Moxon Antenne

Quelle: Wikipedia

Moxon Antennen-Rechner ▲

Frequenz in MHz
Drahtdurchmesser
John Simpson, KG4ZOW
Moxon-Algorithmus und Diagramm stammen von http://www.cebik.com/moxon/moxgen.html
AWG-Umrechnungsalgorithmus von Wikipedia

Die Moxon-Antenne: Kompakt, effizient und vielseitig

Info

Die Moxon-Antenne, benannt nach ihrem Erfinder Les Moxon (G6XN), ist eine beliebte Wahl unter Funkamateuren, die eine kompakte, direktionale Antenne mit guten Leistungsmerkmalen suchen. Diese rechteckförmige Antenne kombiniert die Vorteile einer Yagi-Antenne mit einem kompakteren Design und einfacherer Konstruktion. Seit ihrer Entwicklung in den 1950er Jahren hat sich die Moxon-Antenne zu einer bevorzugten Option für portable Operationen, begrenzte Platzverhältnisse und DX-Kommunikation (Langstreckenkommunikation) entwickelt.

Geschichte und Entwicklung

Die Moxon-Antenne wurde von Les Moxon, einem britischen Funkamateur, entwickelt und erstmals in den 1950er Jahren vorgestellt. Moxon suchte nach einer Antenne, die die Richtwirkung einer Yagi-Antenne bieten konnte, jedoch in einem kompakteren Format. Seine Lösung war eine modifizierte Zwei-Element-Antenne mit umgebogenen Enden, die später als "Moxon Rectangle" bekannt wurde.

L.B. Cebik (W4RNL), ein bekannter Antennenexperte, verfeinerte das Konzept weiter und führte umfangreiche Computersimulationen durch, um die optimalen Dimensionen für verschiedene Frequenzbereiche zu ermitteln. Seine Arbeit trug wesentlich zur Popularisierung und Verbreitung der Moxon-Antenne in der Amateurfunkgemeinschaft bei.

Technische Grundlagen

Grundaufbau

Die Moxon-Antenne besteht aus zwei Hauptelementen:

  1. Strahler (Driven Element): Das aktive Element, an das der Speisepunkt angeschlossen ist
  2. Reflektor: Ein passives Element, das zur Richtcharakteristik beiträgt

Was die Moxon-Antenne von anderen Zwei-Element-Antennen unterscheidet, ist ihre rechteckige Form. Sowohl der Strahler als auch der Reflektor haben an ihren Enden 90-Grad-Biegungen, die aufeinander zeigen. Diese Konstruktion reduziert die Gesamtbreite der Antenne im Vergleich zu einer konventionellen Zwei-Element-Yagi-Antenne.

Funktionsprinzip

Die Moxon-Antenne funktioniert nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kopplung zwischen Strahler und Reflektor. Der Reflektor, der etwas länger als der Strahler ist, reflektiert das Signal in Richtung der Hauptstrahlrichtung und erzeugt dadurch eine ausgeprägte Richtcharakteristik.

Die umgebogenen Enden spielen eine entscheidende Rolle bei der Leistung der Antenne:

  • Sie reduzieren die physische Größe der Antenne
  • Sie erhöhen die kapazitive Kopplung zwischen den Elementen
  • Sie verbessern das Vor-/Rückverhältnis (Front-to-Back Ratio)
  • Sie tragen zu einer breiteren Bandbreite bei

Typische Eigenschaften

  • Gewinn: Etwa 5-6 dBi (abhängig von der Höhe über Grund und der Konstruktion)
  • Vor-/Rückverhältnis: Typischerweise 15-25 dB
  • Impedanz: Nahe 50 Ohm, was eine direkte Anpassung an gängige Koaxialkabel ermöglicht
  • SWR-Bandbreite: Relativ breit für eine Zwei-Element-Antenne, oft 1,5:1 oder besser über mehrere Prozent der Mittenfrequenz

Konstruktion und Berechnung

Dimensionierung

Die Dimensionierung einer Moxon-Antenne folgt bestimmten Formeln, die von der gewünschten Frequenz abhängen. Es gibt mehrere Berechnungsmethoden, wobei die "Moxon Rectangle Generator"-Software von Dan Maguire (AC6LA) weit verbreitet ist.

Die grundlegenden Abmessungen werden in fünf Parametern angegeben:

  • A: Horizontale Länge des Reflektors
  • B: Horizontale Länge des Strahlers
  • C: Vertikale Länge der Reflektorbiegung
  • D: Vertikale Länge der Strahlerbiegung
  • E: Abstand zwischen den umgebogenen Enden

Eine vereinfachte Formel für die Berechnung der Gesamtlänge des Reflektors in Metern lautet:

L(Reflektor) = 152,4 / f(MHz)

Der Strahler ist typischerweise etwa 5% kürzer als der Reflektor.

Materialauswahl

Die Moxon-Antenne kann aus verschiedenen Materialien hergestellt werden:

  • Aluminium-Rohre: Langlebig und wetterfest, ideal für permanente Installationen
  • Kupferdraht: Leicht und kostengünstig, gut für portable Einsätze
  • Glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK): Als Trägerstruktur für Drahtantennen, besonders bei portablen Versionen beliebt
  • Messing- oder Kupferrohre: Für QRP-Betrieb (geringe Leistung) und experimentelle Zwecke

Praktische Bauanleitungen

Draht-Version für Portable Einsatz

  1. Berechnen Sie die Abmessungen für Ihre Zielfrequenz
  2. Schneiden Sie den Draht für Strahler und Reflektor zu
  3. Biegen Sie die Enden in 90-Grad-Winkeln
  4. Montieren Sie die Elemente auf einem nicht-leitenden Träger (z.B. GFK-Stab)
  5. Installieren Sie einen Balun am Speisepunkt (optional, aber empfohlen)
  6. Verbinden Sie Ihr Koaxialkabel direkt oder über den Balun

Permanente Aluminium-Version

  1. Verwenden Sie Aluminium-Rohre (typischerweise 10-15 mm Durchmesser)
  2. Für die Biegungen können spezielle Eckverbinder oder vorgebogene Teile verwendet werden
  3. Verbinden Sie die Elemente mit Schellen oder Schrauben
  4. Montieren Sie die Antenne auf einem Mast mit geeigneten Halterungen
  5. Verwenden Sie wetterfeste Verbindungen am Speisepunkt

Anwendungsbereiche

Amateurfunk

Die Moxon-Antenne ist besonders beliebt im Amateurfunk für:

  • DX-Verbindungen: Die gute Richtwirkung und das hohe Vor-/Rückverhältnis machen sie ideal für Fernverbindungen
  • Portable Operationen: Die kompakte Bauweise und das geringe Gewicht ermöglichen den Einsatz bei Fielddays oder vom Urlaub aus
  • Contesting: Die Richtcharakteristik hilft, Störungen zu reduzieren und schwache Signale zu empfangen
  • Satellitenkommunikation: In Dual-Band-Ausführungen für VHF/UHF-Satellitenbetrieb

Andere Einsatzgebiete

  • Funkpeilungen: Die ausgeprägte Richtcharakteristik eignet sich für Peilaufgaben
  • Notfunkeinsätze: Schnell aufbaubar und effektiv bei Katastrophenschutz-Einsätzen
  • Experimentelles: Als Grundlage für modifizierte Antennendesigns und Forschung

Varianten und Erweiterungen

Dual-Band Moxon

Eine beliebte Variante ist die Dual-Band Moxon-Antenne, die für zwei verschiedene Frequenzbänder konstruiert ist. Typischerweise werden die Elemente für das höhere Band innerhalb der Struktur des niedrigeren Bandes montiert, was eine kompakte Zwei-Band-Lösung ergibt.

Moxon mit zusätzlichen Elementen

Einige Experimentatoren haben die Moxon-Grundform um zusätzliche Direktoren erweitert, um einen höheren Gewinn zu erzielen. Diese "Extended Moxon" behält die charakteristischen umgebogenen Enden für Strahler und Reflektor bei, fügt aber Direktoren hinzu, ähnlich wie bei einer Yagi-Antenne.

Mini-Moxon

Für sehr hohe Frequenzen (VHF/UHF) werden extrem kompakte Moxon-Antennen gebaut, die manchmal als "Mini-Moxon" bezeichnet werden. Diese können so klein sein, dass sie in der Hand gehalten werden können und eignen sich hervorragend für Satellitenkommunikation oder portable VHF-Operationen.

Vor- und Nachteile

Vorteile

  • Kompakte Größe: Etwa 30% schmaler als eine vergleichbare Zwei-Element-Yagi-Antenne
  • Einfache Konstruktion: Weniger kompliziert als Yagi-Antennen mit mehreren Elementen
  • Gute Anpassung: Natürliche Impedanz nahe 50 Ohm ohne komplizierte Anpassnetzwerke
  • Hervorragendes Vor-/Rückverhältnis: Oft besser als bei traditionellen Zwei-Element-Yagis
  • Breite Bandbreite: Relativ breitbandig für eine Richtantenne
  • Geringe Windlast: Die kompakte Bauweise reduziert die Windanfälligkeit

Nachteile

  • Geringerer Gewinn: Im Vergleich zu Mehrelement-Yagi-Antennen
  • Komplexere Berechnung: Die genaue Dimensionierung erfordert Präzision
  • Konstruktionsherausforderungen: Die umgebogenen Enden können bei der Herstellung knifflig sein
  • Höhenabhängigkeit: Wie alle horizontalen Antennen ist die Leistung stark von der Montagehöhe abhängig

Praktische Tipps und Erfahrungen

Montagehöhe

Die ideale Montagehöhe hängt von der Betriebsfrequenz und den gewünschten Kommunikationszielen ab:

  • Für lokale Kommunikation (hoher Abstrahlwinkel): 1/4 bis 1/2 Wellenlänge über Grund
  • Für DX-Kommunikation (niedriger Abstrahlwinkel): Mindestens 1 Wellenlänge, idealerweise höher

Optimierung

  • Computermodellierung: Programme wie EZNEC, MMANA-GAL oder 4NEC2 können helfen, die Antenne vor dem Bau zu optimieren
  • Abstimmung: Feinabstimmung durch leichtes Anpassen der Elementlängen oder des Abstands
  • Baluns: Ein 1:1-Balun am Speisepunkt kann Mantelwellen reduzieren und die Leistung verbessern

Häufige Probleme und Lösungen

  • Instabile SWR-Werte: Oft durch lockere Verbindungen oder zu nahe Objekte verursacht
  • Geringer Gewinn: Überprüfen Sie die Montagehöhe und die Umgebung auf reflektierende Objekte
  • Verschobene Resonanzfrequenz: Anpassen der Elementlängen, besonders des Strahlers

Computermodellierung und Simulation

Moderne Antennensimulationssoftware hat die Entwicklung und Optimierung von Moxon-Antennen erheblich vereinfacht. Programme wie NEC (Numerical Electromagnetics Code) und seine benutzerfreundlichen Derivate ermöglichen eine präzise Vorhersage der Antennenleistung vor dem Bau.

Typische Simulationsergebnisse für eine gut konstruierte Moxon-Antenne zeigen:

  • Ein klares Richtdiagramm mit einem Hauptlappen in Vorwärtsrichtung
  • Ein deutlich reduziertes Rückwärtssignal (hohes Vor-/Rückverhältnis)
  • Eine Impedanz nahe 50 Ohm am Resonanzpunkt
  • Eine relativ gleichmäßige Leistung über die Zielbandbreite

Erfolgsgeschichten und Erfahrungsberichte

Zahlreiche Funkamateure berichten von positiven Erfahrungen mit Moxon-Antennen:

"Mit meiner 20m-Moxon in nur 10m Höhe konnte ich während des letzten DX-Contests Verbindungen nach Australien und Japan herstellen, trotz mäßiger Ausbreitungsbedingungen." - DL1ABC

"Die portable 15m-Draht-Moxon war der Star unseres Field-Day-Einsatzes. In weniger als 20 Minuten aufgebaut und sofort einsatzbereit mit einem SWR von 1,1:1." - OE5XYZ

"Für meine beengten Platzverhältnisse war die Moxon die Lösung. Sie passt gerade noch auf meinen kleinen Balkon und bietet trotzdem eine deutliche Verbesserung gegenüber meiner bisherigen Drahtantenne." - PA0DEF

Fazit

Die Moxon-Antenne stellt einen ausgezeichneten Kompromiss zwischen Größe, Komplexität und Leistung dar. Ihre kompakte Bauweise, kombiniert mit guter Richtwirkung und einfacher Anpassung, macht sie zu einer idealen Wahl für Funkamateure mit begrenztem Platzangebot oder für portable Operationen.

Obwohl sie nicht den Gewinn von größeren Mehrelement-Yagi-Antennen erreicht, bietet die Moxon-Antenne eine beeindruckende Leistung für ihre Größe und ihren Konstruktionsaufwand. Ihre Vielseitigkeit zeigt sich in der Vielzahl von Varianten und Anwendungen, die von Funkamateuren weltweit entwickelt wurden.

Ob als erste Richtantenne für Einsteiger oder als kompakte Lösung für erfahrene Operateure - die Moxon-Antenne hat ihren festen Platz in der Amateurfunkwelt verdient und wird zweifellos auch in Zukunft beliebt bleiben.

Weiterführende Ressourcen

Bücher und Artikel

  • Moxon, L.A. (G6XN): "HF Antennas for All Locations"
  • Cebik, L.B. (W4RNL): "The Moxon Rectangle" (verschiedene Artikel)
  • Silver, H. (Editor): "ARRL Antenna Book" (enthält Abschnitte über Moxon-Antennen)

Online-Ressourcen

  • Moxon Rectangle Calculator: Online-Tools zur Berechnung der Antennendimensionen
  • Antenna Modeling Software: EZNEC, MMANA-GAL, 4NEC2 für Simulationen
  • Amateurfunk-Foren: Diskussionen und Erfahrungsberichte zu Moxon-Antennen

Bausätze und kommerzielle Angebote

Verschiedene Hersteller bieten fertige Moxon-Antennen oder Bausätze an, besonders für die höheren Bänder (10m-6m).

Video Bauanleitung 2m / 70cm Moxon

Antennenbau 📡 2m & 70cm Moxon Beam

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YU1QT 5 ELEMENTE 6 METER MOXON

Sommer ist für 6 Meter! Deshalb hat YU1QT, Andra, ein spezielles 5-Element-6-Meter-Moxon entwickelt. Benötigen Sie Verstärkung? Wie wäre es mit 10 dBi? Die Abmessungen sind unten in Metern angegeben. Viel Spaß!!!

Super-Moxon: eine kompakte Antenne mit Gewinn (hier für 145 MHz)

https://www.darc.de/fileadmin/filemounts/distrikte/b/ortsverbaende/08/Vortraege/Super_Moxon.pdf

Dreiband Multi Moxon 20/15/10

https://www.para.org.ph/para-multiband-wire-beam-by-du1rz.html

Zum Nachbauen folgende Dateien:

Quellen

Vortrag von DL2NDL über verschiedene Moxon Antennen

6m Moxon von YU1QT

DK7ZB Yagis Ultralight

6 ele Moxon nach DU1RZ

3 ele Moxon für 11m Band