipols deutlich unter 40 m liegen. Die Anpassung sollte mit einem echten symmetrischen Tuner erfolgen. Die niedrigst mögliche Frequenz, bei der die Anpassung gelingt, wird vor allem durch den Koppler bestimmt. Höhere Frequenzen bereiten kaum Probleme. Mein Doublet mit 40 m Strahlerlänge lässt sich mit dem Christian-Koppler noch gut auf 160 m abstimmen.
Praktischer Aufbau
Nahezu alles für den Antennenbau habe ich bei [4] erhalten: Antennenlitze, Spreizer, isolierendes Mittelstück, wetterfeste Seilklemmen, Abspannseil. Lediglich die Isolatoren aus Porzellan an den Strahlerenden konnte ich der Baselkiste entnehmen.
Die Antenne mit Speiseleitung besteht aus zwei Drähten: Je eine Strahlerhälfte und eine Hälfte der Hühnerleiter sind ein nicht unterbrochener Draht. Dadurch erübrigt sich jede Löt- oder Klemmverbindung im Freien und beugt der Korrosion vor.
Verwendet wurde die isolierte Antennenlitze 7 x 7 x 0,20. Passend dafür gibt es leichte Kunststoffspreizer, die ich im Abstand von 15 cm auf der Hühnerleiter verteilt habe. Dazu ist eine zweite Person nötig, die mit einer Zange den Schlitz am Spreizer für die Aufnahme des Drahtes etwas auseinander zieht. Nach Einlegen des Antennendrahtes löst man die Zange, und der Draht ist ausreichend fest geklemmt.
Ein 12 m hoher Rohrmast von einem früheren Antennenprojekt befindet sich außerhalb der Mitte des Dipols und sorgt dafür, dass der Strahler nicht zu sehr durchhängt. Eine Acrylplatte sorgt für die notwendige Isolation im Aufhängepunkt.
Fazit nach zweijähriger Betriebszeit
Die Antenne mit Hühnerleiter und den Abstimmelementen des Christian-Kopplers stellt ein Resonanzsystem hoher Güte dar, die die Gewähr für den hohen Wirkungsgrad ist. Liegt Schnee auf dem Dipol, dann wird dieses schmalbandige System deutlich verstimmt. Entsprechend muss die Abstimmung des Antennenkopplers neu eingestellt werden, was auch problemlos gelingt. Hier würde man sich einen automatischen symmetrischen Tuner hoher Güte wünschen. Aber muss man wirklich alles an seiner Funkstation automatisieren?
Die Doublet-Antenne mit der hier beschriebenen Konfiguration ist die beste Antenne, die ich je hatte und lässt keine Wünsche offen, die man an eine Drahtantenne stellen kann. Sie ersetzt natürlich keine Richtantenne. Auch sind die Richtdiagramme des Strahlers in Abhängigkeit vom Band nicht sofort erkennbar. Entsprechende Simulationsprogramme (EZNEC) können hier Licht ins Dunkel bringen.
[1] https://www.darc.de/der-club/distrikte/e/ortsverbaende/39/bauprojekte/christian-koppler/
[3] Handbuch für Tastfunker, Deutscher Militärverlag, Berlin 1969
[4] https://www.kabel-kusch.de/
Mit EZNEC habe ich die vertikalen und horizontalen Richtdiagramme des Doublets 2 x 20 m in 12 m Höhe für alle zehn Bänder von 160 bis 10 m ermittelt:
