Masseverbindung für Magnetfußantennen

Magnetfuß-Antennen haben häufig ein Problem: Es gibt keine vernünftige Masseverbindung. Anders ausgedrückt: Ihnen fehlt das Gegengewicht. Das fällt erst mal nicht auf, weil das Antennenkabel wie ein Gegengewicht oder Radial funktioniert. Genau das ist aber unerwünscht, weil dann Hochfrequenz unkontrolliert abgestrahlt wird – oder Störungen aus dem Autoinneren im Empfängereingang landen. Das Problem lässt sich aber leicht lösen: Mit einem Kondensator gegen die Karosserie.

Die Masse gehört unter die Antenne

Viele Funkamateure halten eine Anhängerkupplung für eine besonders gute Befestigungsmöglichkeit für eine Mobilantenne. Daran ist aber lediglich richtig, dass das der mechanisch stabilste Punkt am Fahrzeug ist. Es sprechen aber viele Punkte gegen diese Lösung:

Im fahrenden Betrieb ist diese Lösung schlicht verboten, erst recht irgendwelche Bastellösungen, bei denen Schrauben oder Blechkanten nach außen zeigen: Die Verletzungsgefahr ist schlicht zu hoch. Auch muss die Antenne innerhalb der Fahrzeugumrisse bleiben, was hier eindeutig nicht geht.
Gerade der am stärksten strahlende Teil der Antenne wird von Heckklappe oder Kofferraum abgeschirmt.
Wer die Verlängerungsspule am Fußpunkt der Antenne unterbringt, schließt die Antenne kurz: Oberhalb der Spule ist die Spannung sehr hoch und der Abstand zur Karosserie kurz. Ein großer Teil des Spulenstroms fließt also vom Antennenfuß über die Verlängerungsspule zur Karosserie und wieder zum Antennenfuß und trägt kaum etwas zur Abstrahlung bei. Dafür erhöht dieser Strom die Verluste in der Spule beträchtlich.
Kofferraumdeckel bzw. Heckklappe lassen sich nicht vernünftig erden, weil sie nur an den Scharnieren und am Schloss Massekontakt haben können. Den Rest isoliert die Dichtung zuverlässig. Das kann vor allem beim Empfang kritisch sein.
Das Argument, dass man nur so wirklich lange Antennen betreiben könne, führt sich ad absurdum: Damit die Antenne vernünftig, d.h. frei, strahlen kann, muss die Masse darunter sein und nicht daneben.

In ein früheres Fahrzeug ließ ich einen Antennenfuß einbauen – diverse Bilder des grünen Meriva gibt es noch in diesem Kapitel. Aus verschiedenen Gründen entschloss ich mich aber, diesen Weg nicht mehr zu gehen:

Der Einbau ist ein ziemlicher Aufwand. Es ist auch keineswegs sicher, dass man den Himmel wieder vernünftig befestigen kann. Besonders kritisch war der Abschluss an der Heckklappe.
Ohne stabilen Unterbau kann man sich den Aufwand gleich sparen. Das Blech heutiger Autos ist schlicht zu dünn für diesen Zweck. Wer diesen Weg gehen will, sollte zwischen zwei Streben ein Blech einschweißen lassen und dann das Loch gemeinsam durch das Dach und das Blech bohren lassen.
Alle mir bekannten Einbaufüße haben deutliche Kontaktprobleme. Außen kann man dagegen aus Korrosionsgründen wenig tun, innen muss man zumindest Eigeninitiative entwickeln. Nur die Hersteller von Autoradio-Antennen wissen anscheinend, wie das richtig geht – siehe rechts: mit Zähnen, die sich durch den Lack bis ins Blech durchbeißen. Damit trotz Verstärkungsblech saubere Masseverhältnisse möglich sind, sollte das Verstärkungsblech im Loch mit dem Dach verschweißt werden. Kurzwellenantennen haben Fußpunktimpedanzen von wenigen Ohm. Es ist also kein Luxus, den Übergangswiderstand in den niedrigen mΩ-Bereich zu treiben. Ich bekam den Einbaufuß nie so ruhig wie meine Magnetfüße.

Auch die Masseverbindung strahlt

Viele Funkamateure sind sich des Problems Masseanschluss bewusst, ignorieren aber einen alten Grundsatz: Antenne ist da, wo unsymmetrische Ströme fließen. Praktisch immer steht der Antennenfuß einer KW-Mobilantenne im Strombauch. Führt man also eine mehr oder weniger starke Leitung irgendwo ans Blech, ist ein dicker Leiter nur ein kleiner Teil der Rechnung. Außen bekommt man sowieso keinen galvanischen Kontakt hin, weil das blanke Blech spätestens beim nächsten Regen anfinge zu rosten. Einen Draht ins Fahrzeuginnere zu führen ist umständlich und koppelt Hochfrequenz ins Fahrzeuginnere ein – oder von dort aus.

Die Folgerung kann nur sein, die Masseverbindung möglichst nahe am Antennenfuß direkt auf das Dach zu bauen. Das ist bedeutend einfacher, als es auf den ersten Blick erscheint.

Masseverbindung mit der Diamond MAT50

Eine Lösung des Masseproblems gibt es schon lange zu kaufen: Diamond bietet unter der Bezeichnung MAT50 eine Magnetmatte an, die auf der Unterseite eine Metallfolie enthält. Damit kann man eine Kapazität von etwa 1 nF gegen die Karosserie erzeugen. Der Hersteller empfiehlt die MAT50 für Frequenzen ab 7 MHz, was auch meinen Erfahrungen entspricht. Auf 14 MHz reichen meiner Erfahrung nach auch 200-300 pF, wie sie der Magnetfuß Sirio 145PL schon von sich aus bietet. Für 80 m empfiehlt Diamond, zwei MAT50 zu nutzen. Ich empfehle, auf Mobilbetrieb auf 80 m möglichst zu verzichten: Der Antennenwirkungsgrad wird minimal, dafür sind die Feldstärken um so höher.

Eine Empfehlung: Im Originalzustand ist die Anschlussleitung der MAT50 viel zu lang. Ich habe sie so weit wie möglich gekürzt. Anschließend musste ich meine Antennen neu abstimmen. Der Einfluss ist also deutlich.

Der Hersteller gibt die MAT50 für maximal 100 km/h frei. Mir kam sie noch nie herunter, auch bei Geschwindigkeiten bis 140 km/h.

Masseverbindung im Eigenbau

Die MAT50 ist reichlich teuer. Im Eigenbau geht das bedeutend billiger. Als Basis eignet sich z.B. Pollin Bestellnr. 441 229 (nicht mehr lieferbar, Produktseite noch verfügbar), eine etwa 19 x 19 cm große Magnetplatte. Weiter braucht man Haushalts-Alufolie, doppelseitiges Klebeband, Alu-Klebstreifen, eine Unterlegscheibe, die man über das Gewinde einer SO239-Buchse schieben kann, und kräftiges Gewebe-Klebeband ("Panzerband").

Klebe doppelseitiges Klebeband auf die Magnetmatte.
Lege die Magnetmatte mit der klebenden Seite so auf Haushalts-Alufolie, dass die Alufolie auf der einen Seite ca. 15 cm übersteht.
Achtung: Zwischen Alufolie und Alu-Klebeband muss am Ende noch eine Unterlegscheibe. Also an diesem Ende erst noch nicht verkleben!
20 cm Alu-Klebeband mittig so auf die nicht klebende Seite der Magnetmatte und die Alufolie kleben, dass das Alu-Klebeband ca. 3 cm auf der Magnetplatte klebt.
Die Unterlegscheibe nahe des freien Endes mittig so zwischen Alufolie und Alu-Klebeband einkleben, dass ein mechanisch stabiles Gebilde entsteht.
Alle Alufolie abschneiden, die über Magnetmatte oder Alu-Klebeband übersteht.
Durch das Loch der Unterlegscheibe stechen und das Loch so erweitern, dass eine SO239-Buchse durchgesteckt werden kann.
Mit Gewebe-Klebeband den Übergang von der Magnetmatte zum Anschlussstreifen stabilisieren.
Fertig! Magnetfuß auf's Dach, Matte anschließen, Antenne draufschrauben.

Die Pollin-Platte liefert etwa 4 nF – zugegeben mit Niederfrequenz gemessen. Das sollte auch für 80 m reichen. Der Blindwiderstand dürfte so gering sein, dass sich das Säubern des Dielektrikums gewöhnlich erübrigt. Nein, ich wienere mein Auto nicht jeden Samstag! :-)

Anschließend habe ich versucht, die Magnetmatte mit Sprühlack zu versiegeln. Es zeigte sich aber, dass das nicht hielt. Man sieht es auf dem Bild. Wer Angst um seinen Autolack hat, sollte eine dünne Folie dazwischen legen. Ich denke da beispielsweise an Folie für einen Tageslichtprojektor. Kennt die in der Zeit der Beamer überhaupt noch jemand? :-)

Eine Mantelwellendrossel ist unverzichtbar

Der Magnetfuß ist natürlich hochfrequenmäßig warm. Eine Mantelwellendrossel unmittelbar am Magnetfuß ist also Pflicht! Sonst wird das Antennenkabel zum Radial, koppelt also Hochfrequenz in den Fahrgastraum und Funkstörungen in den Empfängereingang. Wer am Funkgerät noch eine VHF/UHF-Antenne angeschlossen hat, muss aus dem gleichen Grund auch dort eine Mantelwellendrossel anbringen, um Störungen im KW-Bereich zu vermeiden.

Der Einfluss der Koppelkapazität

Die oben beschriebene kapazitive Kopplung wirkt sich natürlich auf die elektrischen Eigenschaften der Antenne aus: Die Fußpunktimpedanz erhält eine Serienkapazität. Wie beschrieben konnte ich auf 20m auch ohne Magnetmatte arbeiten, musste aber für den Betrieb mit Magnetmatte die Antennen neu abstimmen. Auf 20m sank die Resonanzfrequenz um etwa 300 kHz. Anders ausgedrückt: um die Koppelkapazität zu kompensieren, muss der Strahler eine induktivie Komponente liefern. Seine natürliche Resonanzfrequenz, also gegen eine große, gut leitende Ebene oder einen zweiten, gleichartigen Strahler, liegt höher.

Dabei sollte man aber immer bedenken, dass die Impedanz eines Strahlers primär für das Zusammenspiel mit dem Empfänger oder Sender wichtig ist. Für das Strahlungsdiagramm interessiert nur die Stromverteilung in der Antenne. Es gibt genug Beispiele, dass Strahler bewusst abseits ihrer natürlichen Resonanzfrequenz betrieben werden, um spezielle Abstrahlcharakteristiken zu erzielen.

Man denke nur an die früher so beliebten Federfußantennen für den 2m-Mobilbetrieb, die 5/8 λ lang waren und deutlich Gewinn gegenüber einem λ/4-Strahler versprachen. Die Feder war die Verlängerungsspule. Nur vergaß man damals, dass diese Antennen vorzugsweise unter wenigstens 30° Erhebungswinkel abstrahlten und damit in den Himmel. Diese Erkenntnis hatten die Konstrukteure von Mittelwellen-Sendeantennen schon in den 1930er Jahren, weil diese Steilstrahlung während der Dunkelheit einen Ring mit heftigem Fading durch Überlagerung von Boden- und Raumwelle erzeugte. Deshalb verkürzten sie die Antennen auf 190° elektrische Länge, also etwas über λ/2. Das senkte den Erhebungswinkel mit dem höchsten Gewinn deutlich ab.