Die Zusammenarbeit des Transceivers mit dem Antennensystem zu ermöglichen ist Aufgabe des Anpassgerätes. In diesem Zusammenhang tauchen immer wieder zwei Begriffe auf, die zunächst geklärt werden müssen. Was ist überhaupt Anpassung und was hat das Stehwellenverhältnis, von dem Funkamateure immer sprechen, damit zu tun?
Anpassung
Leistungsanpassung besteht immer dann, wenn aus einem elektrischen Gerät ein Maximum an Leistung an einen Verbraucher gegeben wird. Dies ist nur dann der Fall, wenn der Innenwiderstand des Gerätes und der Lastwiderstand gleich groß sind . Für einen Transceiver, der für eine Antennenimpedanz von 50 Ω ausgelegt ist, heißt das, dass auch eine Antenne mit diesen Eigenschaften daran angeschlossen werden muss. Ist das nicht der Fall, muss eine entsprechende Anpassung durch Transformation vorgenommen werden. Unterlässt man das, hat das einen Leistungsverlust zur Folge. Ein Maß für die Qualität der Anpassung ist das Stehwellenverhältnis.
Stehwellenverhältnis
Mit Stehwellenverhältnis, im Umgangsgebrauch oft SWR (engl. Standing Wave Ratio) genannt, wird das Verhältnis von hin- und rücklaufender Welle auf einer Leitung bezeichnet. Wird eine Leitung genau mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossen, also Leistungsanpassung besteht, sind hin- und rücklaufender Strom genau in Phase. Es besteht keine Differenz und das SWR ist 1. Andernfalls ergibt sich ein entsprechend größeres SWR. Das SWR entspricht auch dem Verhältnis der beiden Widerstände. Misst man an einem 50 Ω Koaxkabel bspw. ein SWR von 2 kann man daraus schließen, dass entweder ein Lastwiderstand von 25 oder einer mit 100 Ω angeschlossen ist. In einem solchen Fall würde 10 % der Leistung reflektiert. Bei einem SWR 3 wären es sogar 25 %. Das ist ungefähr das oft zulässige Maximum. Darüber spricht bei den meisten Sendern eine Sicherheitsschaltung an, die die Leistung drastisch reduziert.
Viele Funkamateure setzen ein kleines SWR automatisch einer guten Antenne gleich. Das ist so nicht richtig. Das SWR sagt lediglich, wie gut die Antenne an die Leitung angepasst ist. Es sagt absolut nichts darüber aus, was mit der Leistung passiert, z.B. ob diese wirklich abgestrahlt (und schon gar nicht wohin) oder lediglich in Wärme umgesetzt wird. Ein 50 Ω Lastwiderstand (Dummy Load), wie man ihn zum Messen benutzt, strahlt bspw. überhaupt nicht, hat aber ein ideales SWR 1.
Anpassgerät
Auf unseren Booten benutzen wir als Antenne Drähte mit einer konstanten Länge. Mit unterschiedlichen Frequenzen werden sich deshalb immer komplexe Speisewiderstände ergeben. Ein Anpassgerät (engl. Tuner oder Matchbox) hat demnach zwei Aufgaben. Zunächst muss die Antenne elektrisch auf die richtige Länge gebracht, d.h. der Blindwiderstand kompensiert werden. Dies könnte wie oben beschrieben durch Einschaltung einer passenden Induktivi- oder Kapazität erfolgen. Anschließend muss dann der Wirkwiderstand auf die 50 Ω Impedanz des speisenden Koaxkabels transformiert werden. Dies könnte man bspw. mit einem Schwingkreis machen, an dessen Spule sich leicht alle Werte abgreifen lassen. Wenn auch die meisten industriell hergestellten Tuner nicht nach diesem Prinzip arbeiten, sondern die komplexe Impedanz direkt anpassen ist so leicht nachzuvollziehen, dass ein Anpassgerät zwingend in den Fußpunkt der Antenne und nicht etwa an den Transceiver gehört.
Auf Yachten sind fast ausschließlich vollautomatisch arbeitende Anpassgeräte üblich, die immer ein Sendesignal brauchen. Sie messen das SWR und probieren nach einem Näherungsalgorithmus aus, welche Kombination von Spulen und Kondensatoren einen Wert nahe 1 ergibt. Das kann mehrere Sekunden dauern, während denen man das Klicken der Relais deutlich hört. Das Gerät merkt sich die gefundene Einstellung und kann so, wenn das nächste Mal die gleiche Frequenz benutzt wird, die Anpassung sehr schnell herstellen. Dann muss man die Abstimmung nicht mehr abwarten, sondern drückt einfach den Sendeknopf.
Die Daten von Anpassgeräten für unsymmetrische Antennen gleichen sich. Alle schreiben eine minimale Antennenlänge und die Verwendung einer Erde zwingend vor. Die Verwendung von λ/2 langen Antennendrähten wird wegen der hohen notwendigen Spannungen regelmäßig ausgeschlossen. Welches man wählt ist von daher weitgehend egal. Wenn der Hersteller des Transceivers eines als Zubehör im Programm hat bietet sich dessen Verwendung an. Ansonsten funktionieren auch die universell verwendbaren Geräte von SGC (USA) oder CG Antenna aus chinesischer Produktion. Auf dem deutschen Markt werden beide Hersteller von den üblichen AFU-Händlern angeboten. Der SG-230 Smarttuner von SGC ist legendär und wurde schon auf vielen Weltumsegelungen verwendet. Die meisten Geräte sind wasserdicht spezifiziert, trotzdem sollte man sie unter Deck einbauen. Wenn man nicht gerade eine "heavy duty" Ausführung braucht, kann man auch ein wesentlich billigeres SG-239 verwenden. Der Schutz gegen Spritzwasser lässt sich leicht durch Einbau in eine handelsübliche Kühlschrankdose für Lebensmittel herstellen. Alle Anpassgeräte brauchen eine Stromversorgung. Es macht Sinn, diese mit auf den Schalter für den Transceiver zu legen. Dann werden beide Geräte gleichzeitig eingeschaltet. Manche Geräte brauchen außerdem noch eine Steuerleitung zum Funkgerät. Die HF-Verbindung zwischen der Antennenbuchse des TRX und dem Eingang des Tuners erfolgt über ein 50 Ω Koaxkabel. Billiges RG 58 ist völlig ausreichend, da dessen Dämpfung bei KW-Frequenzen und typischen Entfernungen unter 10 m vernachlässigbar ist. Außerdem ist das Kabel auf beiden Seiten mit Wellenwiderstand abgeschlossen ist, deshalb spielt die genaue Länge auch keine Rolle. Durch Einbau in eine Kühlschrankdose kann man auch ein einfaches SG 239 gegen Spritzwasser schützen.
Sinnvolle Antennenlängen
Weiter oben haben wir festgestellt, das die Antennenlänge weitestgehend egal ist. Das Anpassgerät wird es schon richten. Dessen Betriebsanleitung schreibt aber eine Mindestlänge vor und außerdem darf sie nicht λ/2 sein. So ganz egal ist es dem Tuner wohl doch nicht. Außerdem haben wir gelernt, dass eine gut strahlende Antenne möglichst viel Strombauch haben sollte und am unteren Ende sollte die Spannung bitteschön noch möglichst niedrig sein, damit wir kein teures Kabel für die Zuleitung verwenden müssen. Besonders unter dem Aspekt, dass dies für alle Wunschfrequenzen gilt, sind das eine ganze Reihe von Forderungen, bei denen man leicht den Überblick verlieren kann. Um sich der Sache zu nähern rate ich zu einem Taschenrechner und einem Blatt kariertem Papier. Man macht sich zunächst eine kleine Tabelle in die man die bevorzugten Betriebsfrequenzen einträgt. Daraus errechnet man die Länge für λ, λ/2 und λ/4. Mit diesen Werten kann man den Wellenverlauf leicht zeichnen. Es handelt sich jeweils um eine Cosinusfunktion, die bei einem hohen Wert (am offenen Antennenende) beginnt, bei λ/4 einen Nulldurchgang hat, bei λ/2 ein Maximum, usw. Wenn man nur den Betrag berücksichtigt, sich also das Vorzeichen wegdenkt, läuft diese Kurve proportional zu den Widerstandsverhältnissen auf der Antenne. Man sieht so sehr gut, wie die Verhältnisse für die einzelnen Wellenlängen zueinander stehen.
Im Bild habe ich das für typische Winlink- Frequenzen mal gemacht. Wie man sofort sieht, gibt es keine ideale Länge. Jedenfalls nicht für alle Frequenzen gleichzeitig. λ/4 wäre ideal, das ginge sogar ohne Tuner. λ/2 ist vom Anpassgerät verboten und deshalb tabu. Gute Kompromisse wären aber z.B. 7,5 m für Whips und knapp 14 m für Achterstagantennen. 7,5 m wäre nahezu ideal im 30 m Band und lässt sich auf den anderen Frequenzen sicher auch noch anpassen. Nachteilig wäre, dass im 40 und vor allem im 80 m Bereich zu wenig Strombauch vorhanden ist. In Küstennähe, z.B für Europaverkehr aus dem Mittelmeerraum, ist das suboptimal. Mit einer Achterstagantenne tut man sich da sicher leichter. Diese hat wiederum den Nachteil vor allem im 30 m Band, welches oft schon geht, wenn 20 m noch nicht auf ist, recht hochohmig zu sein. Aus eigener Praxis kann ich sagen, dass das Anpassgerät dort zwar etwas länger braucht aber trotzdem ein Match findet.
Eine gute Antennenlänge zu finden fällt demnach umso leichter, je weniger Frequenzen berücksichtigt werden müssen. Ansonsten wird alles irgendwie auf einen Kompromiss hinauslaufen. Für einen guten wird man Prioritäten setzen müssen.
Anpassgerät - wie man es nicht machen sollte
In AFU-Kreisen wird immer wieder eine Schaltung propagiert, die mit einem sogenannten UNUN arbeitet und damit das Anpassgerät zum Transceiver, wo man es auch von Hand bedienen kann, verlagert oder ganz überflüssig machen soll. Mit UNUN ist dabei ein Übertrager gemeint, der die Impedanz des Koaxkabels im Verhältnis 1:9 transformiert. Damit werden aus dessen 50 Ω 450. Wenn man eine Frequenz benutzt, auf der die Antenne zufällig 450 Ω hat, funktioniert das problemlos. Die Idee dabei ist aber, generell eine hochohmige Antenne zunächst erst einmal in für Koaxkabel taugliche Größenordnungen zu bringen. Der Haken dabei ist, dass eine Antenne nicht immer hochohmig ist. Dann ergeben sich sehr kleine Widerstände. Wie auch immer, auch wenn es am TRX ein Anpassgerät geben sollte, wird sich auf der Koaxleitung eine mehr oder weniger große Welligkeit ergeben. Diese lässt das Kabel strahlen mit allen unerwünschten Folgen sowohl beim Sende- als auch im Empfangsbetrieb. Von daher ist von einer solchen Schaltung dringend abzuraten.
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