Groundplane mit Erdnetz oder Radialen

Es gibt schon viele Beschreibungen zum Thema Vertikalantennen und Ernetz. Meistens leider nichts Konkretes oder schlicht Unsinn. Ich möchte hier ein paar Ergebnisse meiner Simulationen mit NEC-4.1 darstellen welche die Quintessenz schnell zeigt.

Dieser Artikels ist Grundlage für die Art des Aufbaus meines 2-Element-Array für 7 MHz.

Ansicht des Simulationsmodells mit Erdnetz (vergrabene Radiale)
Bild1: Ansicht des Simulationsmodells mit Erdnetz (vergrabene Radiale)

Vergrabene Radiale

Simulation Aufteilung der Drahtlänge
Bild2: Simulation Aufteilung der Drahtlänge auf Anzahl vergrabener Radiale (1/4 GP, 7 MHz)

In dieser Simulation wird der isotrope Gewinn einer 1/4 Lambda-Groundplane über einem Erdnetz bestehen aus einer variierenden Anzahl Radialen aber einer konstanten Gesamtlänge Draht dargestellt. Dabei gehe ich davon aus, daß das Vergraben oder Verlegen von Radialen immer gleiche Mühe bereitet. Wenn ich also eine bestimmte Länge Radiale auslegen oder vergraben möchte, dann aber mit dem größt möglichen Nutzen.

Wie man schnell erkennen kann gibt es für eine bestimmte Gesamtlänge aller Radiale zusammen ein eindeutiges Optimum der Anzahl und damit auch der Länge. Es macht also keinen Sinn wenige lange Radiale zu verwenden aber auch nicht zuviele zu kurze.

Länge der RadialeOptimale Anzahl
6,66m15
8,3324
13,10m38
18,1855

Tabelle1: Optimale Anzahl und Länge der Radiale

Bei der Simulation bin ich von einem mittelguten Boden ausgegangen. Die wenigsten Funkamateure können die Parameter ihres Bodens ermitteln. In einer weiteren praktischen Untersuchung werde ich mich dem Thema Bodenleitfähigkeit und relativen Dielektrizitätszahl widmen.

Die Erbenisse der Simulationsläufe in einzelnen:

Resonante Radiale oberhalb der Erde

Achtung: Bei dieser Betrachtung wird von einer symmetrischen Stromverteilung auf den Radialen ausgegangen. Das ist aber nicht einfach durch gleiche Längen zu erreichen!
Vielmehr ist dieses ein ausgesprochen schwierig zu erreichendes Ziel. Umso mehr Radiale (>12-16) umso leichter funktioniert dieses.

Simulation Anzahl der resonanten Radiale
Bild 3: Simulation Anzahl der resonanten Radiale 3 Meter über Grund (1/4 GP, 7 MHz)

Wie man sehr schnell erkennen kann spiel die Anzahl der Radiale fast keine Rolle. Nur die Verteilung sollte symmetrisch sein. In der weiteren Betrachtung werden nur noch 4 Radiale angenommen.

Es ist auch zu erkennen, daß vier resonante Radiale in einer Höhe von 3 Metern etwa den Gewinn von 27 vergrabenen Radialen mit je einer Länge größer als 18,5 Meter entsprechen. Mann kann sich also viel Arbeit sparen. Letztendlich ist aber mit extrem großen Erdnetzen noch etwas mehr zu erreichen.

Das Ergebnis der Simulation:

Wenn nun resonante Radiale, wie hoch über Grund?

Gewinn der Groundplane als Funktion der Höhe
Bild 4: Gewinn der Groundplane als Funktion der Höhe.

Wie man sieht ist eine Höhe von 1,5 bis 3 Metern durchaus ausreichend. Der Abnehmende Gewinn bei einer Höhe von 5 Metern bei dieser Simulation kommt von einem angenommenen konstanten Abstrahlwinkel. Dieser sinkt aber langsam mit steigender Höhe der Antenne über Grund.

Länge der Radiale und Abstrahlwinkel

Jetzt könnte man noch auf die Idee kommen die überlangen Radiale könnten die Abstrahlung unter sehr flachen Winkel begünstigen oder durch ein unsymmetrisches Erdnetz eine Richtwirkung zu erreichen, dann muß ich Denjenigen entteuschen.

Simulationsmodell einer Groundplane
Bild 5: Simulationsmodell einer Groundplane mit erweitertem Erdnetz in eine Richtung

Dies ist mit praktikablen Abmessungen einfach unmöglich!
Im Modell habe ich in einem Sektor die Radiale 2 Lambda lang gewählt. Der Gewinn in diese Richtung steigt erwartungsgemäß etwas zu lasten der anderen Richtungen an. Aber das Verhältniss zwischen Gewinn in der Hauptabstrahlkeule und Abstrahlung unter sehr flachen Winkeln verändert sich nicht. Der Unterschied zwischen 0,5 Lambda Radiale und 2 Lambda Radiale beträgt gerade einmal 1,5 dB. Die Notwendige Installation von 200 zusätzlichen radialen mit je 80 Meter Länge ist schon sehr groß.

Fazit

Nach dem Betrachten der obigen Ausführungen kann man verstehen wesshalb ich für mein 2-Element-Array zwei Groundplanes mit je vier resonanten Radialen in 3 Meter Höhe gewäht habe. Dies dürfte ein sehr guter Kompromiss zwischen Aufwand und erzielbarem Ergebniss darstellen. Ein vergrabenes Erdnetz hat auch seine Vorteile aber ist mit viel Aufwand verbunden.
Eine etwa symmetrische Stromverteilung auf vier Radialen zu erreichen ist aber ebenfalls sehr schwer.

Ergänzend sei auf die Seiten von Rudy Severns N6LF hingewiesen.


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