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Einleitung:



Seit März 1986 betreibe ich einen DJ3YB-Peiler an einer "4-fach Blechantenne" (Foto 5). Langjährige Erfahrungen, gewonnen aus vielen Mobileinsätzen und aus der seit 1994 installierten stationären 8-fach Antenne (CQDL 10/2000, Seite 717 unten) haben gezeigt, daß nur ein großer Antennenkreisdurchmesser (D > Lambda) die Genauigkeit und Unempfindlichkeit gegenüber Reflexionen erheblich verbessert.
Bei Mobilantennen ist der Antennenkreisdurchmesser durch die Fläche des Autodaches begrenzt. Setzt man die Diagonale der Blechantenne mit dem Durchmesser der 8-fach Magnetfußantenne (Foto 4) ins Verhältnis, so ergibt sich ein 1,2-facher "Durchmessergewinn". Gemessen am doppelten Aufwand ist das nicht gerade viel!
Die erste Probefahrt mit der neuen 8-fach Mobilantenne im September 2000 zeigte, wie vermutet, keine großen Überraschungen. Die Anzeige der Peilung erschien in der Stadt subjektiv etwas ruhiger...

Hat sich der Bau gelohnt? Die neue Antenne sollte laut Theorie auf jeden Fall besser sein als die bisher verwendete 4-fach Blechantenne. Die Frage ist, "um wieviel" ist sie besser.

Ist eine 4-fach Magnetfußantenne (Foto 3) ein gleichwertiger Ersatz für die Blechantenne?

Was passiert wenn man die Radiale an der Blechantenne wegläßt? Manche Fuchsjäger behaupten "es funktioniert auch ohne!". Beeinflußt der reduzierte Materialaufwand die Wirksamkeit der Antenne?
Dies alles läßt sich mit einer Meßreihe in der Praxis klären:
Ich habe meinen Peiler an einen C-Control µComputer angeschlossen, die Software geschrieben und die Meßreihe mit verschiedenen Parametern gefahren (Fotos 1 + 2). Als Meßsender diente mir die Relaisstelle Kalmit (DB0XK) auf 145,700 MHz.

Ziel der Messungen war die Beurteilung der Peilereigenschaften bei Verwendung verschiedener Mobilantennen:

• Blech mit 4 Antennen (nach DJ3YB), mit 8, 4, oder ganz ohne Radiale
• 4 Magnetfußantennen (Abstand wie Blechversion: 48 cm x 48 cm)
• 8 Magnetfußantennen (Kreisdurchmesser: 83 cm)

in Kombination mit verschiedenen örtlichen Gegebenheiten:

• 360°-Kreiselfahrt (Linearität)
• Überlandfahrt (Verhalten bei Reflexionsfreiheit)
• Stadtfahrt (Verhalten bei starken Reflexionen)

Zusammenfassung der Ergebnisse:


Eine 4-fach Antenne bietet einen guten Kompromiß zwischen Aufwand und "Peilgenauigkeit" beim Mobilbetrieb.

Die 4-fach Magnetfußantenne ist gleichwertig zur 4-fach Blechantenne.

Der Peilfehler der Blechantenne mit seitlich um 13 cm gekürzten Radialen (keine überstehende Teile am Kfz àVerkehrssicherheit) ist unwesentlich größer als bei der Version mit voller Länge und kann im Mobilbetrieb vernachlässigt werden.

Die Blechantenne ohne Radiale reagiert wegen der fehlenden Masse äußerst empfindlich auf Reflexionen. Sie ist gegenüber der Version mit allen Radialen um ca. 6 dB (1 S-Stufe) unempfindlicher.

Die 8-fach Antenne ist mit 1,2-fach größerem Durchmesser ca. 1,6-fach unempfindlicher gegenüber Reflexionen im Vergleich zur 4-fach Antenne.

Die Reflexionseinflüsse sind in der Stadt weit größer als die Auflösung (1,4°) des Peilers! Aber, ein "bewegter" Peiler hat eine wesentlich kleinere Apertur als ein "stehender". Durch Integration der Meßwerte über die Zeit wird der Einfluß der Reflexionen teilweise egalisiert. Wenn man vom Berg in die Ebene peilt sind Genauigkeiten mit einer 8-fach Antenne von ±1,4° auch im "Stand" erzielbar (Quirnheim, Okt. 2000).



Die Ergebnisse im Detail:


Peilpegel und S-Wert:

Die Pegel- und S-Werte sind, wegen der besseren Darstellung auf der gleichen Y-Achse, in Bit aufgetragen:
Pegel: 0...255 Bit = 0...5 V
S-Wert: 50 Bit = 1 S-Stufe (6 dB)

Der Peilpegel der 8-fach Antenne ist generell höher als bei der 4-fach Antenne und garantiert so eine stabilere Peilanzeige unter Reflexionsbedingungen (Ein Achteck nähert einen Kreis doch besser an als ein Viereck).

Bei der Blechantenne ohne Radiale reichen die Pegelwerte teilweise bis fast auf Null. Diese korrelieren mit schlechten Peilergebnissen (z.B. Diagramm 9).

Linearität (360°-Vollkreis):

"Es gibt keinen geeigneten, reflexionsfreien Meßplatz im Umkreis von 10 Km um Ludwigshafen/Rhein!" – Jeder Busch und jeder Lampenmast ist in den Meßkurven zu "sehen". Die Linearitätsabweichung von ±3,5°, die DJ3YB reflexionsfrei an seiner 4-fach Antenne gemessen hat, war unter diesen Umständen nicht zu verifizieren. Trotz teilweiser Sichtverbindung zum 30 Km entfernten Kalmit-Relais waren meine Meßergebnisse diesbezüglich nicht befriedigend.

Eine Minimierung der Reflexionseinflüsse wäre wohl möglich, wenn man dichter an das Relais fahren, und das Auto auf einer Drehbühne motorisch um 360° drehen würde.


Wie auch immer, zum Antennenvergleich sind die Ergebnisse der Linearitätsmessungen auf jeden Fall brauchbar:

Die 4-fach Magnetfußantenne ist ein gleichwertiger Ersatz zur Blechantenne (vergleiche Diagramm 4 mit 1).

Die 8-fach Magnetfußantenne ist ca. 1,4-fach besser als die 4-fach Blechantenne (vergleiche Diagramm 10 mit 5). Der gemessene maximale Linearitätsfehlerbereich (ohne die Reflexion bei 280°) beträgt bei der 8-fach Magnetfußantenne 29°, die 4-fach Blechantenne zeigt hier 40°.

Wird die Blechantenne zugunsten der Verkehrssicherheit mit seitlich gekürzten Radialen (46 cm à 33 cm) betrieben, so kann man mit einer Vergrößerung des Linearitätsfehlerbereiches von ca. 5 Grad rechnen (vergleiche Diagramme 6 mit 5 bzw. 1 mit 2).


Versuchsweise habe ich die Blechantenne nur mit 4 vorderen und hinteren Radialen (Diagramm 7) bzw. nur mit 4 seitlichen Radialen (Diagramm 8) betrieben. Der Linearitätsfehlerbereich steigt um ca. 10° zur Version mit allen Radialen (Diagramm 5).

Fährt man ganz ohne Radiale (vergleiche Diagramme 3a, 3b mit 1), so ist von Linearität keine Rede mehr. Als ich die Messung 3a gefahren und grob vor Ort ausgewertet hatte, dachte ich zunächst an eine Fehlmessung. Ich fuhr erneut einen Kreis. Das Ergebnis war annähernd gleich schlecht (Diagramm 3b). Vielleicht war ich nicht exakt auf der gleichen Spur? Die Tendenz zur gleichen S-Kurve ist jedenfalls bei beiden Kurven deutlich erkennbar.
Tatsache ist, das System ohne Radiale wird extrem empfindlich gegenüber Reflexionen (vergleiche auch Diagramme 9 mit 5).


Überlandfahrt (500 m, leichte Rechtskurve):

Hier zeigen sich keine signifikanten Unterschiede bei allen 3 Antennen. Es ist nur der typische Digitalfehler von ±1 Bit (±1,4°) zu messen (Diagramme 11, 13 und 14). Der Peiler arbeitet ohne Reflexionen an seiner Genauigkeitsgrenze.

Eine Ausnahme macht die Blechantenne ohne Radiale (Diagramm 12):
Die Meßstrecke liegt zufällig so, daß die Antenne nahe ihrem positiven Linearitätsfehlermaximum (bei 111°) betrieben wird. Der Linearitätsfehler beträgt, nach Diagramm 3a, in dieser Richtung: +78°.
Die Fehlpeilung von +78° gegenüber den anderen Antennen ist sehr deutlich in der ersten Hälfte der Meßstrecke zu erkennen (reflexionsfrei). Gegen Ende der Meßstrecke (Foto 8) ändern sich die Werte wegen der Büsche am Straßenrand im Intervall von 73°. Die Reflexionen "verbiegen" die Meßwerte in die richtige Richtung zum statistischen Mittelwert (111°) der anderen Antennen.

Fazit: Ohne Reflexionen schlägt die reine (Nicht-)Linearität der Antenne zu Buche. Die Anzeige des Peilers zeigt "sauber und ohne Flattern" in die falsche Richtung!
Mit Reflexionen verbessert sich zwar der Mittelwert der Peilung, die "korrekte" Ablesung bedarf allerdings der optischen Integration durch den Bediener.

Die Empfangssignalstärke liegt im Mittel bei 110 Bit. Bei der Version mit allen Radialen habe ich im Mittel 160 Bit gemessen. Die Antenne ist somit um 50 Bit, entsprechend 6 dB (1 S-Stufe), unempfindlicher!
Auch der Peilpegel, welcher ein Maß für die Qualität der Peilung ist, sinkt im Durchschnitt von 98 Bit auf 57 Bit wenn man die Radiale entfernt. Das entspricht einem Faktor von 1,7 (vergleiche Diagramm 12 mit 11).

Stadtfahrt (300 m, Wohnstraße mit Einfamilienhäusern):
Die Interpretation der Meßkurven scheint bei vielen Reflexionen äußerst subjektiv. Man findet jedoch zwei markante Reflexionspunkte in den Diagrammen die sich zum Vergleich der Antennen eignen:
Die 4-fach Blechantenne mit allen Radialen (Diagramm 15) zeigt an diesen Stellen eine Schwankungsbreite von 156°, die 8-fach Antenne nur 100° (Diagramm 17). Die 8-fach Antenne hat an diesen Stellen
somit eine 1,6-fach kleinere Peilunsicherheit.
Betrachtet man nur die Teilstrecken mit "normalen" Reflexionen, so ergibt sich bei der 4-fach Antenne eine Schwankungsbreite von 86° während die 8-fach Antenne 46° zeigt. Das ergibt eine 1,9-fach kleinere Peilunsicherheit für die 8-fach Antenne.
Der statistische Peilrichtungsmittelwert für diese Wohnstraße (Foto 7) ist 173°.

Die Blechantenne ohne Radiale kann die markanten Reflexionspunkte wegen der vielen Reflexionen kaum "erkennen". Die Meßkurve (Diagramm 16) zeigt eine Schwankungsbreite von 111° um den statistischen Mittelwert von 170°.
Im Vergleich zur Version mit allen Radialen schneidet diese Antenne in der Stadt somit um den Faktor 1,3 schlechter ab.

Die 4-fach Blechantenne ohne Radiale näher betrachtet:

Das Antennenfeld besteht aus 4 "halben" GP-Antennen mit je 2 anstelle 4 Radialen. Hat das Blech keinen direkten metallischen Kontakt zum Autodach (isolierte Montage auf einem Gepäckträger, Foto Seite 9 oben), dann sind die Antennen HF-technisch unvollständig. Die äußeren Antennenrückströme können nicht über Radiale zum Antennenmittelpunkt fließen, sondern nehmen undefinierte "Umwege" über die Fahrzeugkarosserie und das Koaxkabel. Die Antennendiagramme der Einzelantennen haben somit keine Rundstrahlcharakteristik, die Vorzugsrichtungen weisen in 4 verschiedene Richtungen.

Meiner Meinung nach wird sich dies kaum ändern, wenn man versucht, die kapazitive Koppelung zum Autodach durch (isoliertes) Aufsetzen des Bleches, analog zu einer Magnetfußantenne, zu verbessern.
Die kapazitiv koppelnden Flächen sind lokal um die Antennenmittelpunkte anzusehen:
Die äußeren Antennenrückströme nutzen nach wie vor weitestgehend nur die in Richtung zum Antennenmittelpunkt liegenden Flächen als Koppelkondensator. Diese Flächen sind recht klein, weil die Antennen sehr dicht an den Kanten montiert sind.

Wie auch immer, diese Hypothese ließe sich bei Gelegenheit mit einer neuen Meßreihe verifizieren.



Meßaufbau und sonstige Parameter:

• DJ3YB-Peiler (umschaltbar auf 8 Antennen) mit PCS2000 (FM-Empänger) und C-Control µ-Computer zur automatischen Aufzeichnung von 3 Meßkanälen:

Peilrichtung, Peilgüte und Empfangssignalstärke.

• Laptop zur Archivierung der jeweiligen Einzelmessungen durch Übertragung vom C-Control über RS232-Schnittstelle auf die Festplatte.

Aufbereitung der Rohdaten zu Diagrammen mit EXCEL.

• Sequentielle Montage der Antennen auf einem Opel Corsa.

Auflösung des Peilers: 1,41°
Tau des Schaltfilters: 56 ms (Standardeinstellung von DJ3YB)
Meßsender: Relaisstelle Kalmit, DB0XK (145,700 MHz)
Maximale Meßzeit des C-Control: 41 Sekunden für 1304 Meßwertetripel
Meßrate des C-Control: 31,4 ms pro Meßwertetripel (31,8 Hz)
Wetterbedingungen: trocken, herbstlich

Kreisdurchmesser für Linearitätsmessungen:
a) Wendekreis des Opel Corsa: ca. 11 m (Foto 6)
b) Verkehrskreisel in LU-Oggersheim: ca. 33 m

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