Boden Radiale und Erdung bei CB Funk

Auch wenn es unpraktisch erscheinen mag, gerade im Portabelbetrieb bringen sowohl Bodenradiale als auch ein Erdungsspieß Vorteile. Das hängt aber auch von der Antennenform ab, macht sich aber in mehrerer Hinsicht oftmals bewährt. Bevor große Sendemasten aufgestellt werden, gibt es meist umfangreiche Bodenarbeiten bei denen Metall für Blitzableitung und Grundradiale in den Boden eingebracht werden. Erst dann wird mit den Bauarbeiten für den eigentlichen Sockel der Antenne begonnen. In der "ordentlichen" Festinstallation am heimischen Haus, liegt zumindest ein Erdsystem für den Blitzschutz vor, welches Verbindung zum Erdreich aufnimmt.

Im Portabel Funkbetrieb führt das Zuleitungskabel zwischen Antenne und Funkgerät jedoch meist einen sehr direkten Weg ohne echten Bodenkontakt. Befindet sich das Funkgerät zusätzlich noch im Inneren eines Fahrzeuges, wird jegliche Verbindung zum Boden durch die Reifen unterbrochen. Jetzt ist es nun mal so, daß Antennen mit dem Grund interagieren, viele Antennen sind explizit auf Grundkontakt konstruiert und funktionieren ohne Bodenhaftung erst gar nicht. Die meisten Antennen für CB-Funk sind so ausgelegt, daß man mangelhaften Grundkontakt über die Anpassung weitestgehend 'weg anpassen' kann und zumindest das SWR so weit einstellbar bleibt. Jedoch können grundlos auch Nachteile im Betrieb entstehen, die unter bestimmten Umständen dann auffälliger werden.

Ein Problem, welches einem vor allen beim Betrieb aus dem Auto auf dem Berg begegnet, sind statische Aufladungen. Diese können bei manchen Antennenformen im stärkeren Maße entstehen und bilden sogar eine Gefahr für das Funkgerät. Insbesondere davon betroffen sind Antennen ohne Erdschluss, also ohne Verbindung zwischen Strahler und Masse (DC-grounded). Als Beispiel hat die sehr oft portabel eingesetzte T2LT/RFD-Antenne jedes Jahr einige Endstufen und RX-Eingänge auf dem Gewissen, hier besteht keine Ableitung der Aufladungen Richtung Masse. Die Kabelmasse selbst hat dann oftmals auch keinen Kontakt zum Grund, um irgend etwas gegen Erde abzuleiten. So kann der beliebte vertikal Dipol zum Stromspeicher werden und die Ladung dann über das Koaxkabel zum Funkgerät gelangen.  Solche Aufladungen geschehen in Verbindung mit bestimmten Wetterlagen, meist wenn Gewitter mit Sturm entfernt durchziehen. Bei direktem Gewitterbefall ist das Umlegen des GFK-Mastes beim Portabelbetrieb selbstverständlich und das Steckerrausziehen Routine. Steigert sich aber das Energiepotenzial in der Luft nur langsam und das Wetter bleibt lokal unberührt, kann es eben zu diesen Aufladungen kommen. Besteht dabei dauerhafter Kontakt zum Gehäuse des Funkgerätes, bleibt das meist unbemerkt und die Spannungen werden über die Masseverbindung weitestgehend abgeleitet. Ist die Antenne jedoch kurzzeitig ganz von der Ableitung abgetrennt, können sich sehr hohe Spannungen aufbauen. Wird nun der Antennenstecker einer statisch geladenen Antenne in das Funkgerät gesteckt mit PL-Pin voran, kann es zu einer Entladung in das Funkgerät kommen und dort Beschädigungen verursachen. Hier ist es dringend ratsam den PL-Stecker-Pin kurz auf Erde zu kontaktieren, bevor er in das Funkgerät eingesteckt wird. Sollte hierbei ein kleiner Funke enstehen ist Vorsicht geboten. Wenn auch bei einer zweiten Massekontaktierung wieder Spannung aufgebaut ist, sollte vom Funkbetrieb mit z.B. T2LT/RFD etc. abgesehen werden, solche Wetterlagen gehen jedoch meist schnell vorüber.

Aber auch bei Antennen mit Masseschluss bleibt das Problem der mangelnden Ableitungsmöglichkeiten im Portabelbetrieb, denn ein direkter Erdkontakt besteht auch hier nicht. Selbst wenn solche besagten Wetterlagen recht selten sind, kann man für längere Portabelaufbauten Vorsorge betreiben, das Wetter kann sich ändern. Wer nur für wenige Stunden bei gutem Wetter auf dem Berg ist, kann den Aufwand jedoch scheuen. Wohin jetzt also mit der unliebsamen Aufladung, natürlich in den Grund. Schon ein kurzer Erdungsstab im Boden und ein einfaches kurzes Kabel von dort auf die Antennenkabelmasse bringen deutlich Abhilfe.

Hierbei geht es in keinster Weise um Blitzableitung, sondern nur um die Ableitung von statischer Aufladung! Bei Gewitter gilt es weiterhin den Schwanz einzuziehen! Antennen mit Masseschluss bringen bei direktem Blitzeinschlag keinerlei Vorteile!

Der Punkt für eine Ableitung sollte möglichst nahe der Antenne geschehen, also dort wo das Koax vom Mast zum Boden kommt. Hierfür kann eine Kupplung für das Verlängerungskabel dienen, auf deren Masse die Erdleitung kommt. Es gibt aber auch spezielle wasserfeste Erdungsschellen für Koaxkabel, welche auf das Koax aufgebracht werden. Diese Schellen haben kleine Krallen die sich zur Schirmung des Kabels kontaktieren, eine Gummidichtung verschließt die Stelle wieder. Nicht ganz billig ... aber eine Anschaffung, insbesondere für aktive viel Bergfunker, die man sich leisten kann. Natürlich kann man sich sein Portabelkabel auch mit gutem Schrumpfschlauch und etwas Kabel selber bauen. "Ich selbst nutze auf Spiegellänge bemessene Portabelkabel passend zum Mast, bei denen alles für die Erdkontaktierung vorbereitet ist. So ist es kaum Mehraufwand noch kurz den Erdspieß in die Erde zu bringen und bei längeren Aufenthalten die Kombination aus GFK-Mast und vertikalem Strahler frei von Aufladungen zu halten. Das schont Geräteeingang und oftmals auch die Ohren, denn Aufladungen machen sich durchaus auch im Empfang hörbar."

Einen weiteren Weg zur Erde kann man zusätzlich über einen hochohmigen Widerstand bereit stellen. Dieser liegt als Brücke zwischen dem Innenleiter und der Schirmung des Antennenkabels. Der Widerstand ist zu hochohmig, daß über ihn HF abgeleitet wird. Statische Aufladungen hingegen können über ihn auf Masse abfließen. Am besten wird die Ableitung in eine kleine wasserfeste Metall-Box gebaut, das Koax in dieser nur aufgetrennt aber nicht unterbrochen (um Verluste zu vermeiden) und dann die Brücke mit dem Widerstand eingelötet. Sicherlich gibt es durch dieses Hindernis im Signalweg kleine Verluste, jedoch bei Antennenaufbauten mit hohem Aufladungsfaktor ist so eine Ableitung manchmal sinvoll oder sogar unverzichtbar. Die Ableit-Box kann zu dem dann auch gleich als Erdungsbox am Fußpunkt der Antenne dienen und die Masse wird hier mit dem Erdspieß verbunden. Bei λ¼ unterhalb der Antenne und den ungeraden Vielfachen davon befinden sich die optimalen Erdungspunkte auf dem Koaxkabelmantel. Eine dort angebrachte Erdung leitet zusätzlich auch effektiv Mantelwellenströme Richtung Erde ab.

Ein kleiner Spieß im Boden hilft also bei längeren portabel Aktionen schon mal als Sicherheitsbonus gegen Aufladungen, einen Einfluss auf die Reichweite wird er jedoch kaum alleine erbringen - für eine echte HF-Masse ist die Kontaktfläche eines einzelnen Stabes zu gering. Viele Antennen profitieren jedoch von einer Kontaktierung mit dem Erdreich. Diese erfolgt am besten mit Bodenradialen, also Drähten die am Boden liegen und mit der HF-Masse Verbunden sind. Idealer Anschlusspunkt ist dann der Erdungs-Bodenspieß, also am Fuß des Mastes. Die Radiale gehen nun sternförmig vom Erdungspunkt weg und erzeugen einen flächigen Kontakt. Dabei können die Drähte isoliert sein und das Kabel braucht nur locker am Grund liegen. Für den portabel Aufbau reichen dabei vier bis acht Radiale zu ca. λ¼. Hier bleibt nun die Frage: Lohnt sich dieser Aufwand denn, gibt es merkbare Signalunterschiede? Das hängt sehr von der Antennenart ab ... es gibt Antennen die weniger erdgebunden arbeiten, andere die förmlich nach Erdung schreien. Vertikale mittengespeiste Dipole wie die T2LT/RFD und die auf λ⅝ verlängerten GM-Clone sind etwas weniger auf direkten Erdkontakt angewiesen wie endgespeiste Antennen. Bei der radiallosen Halbwelle z.B. ist der einzige Weg zur Erde das Koaxkabel, wenn portabel ein (nicht leitender und geerdeter) GFK-Mast eingesetzt wird. Eine Halbwelle ist aber nun mal nicht wirklich radial los, sondern sucht Bodenkontakt. "Was reinkommt, muß auch wieder raus können ... eine Halbwellen-Antenne ist kein Faß ohne Ende". Erst mit der Interaktion zum Erdreich  findet die Welle einen Fortsatz im Grund und die Antenne erhält soz. einen radialen Erdstrahler unterhalb des Mastes. So profitieren praktisch alle Antennen von einem Radialnetz, die konstruktionsbedingt so wie so schon stärker auf die Grundbedingungen reagieren. 

Ist der Unterschied merkbar und meßbar? Das hängt stark vom Aufbauort und wie gesagt von der Antennenart ab. Auch machen sich Unterschiede zwischen ab oder zugeschaltetem Erdnetz nicht überall gleich bemerkbar. In Tests mit zahlreichen Stationen ergaben sich in vielen Fällen keine merklichen Unterschiede zwischen den Schaltzuständen, jedoch bei einzelnen Stationen dann doch. Das zugeschaltete Erdnetz brachte bei einigen Stationen deutlich stärkere Signale. Die meisten Stationen wurden auf direktem Weg über Bodenwelle oder direkter Reflexion über Raumwelle erreicht. Stationen die aber nicht in freier Direktverbindung liegen, konnten mit zugeschaltetem Bodennetz besser versorgt werden. Man kann also den Rundfunksendern angelehnt sagen, daß das Signal im Versorgungsgebiet gleichmäßiger stabilisiert ist und dadurch mehr Empfänger erreicht werden.

"Wir arbeiten hier vor allem mit Halbwellen und Antennen mit Masseschluss. Wir sind in der Nähe der Küste und unter uns befindet sich ein riesiges Süßwasservorkommen. Bei uns ergibt sich im Schnitt bei jeder fünften Station ein Vorteil durch das Radialwerk am Boden und daher Grund genug auf Erdkontakt zu gehen. Das kann unter anderen Aufbaubedingungen anders aussehen und bedeutet zusätzlichen Aufbauaufwand. Wenn der Mast jedoch länger als ein paar Stunden stehen soll, verwenden wir meist einen Erdungsspieß zur Ableitung von statischen Aufladungen. An diesem sind die Erdradiale fest angebracht und schnell ausgelegt, aber Achtung Stolperfalle."

Wir Funker sind keine kommerziellen Radiostationen, bei denen es ums Geldverdienen geht. Radiostationen sind darauf angewiesen Versorgungslücken zu schließen und einen großen Radius sicher ab zu decken, um Zuhörer zu bekommen. Daher ist es dann mehr auch privater Ehrgeiz des Funkers, das beste aus der Antennenanlage heraus zu holen. Stationäre private Funkamateure betreiben ja auch oft einen erheblichen Erd-Aufwand, bevor sie den eigentlichen Antennenmast setzen. Nur weil man portabel aufbaut, werden die Grundvoraussetzungen der guten Wellenausbreitung nicht ungültig, sondern können wie beschrieben oftmals jedoch in der Vernachlässigung entfallen. "Bei unseren Aufbaubedingungen lohnt sich der Mehraufwand für uns und bei längeren Aufenthalten ist sowohl Erdungsspieß als auch Radialnetz mit an der portabel Antenne".


Was passiert unter der Antenne - Bodeninteraktion selbst testen. Eine einfache Möglichkeit die Welt unter der Antenne zu erforschen, ergibt sich z.B. beim üblichen Stand-Mobil-Aufbau mit dem Fahrzeug. Es wird ein Auffahrfuß aufgestellt und das Fahrzeug mit einem Reifen darauf plaziert. An dem Auffahrfuß wird der GFK-Mast befestigt und die Antenne daran ausgeschoben. Das Koaxkabel geht dabei direkt von der Antenne in das Fahrzeug, dort zum SWR-Meter, dann zum Funkgerät. Das Funkgerät hängt über die Bordspannung mit auf der Fahrzeugmasse. Öffnet man nun alle Türen, Motorhaube und Kofferraum, kann sich eine sichtbare Änderung im SWR Verlauf ergeben, der Resonanzpunkt des ganzen Aufbaus kann sich verschieben. Das kommt daher, daß das ganze Fahrzeug über die Minusleitung der Bordspannung zum Teil der Antenne wird und die HF aktive Fläche unterhalb der Antenne verändert wurde. Bei erdhungrigen Antennen kann man diesen Grundkoppeleffekt sogar auf freiem Feld beobachten. Hierzu reicht es oft schon aus, das Zuleitungskabel in einem ca. 2,80m großen Kreis unten um den GFK-Mast auf den Boden zu legen um Änderungen zu erreichen. Abhängig von Aufbauort und Antennenform kann so mit einfachen Tests die Interaktion mit dem Boden erforscht und gegebenenfalls dann auch durch entsprechende portabel Maßnahmen verbessert werden. Ein sehr deutliches Beispiel liefert das sog. Schleppradial für Handfunkgeräte. Mit diesem verbessert man mit wenig Aufwand die Reichweite seines Handfunkgerätes, nur durch ein Stück Draht am Boden und dies verbunden mit der Gerätemasse. Vergleicht man nun diese Ausgangslage beim Handfunk mit der Aufbausituation beim Portabel-Aufbau (static portabble), kann man durchaus feststellen, daß viele portable Antennenaufbauten so zu sagen "mit einem Bein in der Luft hängen" und nicht Ihr volles "Erdpotential" nutzen. So finden sich dann folglich in der Antennenliteratur auch nur Hinweise auf die positiven Eigenschaften von Erdung und Bodenradialen und keine Behauptungen, daß man so etwas für static mobile nicht braucht.