© Christoph Petermann DF9CY 2004/2007
Last Revision: 05 December 2007
Anlass
Ich stand vor dem Problem, die Einhaltung der Vorschriften nach BemFV an meiner Antennenanlage speziell auf 144 MHz überprüfen zu wollen. Berechnungen mit EZNEC und anderen Tools führten zu keinem eindeutigen Ergebnis, da die Situation vor Ort durch die vorhandenen Gebäude recht komplex ist. Da ich nicht jederzeit derartige Messungen durchführen muss, habe ich auch keine speziellen Messsonden angeschafft. Hinsichtlich Herzschrittmacher (HSM) Grenzwerte ist 144 MHz eine kritische Frequenz.
Messantenne
Ich habe noch eine 4 Element Yagiantenne zur Verfügung, die auch mit einem verlustarmen Teflonbalun ausgestattet ist. Laut EZNEC hat die Antenne einen Gewinn von 7,33 dB über Dipol. Die Antenne habe ich auf ein Holzstativ in mittlerer Höhe von 3m aufgebaut und mit 2,5m H2000 Flex Kabel (4,7dB/100m/144 MHz) versehen.
Aufbau
- Antenne: 4 Element angesetzt 7,0 dB über Dipol mit Teflonbalun
- Kabel: 2,5m H2000 Flex mit 0,25 dB Dämpfung incl. N-Stecker
- Höhe: 3m auf Holzstativ vertikal und horizontal schwenkbar.
- Messgerät: FSH3 Rohde & Schwarz Spektrumanalyser frisch kalibriert (QRL).
Messungen
Ich habe eine Reihe von Messungen auf dem Grundstück und auf der Straße vor dem Haus vorgenommen und diese Werte in einer Tabelle abgelegt. Ferner wurden die Meßpunkte in einer Skizze eingezeichnet. Die Meßwerte können also den Messwerten zugewiesen werden.
Umrechnungen
Wie komme ich nun von den Messwerten zu Feldstärkeaussage ? Dazu muß man sich ein paar Gedanken machen:
* Angabe des Antennengewinns in dBi, also über Isotropstrahler und Umrechnung in Gewinnfaktor G = 10(gi/10) mit gi = Antennengewinn über Isotrop
* Berechnung des Antennenfaktors. Dieser ergibt sich aus der Anpassung der Antenne an den freien Raum. Hersteller von Messantennen geben diesen Faktor im Allgemeinen mit an. Haben wir eine Antenne mit bekanntem Gewinn lässt sich dieser Faktor auch errechnen: k [dB/m] = -29,774 dB + 20 * log(F [MHz]) - g_prakt. g_prakt ist der "praktische Gewinn" einer Antenne in dBi, also der auf der Frequenz gemessene oder bestimmte Gewinn. *1)
* Angabe der Kabelverluste und sonstigen Verluste: Ich habe ein zusätzliches Dämpfungsglied benötigt mit A = 10 dB.
* Sicherheitswert: 1dB ist immer sinnvoll.
* Hier erhalten wir jetzt einen korrigierten Wert für die Anzeige, der sich aus der Summe der Angegebenen Werte zusammensetzt.
* Die Leistungsflussdichte berechnet sich nun: S [W/m2] = (10(Messwert/10)/1000)*(4*PI /(G*WL2)) mit G = Antennengewinn als Faktor (nicht in dB! siehe oben) und WL = Wellenlänge in m.
* Umgerechnet in elektisches Feld ergibt sich: E [V/m] = Wurzel(377 * S)
ACHTUNG: Es geht hier um die Messantenne und NICHT um die zu vermessende Antenne bzw. Anlage.
Vergleich
Ich habe die gemessenen Werte mit den mit EZNEC und denen duch das Programm Watt32 erhaltenen Daten verglichen. Sie erscheinen mir sehr plausibel.
Schneller Rechnen ...
Nichts liegt näher, als eine EXCEL Tabelle zu erstellen, die die Arbeit übernimmt. Die komplette Datei gibts auch zum Herunterladen: feldstaerkemessung_df9cy.xls.
Fazit
Nach diesem Verfahren habe ich dann am FSH Spektrumanalyser eine Grenzlinie gesetzt und dann das Grundstück noch mal in alle Richtungen vermessen. Ich konnte zwei Orte auf dem Grundstück feststellen, an denen die HSM Werte für CW (8,78 V/m) überschritten werden. Diese Orte befinden sich ca 5m vom Antennenmast entfernt. Ausserhalb meines "Anwesens" ist kein Erreichen des Grenzwerts festzustellen. Die Messungen habe ich mit 150W an meiner 9 Element Antenne [11m Höhe und 15° Elevation] durchgeführt.
Nachtrag
Ich habe jetzt noch Messungen mit einem Dipol (aus der 4 Element) durchgeführt. Es ist dabei 0 dBd anzusetzen und der Antennenfaktor entsprechend zu korrigieren. Ich komme zu gleichen Ergebnissen, wenn gleich die Messung deutlich eindeutig ist. Der Dipol reagiert deutlich stärker auf die Umgebung, als es bei der 4 Element der Fall ist. Dort konnte ich kaum Unterschiede in der Anzeige bemerken, wenn ich mich hinter der Antenne bewegte. Mit dem Dipol (in 3m Höhe) jedoch konnten Unterschiede um 5 dB und auch mehr festgestellt werden. Hinter mir herfahrende Autos in 6m Abstand waren waren deutlich bemerkbar - nicht aber mit der 4 Element.
Zum Nachlesen
*1) Siehe auch Dr.-Ing U.Jakobus, Prof.-Dr.-Ing F.Landstorfer: Berechnung des Antennenfaktors im Nah- und im Fernfeld von EMV-Antennen und kritische Beurteilung der Meßverfahren.