Hexbeam G3TXQ

hexbeam ist eine Draht-Richtantenne, die die Prinzipien von yagi a Moxon antény. Verziu G3TXQ, produziert von Anthony MW0JZE seit 2009Diese Antenne wird heute von vielen Funkamateuren als Ersatz für die klassische Multiband-Yagi- oder Quad-Antenne an Land eingesetzt, wo kein Platz für eine größere Konstruktion vorhanden ist. Der Artikel beschreibt das Funktionsprinzip, den mechanischen Aufbau, die Entstehungsgeschichte, die Erweiterung um das 40-Meter-Band, die Balun-Lösung sowie praktische Erfahrungen beim Bau einer ähnlichen Antenne unter häuslichen Bedingungen.

Vorteil der Hexbeam-Antenne

Der Hauptvorteil der Hexbeam-Antenne liegt in der Kombination aus Richtwirkung und geringer Größe. Diese Konstruktion erreicht eine Verstärkung von ca. 5 bis 6 dBi und ein Vor-/Rückverhältnis von bis zu 20 dB, wodurch ihre Parameter denen einer Zwei-Element-Yagi-Antenne sehr ähnlich sind. Mit sechs parallelen Armen lassen sich bis zu sechs separate Frequenzbänder auf einer einzigen zentralen Säule anordnen. Jedes Band fungiert dabei als unabhängige Zwei-Element-Antenne ohne Spulen und Bandpassfilter, also ohne die üblicherweise damit verbundenen Verluste.

Der größte praktische Vorteil gegenüber einer klassischen Yagi-Antenne liegt in ihrer Größe. Die Sechsband-Hexbeam G3TXQ hat einen Drehradius von nur 3,25 m, während eine vergleichbare Zwei-Element-Yagi-Antenne für das 20-m-Band eine Spannweite von 10,75 m und einen Drehradius von 5,75 m benötigt. Dadurch passt die Hexbeam in einen normalen Garten und lässt sich selbst mit einem weniger leistungsstarken Rotator drehen.

Die ursprüngliche Hexbeam-Antenne aus den 1990er-Jahren wies Schmalbandeigenschaften auf und musste abgestimmt werden. Die G3TXQ-Version hingegen ist breitbandig ausgelegt – bei korrekter Montage benötigt sie keinen Antennentuner, und das Stehwellenverhältnis (SWR) bleibt über den gesamten Frequenzbereich niedrig.

Hexbeam-Antennenmerkmale

Die Hexbeam G3TXQ ist eine vollwertige Zwei-Element-Yagi-Antenne mit gebogenen Drahtelementen. Das Speiseelement hat in der Draufsicht eine M-Form, der Reflektor ist U-förmig. Die Antenne kann als Einband- oder Mehrbandversion ohne nennenswerte Leistungseinbußen aufgebaut werden, da sich die einzelnen Bänder praktisch nicht gegenseitig beeinflussen – das Trennen oder Modifizieren eines Elements hat nahezu keine Auswirkungen auf die anderen Bänder.

Die Sechsbandantenne hat eine Gesamtbreite von 6,5 m und eine Höhe von der Grundplatte bis zur Spitze der Mittelsäule von 107 cm. Das Gewicht der aktuellen Version mit dickeren Einsätzen wird mit Stand 2014 mit 12 kg angegeben, die ältere Version mit dünneren Einsätzen wog 9,5 kg.

Der Hersteller gibt an, dass die Antenne in Großbritannien bis zu 400 W getestet wurde. Einige Nutzer betreiben sie regelmäßig im SSB-Modus mit bis zu 2 kW und im CW- und Digitalbetrieb mit bis zu 1 kW. Die mechanische Belastbarkeit wurde bis zu Windgeschwindigkeiten von 120 km/h getestet. Dieser Wert gilt jedoch nur, wenn der Mast die gleiche Last tragen kann.

Die angegebenen Werte wurden vom Hersteller für die Sechs-Band-HD-Version der G3TXQ Hexbeam veröffentlicht; die Verstärkung wird in dBd angegeben, zur Umrechnung in dBi müssen 2,15 dB addiert werden.

Geschichte der Hexbeam-Antenne

Das Hexbeam-Konzept wurde erstmals von Mike Traffie, N1HXA, entworfen, der seinen Entwurf 1996 in Communications Quarterly veröffentlichte. Dieser ursprüngliche Entwurf, der heute als „klassischer“ Entwurf bezeichnet wird, hatte einen Wenderadius von ungefähr 2,9 m und deckte die 20-, 17-, 15-, 12- und 10-m-Bänder ab.

Der britische Funkamateur Steve Hunt, G3TXQ, untersuchte die ursprüngliche Konstruktion genauer und stellte Abweichungen in den von verschiedenen Erbauern angegebenen Werten für Verstärkung, Bandbreite und Vor-/Rückverhältnis fest. Ende 2007 veröffentlichte er die Ergebnisse seiner Modifikation im Online-Magazin AntennaX unter dem Titel „Broadband Hexbeam“. Ab 2008 verbreitete sich diese Breitbandversion unter Funkamateuren. Hunt veränderte die Abmessungen und die Form der Elemente, sodass die Antenne breitbandig und ohne Abstimmung funktionierte. Das angeregte Element behielt seine M-Form, der Reflektor erhielt jedoch eine halbkreisförmigere Gestalt. Die Bandbreitenerweiterung ging mit einem auf 3,25 m vergrößerten Ablenkradius einher.

Die kommerzielle Produktion der Breitbandversion der G3TXQ begann im Juli 2009 durch Anthony, MW0JZE, basierend auf einer Anfrage für eine Antenne für die portable IOTA-Aktivität. Die Produktion wird von Steve Hunt, G3TXQ, geleitet und firmiert seit dem 31. März 2013 unter dem Namen Hexbeam UK. Laut Hersteller wurden bisher über 3000 Einheiten der Antenne in über 65 Länder verkauft.

Mehrband-Hexbeam-Antennendesign

Zentralsäule

Das Herzstück der Konstruktion bildet die von uns entwickelte Luftkoaxial-Zentralsäule MW0JZE, die seit August 2012 gefertigt wird. Der Außenleiter besteht aus einem Aluminiumrohr mit 35 mm Durchmesser und 3,5 mm Wandstärke. Der Innenleiter ist ein massiver Stab, der auf Nylon-Abstandshaltern in der Mitte des Rohrs gelagert ist. Die Säule selbst enthält kein Koaxialkabel. Die Konstruktion ist für eine Impedanz von 50 Ohm ausgelegt und symmetrisch, was die Ausgewogenheit der Stromversorgung und die Isolation von anderen Bauteilen verbessert. Die Säule ist oben mit einem Nylonstift wasserdicht verschlossen. Der Stromanschluss ist ein SO-239-Stecker; auf Anfrage ist auch ein N-Stecker erhältlich. 

Grundplatte

Die Grundplatte besteht aus 6 mm starkem, CNC-gefrästem Aluminiumblech der Güteklasse T6 und verfügt über eingravierte Markierungen zur präzisen Positionierung der Abstandshalter. Alle U-Bügel und Befestigungselemente sind aus Edelstahl. Der untere Flansch ist für einen maximalen Durchmesser des Stützrohrs von 50 bis 40 mm (metrisch) bzw. 1 7/8 bis 1 5/8 Zoll ausgelegt, bei einer empfohlenen Mindestwandstärke von 2,5 mm.

Glasfaserverkleidungen

Jeder der sechs Arme besteht aus drei Abschnitten extrudierten Fiberglasprofils, von denen einer im zusammengeklappten Zustand 353 cm lang ist.

Die Enden der Segmente sind mit Aluminiumhülsen verstärkt, um ein Brechen beim Biegen der Streben in Antennenform zu verhindern. Jeder Arm ist mit Mastrant P2-Spannseilen mit einer Zugfestigkeit von 95 kg am Mast und am benachbarten Arm befestigt, welche die Streben im korrekten Bogen halten. Die Leiter werden in HDPE-Halterungen auf den Streben geführt, die der Hersteller in der Überarbeitung vom Januar 2025 durch die ursprüngliche, weniger haltbare Ausführung ersetzt hat.

Drahtelemente

Die Antenne wird standardmäßig in einer Fünf- oder Sechsband-Ausführung für einen Frequenzbereich von 6 bis 20 m geliefert. Jedes Element ist eine separate Einheit, sodass das Hinzufügen oder Entfernen eines Bandes die Eigenschaften der anderen kaum beeinflusst. Die Leiter bestehen aus siebenadrigem Kupferdraht mit PVC-Isolierung; zwischen dem Speiseelement und dem Reflektor befinden sich Polyesterseil-Abstandshalter.

Seit Januar 2013 sind alle Bauteile mit speziell entwickelten Isolatoren ausgestattet, um Lichtbögen bei längerem Betrieb mit hoher Leistung im CW- und Datenmodus, wie er typischerweise bei Wettbewerben oder DXpeditionen auftritt, zu verhindern. Alle Verbindungen sind mit Schrumpfschlauch abgedichtet.

Laut Hersteller dauert die vollständige Antennenmontage etwa eine Stunde. Die optimale Höhe über dem Boden liegt bei über 10,7 m, jedoch liefert die Antenne bereits ab einer Höhe von etwa 6 m über freiem Gelände ohne nahegelegene Hindernisse zufriedenstellende Ergebnisse, wobei das Stehwellenverhältnis (SWR) mit zunehmender Höhe abnimmt.

Erweiterung des 40-m-Bandes

Für Besitzer der Sechsband-Hexbeam G3TXQ ist ein zusätzliches 40-Meter-Band-Erweiterungsset in Form eines einzelnen Dipolelements erhältlich. Das Set umfasst sechs Verlängerungsarme mit Zubehör, einen vertikalen Verlängerungsarm und einen Adapter. Balun für den direkten Anschluss eines 50-Ohm-Netzteils mit einer Leistungsaufnahme von bis zu 1,5 kW und des Drahtelements selbst für das 40-m-Band.

Das Set ersetzte die ältere Siebenband-Hexbeam-Antenne, deren Produktion aufgrund ihrer hohen Komplexität und des hohen Arbeitsaufwands eingestellt wurde. Das neue Set lässt sich an bestehende Sechsbandantennen nachrüsten, erhöht das Gewicht nur um wenige Kilogramm und ist in etwa einer Stunde montiert.

Laut Modellierung im EZNEC-Programm erreicht das Element selbst im freien Raum auf 40 m einen Gewinn von 3,77 dBi, der Referenzdipol unter denselben Bedingungen einen Gewinn von 2,14 dBi. Bei einer Montagehöhe von 10 m über dem Boden zeigte die Modellierung zudem eine Steigerung des Richtgewinns des benachbarten Elements auf 15 m – von 9,12 dBi auf 10,35 dBi. Das Vor-/Rückverhältnis erhöhte sich von 16,51 dB auf 16,94 dB, während sich die Breite des Strahlungsbündels bei verbesserter Seitendämpfung verringerte, allerdings mit der Ausbildung ausgeprägterer Rückkeulen.

Die Bandbreite des 40-m-Elements liegt laut Herstellerangaben ca. 175 kHz unterhalb der SWR-Grenze von 2:1 und damit im Bereich der meisten integrierten Antennentuner moderner Transceiver. Der Mittenbereich kann bei der Bestellung entsprechend dem gewünschten Frequenzbandabschnitt angegeben werden. Mit dem 40-m-Kit erhöht sich der Drehradius der Antenne auf 4,1 m, das Kit wiegt ca. 3,5 kg.

Balun

Der Hexbeam wird über eine einzelne 50-Ohm-Leitung mit Strom versorgt und benötigt laut Herstellerangaben einen Balun oder eine 1:1-Drossel, die so nah wie möglich am Speisepunkt platziert wird – in der Praxis typischerweise in 20 m Höhe nahe der Spitze der zentralen Säule –, um Gleichtaktströme auf dem Koaxialkabelmantel zu unterdrücken.

Zusätzlich zu den Antennen liefert MW0JZE auch einen eigenen Inline-Isolationsbalun nach dem W1JR-Konzept mit einem FT240-43-Ringkern. Die Wicklung besteht aus 70 cm RG-303-Koaxialkabel, das in acht Windungen um den Kern gewickelt ist. Das Ganze ist in einem wasserdichten Gehäuse aus Polyesterharz untergebracht und verfügt beidseitig über SO-239-Anschlüsse. Der Balun ist bis zur in Großbritannien geltenden maximalen Sendeleistung getestet. Der FT-240-Kern kann im SSB-Betrieb bis zu 1 kW Leistung bei einem idealen Stehwellenverhältnis (SWR) von 1:1 verarbeiten, jedoch nicht in Betriebsarten mit vollem Tastverhältnis wie CW oder Datenbetrieb.

Bei der Auswahl einer geeigneten Drossellösung verweist der Hersteller auf eine separate Studie von Steve Hunt, G3TXQ, der die Impedanz verschiedener Kerne und die Windungszahl bei der Unterdrückung von Gleichtaktströmen verglich. Empfohlene Optionen sind beispielsweise acht Windungen RG58-Kabel oder alternativ RG142 auf einem FT240-43-Kern oder sechs FB-31-1020-Ferritkerne auf einem RG213-Kabel.

Bauerfahrung

Ich habe zu Hause eine Hexbeam-Antenne für drei Bänder gebaut. Trotz ihrer optischen Einfachheit ist sie eine aufwendig herzustellende Antenne, aber die Materialien sind nicht teuer, die Größe ist akzeptabel und sie funktioniert einwandfrei.

Ich verwendete eine Grundplatte aus Duraluminium. Darauf ist ein Duraluminiumrohr mit Winkelverbindern befestigt, das die Endpunkte der Heizkörper, die Koaxialverbindungen zwischen ihnen und die Ösen zur Befestigung der Spannseile trägt. Die Wasserdichtigkeit dieser Verbindung muss unbedingt beachtet werden.

Die einzelnen Elemente werden durch handelsübliche Fiberglas-Angelruten gestützt, deren dickere Teile verwendet werden. Jede Verbindung ist zusätzlich mit einer Schlauchschelle und einer Gummidichtung – einem alten Fahrradschlauch – gesichert. Das Innere der Ruten ist mit PUR-Schaum gefüllt; bei Verwendung eines längeren Schlauchs kann die gesamte Rute ausgefüllt und dadurch verstärkt werden.

Die Herstellung der Antennendrahtelemente war einfach – man musste sie nur abmessen, verpressen und die Endösen anlöten oder Isolatoren anbringen.

Am schwierigsten war es, die Drähte zu verbinden und an der Tragkonstruktion zu befestigen. Ich habe das im Winter im Garten gemacht, und es war gar nicht so einfach – es gibt unzählige Befestigungselemente, Verbindungen und Kabel. Die Arbeit erforderte auch etwas Geschicklichkeit, denn manchmal musste man an die Befestigungselemente herankommen, die bereits hinter den gespannten Drähten lagen, und es gab wirklich viele Verbindungen.

Nach der Montage folgte die Abstimmung. In meinem Fall war die Antenne etwas verstimmt und musste feinjustiert werden. Da ich die Strahler gekürzt hatte, mussten auch einige Halterungen versetzt werden. Die Abstimmung funktionierte jedoch einwandfrei, was für eine gut konstruierte Antenne spricht.

Im Betrieb verhielt sich die Hexbeam-Antenne genau wie erwartet. Verglichen mit der Moxon-Antenne war der Gewinn etwas geringer, der Unterschied jedoch nicht groß. Im Vor-/Rückverhältnis und im Front-/Back-Verhältnis schnitt die Moxon-Antenne deutlich besser ab.

Nach diesen Erfahrungen würde ich sagen, dass die Hexbeam eine gute Antenne für kleine Räume ist, aber ihre Herstellung sehr aufwendig ist und es praktischer ist, auf ein fertiges Produkt zurückzugreifen, bei dem die Abstimmung und die Implementierung bereits verifiziert sind.

Leider bin ich ein paar Monate nach der Fertigstellung der Antenne umgezogen, sodass die Antenne mit mir umziehen musste.

Video vom Bau einer Hexbeam-Antenne

Einen Eindruck vom Aufbau der originalen G3TXQ-Antenne des Herstellers MW0JZE vermittelt das offizielle Anleitungsvideo, das direkt auf der Website des Herstellers veröffentlicht wurde und den Zusammenbau der Mittelsäule und der Grundplatte in der aktuellen Ausführung zeigt.

Wo kann man eine Hexbeam-Antenne kaufen?

Der ursprüngliche Hersteller der Breitbandversion des G3TXQ ist ein britisches Unternehmen. Hexbeams UKDas Unternehmen wird von Anthony, MW0JZE, geführt, der die Antenne seit 2009 direkt in seiner Werkstatt in Wales fertigt und vertreibt. Die Website www.g3txq-hexbeam.com bietet neben der Basisversion mit sechs Bändern und HD-Auflösung eine leichte, tragbare Version für DXpeditionen, ein Zusatzset für das 40-Meter-Band, einen separaten Balun, eine Neigungsplatte für Wartungsarbeiten an der Antenne sowie weiteres Zubehör. Der Erstkäufer profitiert von einer lebenslangen Garantie, und der Hersteller bietet Support per E-Mail und WhatsApp. Die Zahlung kann per Banküberweisung, Karte oder PayPal erfolgen.

Für Interessierte in Italien nennt der Hersteller Giorgio, IZ3KVD, Betreiber der Website Hamproject.it, als autorisierten Händler; eine aktuelle Liste weiterer autorisierter Händler finden Sie im Abschnitt „Händler“ auf der Website des Herstellers.

Wer die G3TXQ-Antenne selbst bauen möchte, kann auch die Website nutzen. hex-beam.com, ktorú vedie K4KIO (LEO Shoemaker) und bietet detaillierte Bauanleitungen, eine Materialliste sowie einzelne komplexere Bauteile wie eine Mittelsäule oder eine Grundplatte für diejenigen, die nicht alles selbst herstellen wollen oder können.