Die wenigsten Amateure haben begriffen, dass der Skin-Effekt in der gesamten Funkanlage gilt. Angefangen in der Verdrahtung der Leistungsstufe, dem Koppler, dem Balun, der Zuleitung, der Mantelwellensperre, der Antenne.
In dem Beitrag über Effizienz einer Dipol Antenne ist ersichtlich, dass Drahtdurchmesser von mindestens 2 – 2.5 mm erforderlich sind, egal an welcher Stelle der Antennenanlage.
Da werden Balun und Mantelwellensperren wie wild mit dünnen Koaxkabeln bewickelt und dann behauptet, dass diese ausreichend für 1 KW und mehr geeignet sind. Wer das glaubt, der glaubt auch noch immer an den Klapperstorch.
Hier die ungefähren Skin-Tiefen für einen Kupferdraht:
3,6 MHz ca. 37 µm
7,1 MHz ca. 24 µm
14,2 MHz ca. 18 µm
28,5 MHz ca. 13 µm
D.h. mit steigender Frequenz wird der Stromfluss zunehmend auf die äußeren Schichten des Leiters verdrängt, was den Widerstand erhöht und verantwortlich für die Verluste des Leiters ist.
In einem Beitrag habe ich mal gelesen: DL3LH spricht in einem seiner Beiträge, man sollte doch Variometer aus russischen Beständen als Balun verwenden. „Sowas verwenden wir doch gar nicht“, sagte der Kommentator. Man sollte doch, denn diese Variometer sind optimal bezgl. der Kopplung, der massiven Schleifer und des Drahtdurchmessers von 2,0 mm optimal ausgelegt, denn die russischen Konstrukteure hatten Ahnung von HF.
Für Amateure gibt es den Skin-Effekt nicht, denn sonst würden die Querschnitte der verwendeten Leiter in der Antennenanlage kaum diese „Schmunzel-Drähte“ für Koppler, Balun und Co. Zuleitung und Antenne verwenden. Man braucht sich doch nur die YouTube Beiträge über die Entwicklung von Balun u. Co. ansehen, die mit geringen Querschnitten für den KW Bereich geeignet sein sollen. Auch auf die Angaben des SA Wolfgang W. sind viele hereingefallen und trotz meiner Hinweise an ihn, damals, hat er seine wertlosen Basteleien unverändert an Amateure verkauft.
Das 500 W schon eine beachtliche HF-Leistung ist, soll im folgenden Beispiel näher beleuchtet werden.
Beispiel:
Das HF-Wattmeter hinter der Endstufe zeigt 500 Watt effektive Leistung. Diese Leistung geht in einen symmetrischen LC-Koppler und dann in eine 600 Ohm Zweidrahtleitung, an dessen Ende ein symmetrischer Dipol angeschlossen ist.
Wir berechnen über den Total Loss und die Verluste in der LC-Kombination die verbleibende Leistung an der Antenne zu 400 W, die sich aus der vorlaufenden Leistung von 450 Watt und der Rücklaufenden von 50 W zusammensetzt.
Daraus berechnet sich das VSWR am Fußpunkt der Antenne zu VSWR = 2,0 und der Betrag des Reflexionsfaktors Gamma = 0,333 bzw. 1/3. Aus dem Reflexionsfaktor berechnet sich der reelle Widerstand, der die Leistung von 400 W aufnimmt und aus Strahlungswiderstand und Verlustwiderstand besteht.
Der HF-Strom ist bei 400 W Wirkleistung 577 mA. Der Dipol hat 2 mal 50 m Länge, bei einem Durchmesser des Kupfer-Drahtes von 2 mm. Bei der Frequenz 7,1 MHz ist der Verlustwiderstand unter Berücksichtigung des Skin-Effektes Rv = 10,55 Ω. Daraus der Strahlungswiderstand Rs = 1200 Ohm – 10,55 Ohm und der Wirkungsgrad zu rund η = 0,98 oder 98 Prozent.
Laut Simulationen kann ein Dipol dieser Länge bei 7,1 MHz in 10 m Höhe einen Gewinn von etwa 9,95 dBi erreichen und daraus EIRP mit den Werten des Dipols EIRP ≈ 3964 W. Die Stromdichte in dem Kupferleiter der Antenne bei 7,1 MHz ist J ≈ 3,54 A/mm2 und liegt dabei im zulässigen Bereich für Kupfer.
Man könnte jetzt noch die mechanische Belastung, die Kräfte in den Abspannungen und den Durchhang berechnen, was in einem anderen Beitrag schon beleuchtet wurde und hier nicht wiederholt werden soll.
Immer noch der Meinung, dass eine Antennenanlage hin gefummelt anstatt berechnet werden sollte?
Dr. Walter Schau, DL3LH
