Was ist eine Stromsummenantenne?

Autor: Andreas, DL8WA

Eine Stromsummenantenne ist eine Dipolantenne, die auf mehreren Amateurfunkbändern resonant ist. Sie arbeitet auf dem niedrigsten Betriebsband als Halbwellendipol; auf den höheren Bändern ist sie entsprechend mehrere Halbwellen lang. Der Einspeisepunkt befindet sich auf genau 1/3 der Antennenlänge; an diesem Punkt ist der Speisepunktwiderstand für das Grundband und alle dazu geraden harmonischen Bänder ca. 230 Ohm, Resonanz vorausgesetzt. Die Antenne nennt man daher auch OCF-Dipol (= Off-Center-Fed Dipole). Wenn man den Verkürzungsfaktor außer Acht läßt, läßt sich das mathematisch leicht zeigen, was ich mir hier erspare. Eine Stromsummenantenne ist deshalb eine einfach und preisgünstig herzustellende Mehrbandantenne, die – richtig dimensioniert – ganz ohne Antennentuner auskommt. Die ersten kommerziellen Versionen wurden von Kurt Fritzel, DJ2XH, unter der Bezeichnung FD-3 (Fritzel-Dipol 3 Bänder), FD-4 und FD-5 vertrieben.

Die Stromsummenantennen sind in der Literatur als TVI- und BCI-Schleuder verrufen, jedoch ist das meistens auf unzulänglichen Aufbau zurückzuführen – dazu unten mehr.

Die Dimensionierung einer Stromsummenantenne ist denkbar einfach: Die maximale Spannlänge bestimmt die tiefstmögliche Betriebsfrequenz. Nehmen wir an, es stehen 45m maximale Spannlänge zur Verfügung, dann ist das tiefstmögliche Band 80m, denn ein 80m-Halbwellendipol ist ca. 40m lang. Bei der praktischen Dimensionierung ist der Verkürzungsfaktor von entscheidender Bedeutung; er berücksichtigt Endeffekte des Dipols und darf deshalb nur für eine Halbwelle eingerechnet werden. Man muß sich daher überlegen, welches das Haupt-Betriebsband der zu dimensionierenden Antenne ist.

Nehmen wir an, der Verkürzungsfaktor ist 0,95 (ein Wert, der in der Praxis fast immer funktioniert): Dimensionieren wir die Antenne auf die Bandmitte im 80m-Band, so muß der Antennendraht insgesamt 150*0,95/3,65=39,04m lang sein. Ist jedoch das 20m-Band unser Hauptbetriebsband, ist die Antenne vier Halbwellen lang, und wir dürfen den Verkürzungsfaktor nur für eine Halbwelle berücksichtigen. Es ergibt sich so eine Länge von 150*3,95/14,25=41,58m – die Antenne ist damit für das 80m-Band eigentlich zu lang; die rechnerische Resonanzfrequenz im 80m-Band liegt bei 3,43MHz und damit unterhalb der Bandgrenze! Eine Stromsummenantenne ist deshalb nur für das Dimensionierungsband exakt resonant; für alle tieferen Bänder ist sie zu lang, und für alle höheren Bänder zu kurz. Bei den höheren ist das aber nicht so tragisch, denn dort ist sie – Stichwort Gruppenantenne – ohnehin breitbandiger. Aber auch auf den tieferen Bändern funktioniert sie in der Praxis meist noch zufriedenstellend.

Praktisch mache ich es so: Ich dimensioniere die Antenne auf ein Vorzugsband, z.B. 14,25MHz, und addiere auf die errechnete Drahtlänge noch etwas drauf, damit ich hinterher genug zum Abschneiden habe. Dann wird die Antenne aufgehängt und mit einem Antennenanalyzer auf der Dimensionierungsfrequenz geprüft. Ein Zuviel an Länge wird solange abgeschnitten, bis der Speisepunktwiderstand auf der Dimensionierungsfrequenz rein ohmsch ist. Dabei muß man daran denken, daß man am kurzen Schenkel nur 1/3 des Zuviel abschneidet, und am langen Schenkel 2/3 des Zuviel, sonst stimmt hinterher nichts mehr…

In der Praxis ist die korrekte Speisung entscheidend, ob die Antenne funktioniert oder nicht. Zur korrekten Speisung gehört zunächst die richtige Anpassung von 50 Ohm Impedanz der Speiseleitung auf die ca. 230 Ohm Speisepunktwiderstand. Hier haben sich die von Wolfgang Wippermann DG0SA beschriebenen Spannungsbaluns in Spartrafoschaltung hervorrragend bewährt, insbesondere wegen seiner sehr verlustarmen Wickeltechnik. Durch die Spartrafoschaltung werden übrigens statische Aufladungen der Antenne gut abgeleitet.

Ebenso wichtig ist eine gut funktionierende Mantelwellensperre, die unmittelbar vor dem Spannungsbalun sitzen muß (weitere schaden nicht). Hier bevorzuge ich, anders als Wolfgang, Mantelwellensperren aus Ringkernen und RG-58-Koaxkabel nach Joe Reisert W1JR. Die meisten Fehldesigns von Stromsummenantennen resultieren aus unzulänglichen Mantelwellensperren und dadurch entstehenden Abstrahlungen über die Schirmung der Speiseleitung, also TVI und BCI. Die Fehler reichen dabei von ungeeignetem Kernmaterial über falsche Wickeltechnik bis hin zur Vereinigung von Anpaßtrafo und Mantelwellensperre auf einem Ringkern…

Noch ein Wort zur Speiseleitungslänge: Beim Abstimmen der Antenne mittels Antennenanalyzer schätze ich es sehr, wenn die Speiseleitung inklusive des Koaxstücks der Mantelwellensperre (das ist übrigens der Grund, warum ich koaxiale Mantelwellensperren bevorzuge!) eine Länge hat, die einem ganzzahligen Vielfachen einer halben Wellenlänge der Abstimmfrequenz entspricht, um die Messung nicht durch Transformationen der Koaxleitung zu verfälschen. Hier mag mancher einwenden, daß man ja genau das nicht machen sollte, um Einstrahlungsprobleme zu vermeiden. Tatsächlich ist es aber so, daß gängige Koaxkabel (u.a. RG-58 und RG-213) Verkürzungsfaktoren von etwa 0,66 haben – und damit ist die Länge des Koaxkabels für Einstrahlungen von außen normalerweise eben nicht ein Vielfaches einer halben Wellenlänge! Sollte das zufällig doch einmal der Fall sein, kann man in diese Speiseleitung an geeigneter Stelle weitere Ringkerne als Mantelwellensperre einwickeln, die TVI und BCI unterdrücken, die Antennenmessung selbst aber nicht beeinflussen.

Stromsummenantennen mit 80m oder 160m Grundwelle funktionieren übrigens auch auf den WARC-Bändern 18MHz und 24,5 MHz:

Antennenlänge ~10m: Betriebsbänder 14MHz und 28MHz
Antennenlänge ~20m: Betriebsbänder 7MHz, 14MHz und 28MHz
Antennenlänge ~40m: Betriebsbänder 3,5MHz, 7MHz, 14MHz und 28MHz, plus 18MHz und 24,5MHz WARC
Antennenlänge ~80m: Betriebsbänder 1,8MHz, 3,5MHz, 7MHz, 14MHz und 28MHz, plus 18MHz und 24,5MHz WARC

Alle Antennen lassen sich auch noch im 50MHz-Band betreiben, wenn die Ferritmaterialien im Impedanzübertrager und der Mantelwellensperre mitspielen.

Es gibt im Internet auch Anleitungen, Stromsummenantennen mittels parasitärer Strahler und/oder Zusatzdrähten auf die Bänder 10MHz und 21MHz zu erweitern. Dazu muß ich sagen, daß für diese Bänder eine zweite Stromsummenantenne mit ca. 15m Länge wahrscheinlich mit kleinerem Aufwand realisierbar ist. Insbesondere die Abstimmung parasitärer Elemente erscheint mir doch arg kompliziert.

Fortsetzung demnächst: Wie baue ich eine vielseitig verwendbare Stromsummenantenne für Portabelbetrieb.