Öfter mal was Neues oder ein Spiderbeam für 30m bis 12m

 

 Vorgeschichte

 Mit dem Blick auf die abnehmende Aktivität der Sonne und meinen DXCC-Stand, der vor allem auf den WARC-Bändern, besonders aber auf dem 30m-Band erhebliche Lücken aufweist, suchte ich nach einer Richtantenne, die mehrere Vorgaben erfüllen sollte. Möglichst drei (fullsize) Elemente für die Bänder 30m bis 12m, Speisung über nur ein Koaxkabel, geringe Windlast, um sie bedenkenlos auf einem 18m-Versatower ohne Abspannungen auch bei Windstärken um 80km/h in voller Höhe zu belassen. Dazu kam noch der Wunsch, nicht allzu tief in die eigentlich immer klamme Hobbykasse greifen zu müssen.

 

 Die kommerziellen Angebote reduzierten sich bei den von mir gestellten Vorgaben  schnell auf wenige Anbieter. Der Verlockung, eine Antennenversion mit variablen Elementen (á la Steppir, Ultrabeam) zu beschaffen, widerstand ich nach einem Blick auf das vorhandene Budget. Zudem sind die Drei-Element-Versionen der genannten Hersteller recht schwer und haben eine nicht unerhebliche Windlast. Ich hege auch arge Bedenken, ob deren Mechanik den norddeutschen Wetterbedingungen zu jeder Jahreszeit gewachsen ist und wollte für diesen Punkt nicht zum 'Beta-Tester' werden. Antennen von Optibeam sind von Performance und Konstruktion über jeden Zweifel erhaben, jedoch bezahlt man ihre Stabilität mit hoher Windlast und ebensolchen (wenn auch angemessenen) Preisen. Damit war der kommerzielle Markt abgehakt.

 

 Blieb also der Selbstbau. Intensive Recherchen im Internet förderten eine Eigenkonstruktion von René DF9GR zu Tage, die meinen Vorgaben recht nahe kam: den DF9GR-Maxispider. Diese Antenne basiert auf dem vielfach bewährten Spiderbeam-Prinzip und kann mit den bei der Herstellerfirma lieferbaren Materialien reproduziert werden. Allerdings entsprach sie meinen Vorgaben bezüglich der gewünschten Bänder nicht vollständig.

 

 Ermutigt durch diese Veröffentlichung und meine guten Erfahrungen mit der Performance eines 5-Band-Spiderbeam, mit dem ich vor einigen Jahren schon recht erfolgreich in der Luft war, machte ich mich daran, eine Antenne nach meinen Vorstellungen mit EZNEC zu simulieren. Obwohl meine Erfahrungen mit EZNEC bis dahin eher gering waren, entstand in akzeptabler Zeit eine Antenne, die versprach, dass meine Wunschvorstellungen realisiert werden könnten.

 

 Allerdings blieb noch ein Problem übrig. Die Bedingung, einen realen Antennendraht (Spiderbeam liefert Antennenlitze CQ-532 von Wireman) mit EZNEC so zu simulieren, dass die vom Programm ermittelten Längen auch tatsächlich 1-zu-1 für den realen Antennenaufbau übernommen werden können. Im Programm nahm ich den Antennendraht mit einem Durchmesser von 1,1mm und mit einer PE-Isolation von 0,55mm Radius an. Mit diesen Angaben errechnete EZNEC daraus einen Verkürzungsfaktor von ca. 0,98. Konnte ich mich auf die EZNEC-Längen verlassen und die Elemente so zuschneiden? Einige Telefonate später, in denen ich mit Rick DJ0IP von Spiderbeam mein Problem diskutierte, waren meine Zweifel immer noch nicht ausgeräumt. Rick schwört auf das endgültige Feintuning einer zuvor simulierten Antenne auf dem Antennentestgelände, am besten auf einem Schiebemast. Was tun, wenn man das nicht hat?

 

 Dazu muss man wissen, dass man einen Spiderbeam sinnvollerweise zunächst vollständig auf einem kurzen Hilfsmast am Boden montiert und dann von oben auf einen z.B. vorhandenen Turm oder (Schiebe-)Mast setzt. Muss man noch abstimmen, kann man den Mast herunter lassen, Elemente tunen, wenn erforderlich austauschen und danach wieder ausfahren und das Ergebnis überprüfen. Soweit die Theorie.

 

 Allerdings lässt sich das 'auf-den-Mast-setzen' bei einem Versatower nicht so ohne weiteres bewerkstelligen, da der Rotorkorb mit Oberlager in der untersten Stellung des Mastes etwa 9m über Grund liegt. Mit einem Hubwagen geht das sicher, der ist aber leider nicht nahe genug an meinen Tower zu bekommen. Alle Zufahrten habe ich bei mir dummerweise verbaut. Wenn man jedoch die Antenne so konstruiert, dass sie sich Stück für Stück in gekippter Stellung des Versatowers aufbauen lässt, kann man diese Hürde umgehen.

 

 

 Hier ist der erste Teil des Antennentragegerüstes fertiggestellt. Die ersten 3m der jeweils 6m langen Spreizer sind bereits mit Kevlarabspannungen nach oben und Monofil-Leinen untereinander stabilisiert.

 

 Natürlich muss man während des Aufbaus einige Male den Tower wieder in die Senkrechte bringen und die Antenne mit dem Rotor drehen, um weitere Aufbau- bzw. Abstimmschritte vornehmen zu können. Darin hatte ich aber schon beim Aufbau des oben erwähnten 5-Bd-Spiderbeams reichlich Erfahrungen gesammelt. Ein notwendiges (möglicherweise wiederholtes) Abstimmen der Elemente wird aber recht mühsam und zeitaufwendig.

  

 Dennoch wollte ich den Sprung in kalte Wasser wagen. Blieb nur noch die Frage, wo kann der Erstaufbau stattfinden konnte. Der eigene Garten ist wegen Bewuchs und Zuschnitt nicht besonders gut geeignet, um das 12m x 12m-Antennenmonster aufzubauen. Gut, wenn man hilfreiche und geduldige OV-Kollegen hat, die über ein hinreichend großes und freies Grundstück verfügen, dass als Antennentestgelände dienen kann. Mein Funkfreund Kalle DH6KM ist ein immer hilfsbereiter Funkfreund, der sich sofort selbst als Aufbauhelfer und nach Rücksprache mit seiner Regierung (Ehefrau Conny) auch deren gemeinsames Grundstück mit mehr als ausreichend großer Rasenfläche zur Verfügung stellte.

 

 Jetzt konnte das Projekt in seine entscheidende Phase gehen. Rick DJ0IP und Con DF4SA sagten jede Unterstützung zu und so erhielt ich zu wirklich ham-freundlichen Konditionen alle erforderlichen Teile, die Spiderbeam liefern konnte. Dank Andreas DL9USA wurden auch meine Sonderwünsche berücksichtigt und das Paket erreichte mich unbeschädigt und schnell. Die für meine Konstruktion zusätzlich notwendigen Teile (Kauschen, Karabiner, Isolatoren und Spezialteile) wurden ebenfalls schnell und vollständig per Internet bestellt und geliefert.

 

 Was in der heimischen  Werkstatt vorgefertigt werden konnte - Balun komplettieren, Verbindungsplatte für das Tragekreuz montieren, Befestigungen für die Elemente und Abspannungen am Tragkreuz (aus MAB22 von DX-Wire) aufbohren, Anschlagpunkte für die Kevlar-Abspannungen am Drehrohr herstellen - war bald erledigt und dem Probeaufbau bei DH6KM stand nichts mehr im Weg. Ob Conny wohl nach Kalles Schilderungen klar war, welche Ausmaße die 'Wäschespinne' haben würde, die eine Zeitlang in ihrem Garten stehen würde?

 

 Das sonnige Frühlingswetter setzte ein und der Aufbau konnte beginnen. Die Abspannungen wurden an der entstehenden Antenne abgemessen. Die Kauschen-Karabiner-Verbindungen lassen eine exakte Vorhersage auf der Grundlage geometrisch errechneter Längen kaum zu, andererseits können bei dieser Befestigungsform die Längen nachträglich nur schwer abgeglichen werden. Da ist genaues Arbeiten von Anfang an gefordert, damit später nichts durchhängt oder gar zu kurz gerät. So entstand das Tragkreuz der Antenne in kurzer Zeit.

 

 Bevor mit dem Ablängen und Einbau der Elemente begonnen werden konnte, stand immer noch die Antwort auf die Frage aus: Was ist mit der Genauigkeit der EZNEC-Simulation bezüglich des Verkürzungsfaktors? Rick's DJ0IP dringender Rat, alle Elementlängen der Antenne in der Realität abzustimmen, war einfach zu mühselig und zeitaufwendig. Ich wollte vermeiden, die Geduld und Toleranz der Eigentümer meines vorübergehenden 'Antennentestgeländes' über Gebühr zu strapazieren. Eine andere Lösung musste her. Da kam mir die Idee, den vom Programm errechneten Verkürzungsfaktor exemplarisch zu verifizieren.

 

 Schnell war mit Hilfe von EZNEC ein 30m-Dipol errechnet und dessen Resonanzfrequenz und Impedanz bestimmt. Dank unseres OV-eigenen Mastanhängers, der auf Kalles Grund darauf wartet, dass er bei Fielddays oder anderen Gelegenheiten zum Einsatz kommt, lies sich die zunächst nur aus vollständigem Tragkreuz und diesem Dipol bestehende Antenne in 10m-Höhe bringen.

 

 

 

 

 

 Mit dem Antennenanalysator konnten nun die zuvor mit Hilfe des Programms bestimmten Daten überprüft werden. Siehe da, EZNEC hatte anscheinend den realen CQ-532 Antennendraht bezüglich des Verkürzungsfaktors recht genau simuliert.

 

 

 

 

 Davon ermutigt wurde weiter nach Plan gebaut. Mit Kalles Hilfe ging es flott voran. Das Ablängen der Elemente und ihrer Monofil-Verlängerungen, Anfertigen der Strahler mit ihren Paralleldrahtleitungen etc. wurde bald zur Routine und so stand der fertige Beam in all seiner Pracht (in Amateurfunkers Augen) bald in Kalles und Connys Garten.

 

 

 

 

 Da die Komplettierung insgesamt doch mehrere Wochen in Anspruch genommen hatte, wurde die 'Wäschespinne' nun doch zum Hindernis. Kalle wurde daran gehindert, mit seinem Rasentraktor dem jahreszeitlich bedingten ungehemmten Wachstum des Rasens unter der Antenne Einhalt zu gebieten, und Conny teilte meine Begeisterung bezüglich der optischen Attraktivität unverständlicherweise nicht. Das Teil musste schnell weg!

  

 Der Rückbau der Antenne gelang an einem Vormittag. Ich achtete darauf, die Abspannungen und Elemente in umgekehrter Reihenfolge aufzurollen, wie sie später beim Aufbau am endgültigen Standort benötigt wurden. Connys Garten war wieder 'Wäschespinnen-frei' und Kalle konnte endlich dem Wildwuchs des Grases mit dem Rasentraktor zu Leibe rücken. An dieser Stelle meinen herzlichen Dank an die Conny für ihre Geduld und Kalle für seine wertvolle Hilfe bei dem steinigen Weg zu meiner neuen Antenne!

 

 Für den 'Wiederaufbau' auf meinen heimischen Versatower musste ich zunächst noch Gärtnerarbeit verrichten. Es war reichlich Gebüsch zu kürzen, das den Aufbau behinderte.

 

 

 Auf diesem Bild sind nur die ersten 3m der Spreizer montiert. Sie ragen noch wesentlich weiter (im schlimmsten Fall mehr als 6m) seitlich heraus, wenn der Versatower samt Antenne gekippt ist.

 

 Mittlerweile ist aber der Berg aus Ästen und Zweigen dem Häcksler anheim gefallen und soweit zerkleinert, dass sein Volumen zur Auffüllung unseres ehemaligen (nie realisierten) Gartenteichs beiträgt. Bei herrlichem Frühsommerwetter entstand der Beam nun wie vorgesehen. Die Spannung war riesengroß, als der Tower das erste Mal aufgerichtet und die Antenne auf ihre Arbeitshöhe ausgefahren war. Was würde der Antennenanalysator nun anzeigen? War die Entscheidung, sich vollständig auf die vom Programm errechneten Maße zu verlassen, richtig oder einfach nur leichtsinnig?

 

 Die erste Messung ergab, dass die Resonanz im 30m-Band ca. 90kHz unter dem Bandanfang, auf 20m knapp darüber und auf allen anderen Bändern teilweise weit unter dem Bandanfang lag. Abstimmen war also unerlässlich. Das Spiel konnte beginnen: Mast einfahren, Mast kippen, 30m-Strahler auf einer Seite kürzen, Mast wieder etwas anheben, mit dem Rotor die Antenne so drehen, dass die andere Seite in Reichweite gelangt, Mast wieder senken, zweite Seite kürzen (immer auf die Symmetrie achten!), Tower wieder in die Senkrechte kurbeln, Mast nach oben fahren, Kontrollmessung. Ergebnis: Resonanz auf 30m jetzt nur noch 50kHz zu tief, alle anderen Bänder nur unwesentlich verändert.

 

 Also das selbe Spiel von vorn, aber weil es so heiß und schweißtreibend ist gleich auch den 20m-Strahler (nur wenig) kürzen. Uups, das war nicht gut! 30m jetzt nahezu optimal (SWR 1:1,2 @ 10,145MHz), aber 20m-Resonanz deutlich zu hoch (SWR 1:1,5 @ 14,25MHz und schlechter als 1:3 am Bandanfang). Was schreibt doch Con DF4SA in seinen Bauanleitungen für den Spiderbeam? Immer mit dem untersten Band anfangen und nie mehrere Änderungen gleichzeitig vornehmen. Alle Bänder beeinflussen sich gegenseitig, vornehmlich die unteren die oberen. Stimmt! Aber muss man immer gleich alles glauben, nur weil's irgendwo steht?

 

 Also nächster Abstimmversuch, die Änderung auf 20m wieder rückgängig gemacht, dafür aber nun 17m-, 15m- und 12m-Strahler in einem Rutsch gekürzt. Die Änderungen dazu mit Hilfe von Rothammel-Tabellen maßstabsgerecht bestimmt. Au weia, das ging jetzt aber voll in die Hose! War die Resonanz des 30m- (SWR 1:1,16 @ 10,127MHz) und 20m-Beams (SWR 1:1,25 @ 14,15MHz) nun wunschgemäß, hatten sich die Resonanzen auf 17m und 15m mehrere 10kHz über das obere Bandende, auf 12m sogar 450kHz oberhalb des Bandendes verschoben.

 

 Vier weitere Abstimmzyklen mit schweißtreibenden Mastkurbelaktionen waren notwendig, um das folgende Ergebnis zu erzielen:

 

 30m-Strahler auf jeder Seite um 14cm gekürzt  > SWR 1:1,1 @ 10,13MHz

 20m-Strahler bleibt bei errechneter Länge  > SWR 1:1,2 @ 14,145MHz

 17m-Strahler auf jeder Seite um 2cm gekürzt > SWR 1:1,2 @ 18,128MHz

 15m-Strahler auf jeder Seite um 1cm gekürzt > SWR 1:1,3 @ 21,16MHz

 12m-Strahler auf jeder Seite um 2cm gekürzt > SWR 1:1,0 @ 25,07MHz

 

 Der 12m-Strahler muss also (irgendwann) noch um die ursprünglich gekürzten 2cm verlängert werden, um die Resonanz wieder in die Bandmitte (24,94MHz) zu verschieben. Das SWR ist aber im ganzen Band so niedrig (besser als 1:1,8), dass ich diese Änderung zunächst aufgeschoben habe.

 

 Bekanntermaßen ist das Stehwellenverhältnis allein nicht entscheidend für die Performance einer Antenne. Bei der Simulation hatte ich allerdings darauf geachtet, das Abstrahlungsoptimum und das beste SWR auf eine Frequenz zu bekommen. Der Beam scheint so zu arbeiten, wie man es von einer drei bzw. auf 12m 4-Element-Yagi erwarten kann: die Vorwärts-Rückwärts-Verhältnisse sind deutlich messbar ausgeprägt, ein Gewinn kann zwar mangels Vergleichsantenne nicht bestimmt werden, scheint aber ebenfalls in der Gegend der zu erwartenden Werte zu liegen. Insofern glaube ich, dass mein bisheriger Eindruck nicht gänzlich falsch ist. Die PA muss jetzt jedenfalls nur noch selten eingeschaltet werden, um auch rares und damit umlagertes DX zu arbeiten:

 

mission accomplished!

 

Einige Details der Konstruktion

 Als Drehrohr habe ich eine koaxiale Konstruktion aus Aluminiumrohr 48x3x2000mm3 (innen) und 60x5x1200mm3 (außen) verwendet. Die Rohre hatte ich noch 'auf Lager'. Das innere Rohr ragt etwa 130cm aus dem äußeren Drehrohr heraus. Die Verbindungsplatte der Antenne (Ebene der Spreizer) ist etwa 60cm von der Drehrohrspitze entfernt.

 

 Das Balungehäuse mit dem Koaxanschluss wurde so am Drehrohr montiert, dass sich seine Oberkante ca. 45cm oberhalb der Verbindungsplatte für die Spreizer befindet. Das Maß ist nicht sehr kritisch. Das Gehäuse zeigt in Strahlrichtung, also zu den Direktoren hin.

 

 Die oberen und unteren Kevlarabspannungen der Spreizer sind am Drehrohr mit kurzen Resten (40x60x5mm3) des dickeren Antennenrohres fixiert. Diese haben sternförmig symmetrisch entsprechende Gewindebohrungen, sodass mit 4 Augenschrauben Anschlagpunkte für die Abspannungen auf Drehrohr (48x3mm) entstehen. Die in Kauschen endenden Abspannseile sind mit Karabinerhaken 3x30mm daran befestigt. Durch Verschieben kann die gewünschte Vorspannung (leichte Biegung der Spreizer nach oben) variiert werden.

 

 

 

 

 

 

 

 Die Abspannungen und Elementenden am Boom bzw. an den Spreizern habe ich mit modifizierten MAB-22 (Fa. DX-Wire) befestigt. Dazu wurden die MAB-22 zunächst gekürzt und dann auf 26mm aufgebohrt. Sie passen dann über die Steckverbindungen der Fiberglasrohre.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Die für den 30m-Strahler erforderliche Verlängerung der Spreizer konnte ich durch dünne Fiberglasrohre (Reste vom Spiderbeam V1) realisieren. Die Strahlerenden wurden mit Klebeband plus Kabelbinder auf den Spreizern fixiert. Die Zugentlastung der Strahlerenden geschieht mit je einer 2mm-Simplexklemme (Fa. DX-Wire), die hinter dem äußeren MAB-22 auf den Draht geklemmt ist. Der Draht ist durch ein freies Loch des MAB-22 gefädelt.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Alle Abspannungen aus Kevlar und Monofil enden in 2mm-Kauschen. Die Kauschen sind mit Karabinerhaken 3x30mm an den MAB-22 befestigt. Drei Kauschen passen bequem auf einen Karabinerhaken.

 

 

 

 

 

 

 

 Die Mitten der parasitären Elemente habe ich mit modifizierten Isolatoren von DX-Wire und Schlauchschellen mit Gummizwischenlagen (Spiderbeam) auf dem Boom befestigt. Die Gummiunterlagen sind mit doppelseitigem Klebeband an den Boom geklebt und zusätzlich mit Isoband fixiert. Um die Elemente symmetrisch zu halten, wurden sie mit Schrumpfschlauch so überzogen, dass die Isolatoren nicht mehr außermittig verschoben werden können.

 

 

 

 

 

 

 

 

 Die Strahler-Paralleldraht-Verbindungen werden gemäß der Spiderbeam-Bauanleitung mit den schwarzen Isolatoren hergestellt. Deren Befestigung auf dem Boom erfolgt ebenfalls mit modifizierten Isolatoren von DX-Wire und Schlauchschellen mit Gummizwischenlagen (Spiderbeam) analog zu den parasitären Elementen. Die Isolatoren von DX-Wire werden geteilt und aufgesägt, so dass sie in den Schlitz der Mittenisolatoren greifen und diese auf dem Boom fixieren.