Die Moxon-Antenne (Moxon-Rechteck) ist eine einfache und mechanisch robuste Zwei-Element-Richtantenne für eine Frequenz. Es handelt sich um eine Yagi-Uda mit zwei Elementen, einem Reflektor und ohne Direktoren, bei der die Enden beider Elemente zueinander gebogen sind – dadurch entsteht die rechteckige Form, die der Antenne ihren Namen gab. Es ist diese Konstruktion, die es zu einer beliebten Wahl für Feldeinsätze, Notfallkommunikation und eine normale Heimstation macht.
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Geschichte der Moxon G6XN-Antenne
Hinter dem Entwurf steht Leslie „Les“ Moxon, G6XN, ein britischer Funkamateur, der bereits 1928 eine Lizenz erhielt. Während des Zweiten Weltkriegs war er an der streng geheimen Radarentwicklung beteiligt, nach dem Krieg arbeitete er bis zu seiner Pensionierung im Jahr 1969 als staatlicher Funktechnikspezialist. Er ist vor allem als Autor von Büchern über Antennen bekannt – sein Werk „HF Antennas for All Locations“ von 1982 (zweite Auflage 1993, RSGB) ist zu einem Klassiker der geworden Feld. Laut Dean Straw, N6BV, einem ARRL-Antennentechniker, war Moxons Wissen über die Auswirkung des Geländes auf die Ausbreitung einer der Faktoren, die ihn vor Jahren dazu veranlassten, sich für diesen Bereich des HF-Betriebs zu interessieren. Moxon starb am 3. März 2004 im Alter von 95 Jahren in Surrey und wurde 2005 posthum in die CQ Amateur Radio Hall of Fame aufgenommen.
Das eigentliche Prinzip der Antenne wurde nicht komplett neu entwickelt. Es basiert auf dem VK2ABQ-Quadratkonzept, das von Fred Caton, VK2ABQ, entdeckt wurde – wenn eine quadratische Quad-Schleife horizontal verlegt und an zwei Seiten in der Mitte geschnitten wird, entstehen zwei isolierte Halbwellenleiter mit einer gewissen Richtwirkung. Moxon nahm zwei wesentliche Verbesserungen vor: Er stellte fest, dass die rechteckige Form den Gewinn verbesserte, und dass der Abstand zwischen den Enden der Drähte entscheidend für die ordnungsgemäße Funktion der Antenne war – er musste größer sein als der, den die bis dahin verwendeten Isolatoren boten. In der Originalversion stimmte Moxon beide Treiber ferngesteuert von der Hütte aus ab, was zu einem festen, aber umkehrbaren Strahl führte. Später wurde die systematische Modellierung und Dokumentation der Antenne von LB Cebik, W4RNL, durchgeführt, der auch eine eigene Methode zur Berechnung der nativen Abmessungen der Elemente entwickelte, ohne dass eine elektrische Feinabstimmung erforderlich war.
Moxons Wissen über die Auswirkung des Geländes auf die Ausbreitung war einer der Faktoren, die den ARRL-Antennentechniker Dean Straw, N6BV, dazu veranlassten, sich für diesen Bereich des HF-Betriebs zu interessieren – Moxon war in seinen Worten ein wahrer „Funkpionier“.
Technische Parameter der Moxon-Antenne
Ein üblicher Zwei-Element-Yagi mit Reflektor hat eine Auslegerlänge von etwa 0,2 λ und eine Impedanz von 50 Ω. Die gleiche Impedanz von 50 Ω erreicht Moxon bei einer Boomlänge von nur 0,18 λ, also bei etwa 70 % der Länge des äquivalenten Dipols. Die nach hinten (Strahler) oder nach vorne (Reflektor) gebogenen Enden der Elemente wirken als kapazitive Last – was hinsichtlich Bandbreite und Verlusten vorteilhafter ist als die induktive Belastung mit Spulen.
Aufgrund der reduzierten Abmessungen ist der Gewinn im Vergleich zu einem Zwei-Element-Beam in voller Größe je nach konkreter Implementierung um ca. 0,2 bis 0,7 dB geringer. Die Kompensation erfolgt über ein extrem hohes Front-to-Back-Verhältnis (F/B) – bei einem gut abgestimmten Design erreicht es Werte von 30 dB und mehr bei der Designfrequenz, was jeden anderen gängigen Zwei-Element-Beam übertrifft, einschließlich des ZL Special oder HB9CV, der dazu neigt, die hinteren Seitenkeulen knapp unter 20 dB zu unterdrücken. Diese Eigenschaft entsteht durch eine Kombination aus parasitärer Kopplung von parallelen Teilen der Elemente und Kopplung an den Enden der Leiter (Endkopplung), während Moxon diesen Effekt ohne Verwendung einer Phasenleitung erreicht.
| Parameter | Wert |
|---|---|
| Antennentyp | 2-Element Yagi-Uda (Strahler + Reflektor, ohne Direktor) |
| Auslegerlänge | 0,18 λ (im Vergleich zu 0,2 λ für ein klassisches 2-Element-Yagi) |
| Impedanz | 50 Ω (direkte koaxiale Einspeisung) |
| Profitieren | etwa 0,2–0,7 dB niedriger als ein 2-Element-Beam in voller Größe |
| Vorder-Hinten-Verhältnis (F/B) | typischerweise ≥ 30 dB bei Auslegungsfrequenz (gemäß DK7ZB) |
| Direktionalität | ca. 2,0 dB, mit breiter Frontkeule von fast Nierenform |
Laut Cebiks Modellierung des 20-m-Aluminium-Moxon variiert die Verstärkung über das gesamte Band nur um etwa 0,6 dB, während das F/B-Verhältnis an den Bandrändern bei etwa 20 dB bleibt. Die Impedanz am Einspeisepunkt bleibt über das gesamte Band hinweg nahe bei 50 Ω, sodass Koaxialkabel (mit Drossel/Balun) eine natürliche Wahl für die Stromversorgung ist, ohne dass passende Elemente erforderlich sind.
Video: Aufbau der Moxon-Antenne
Die Vorteile der Moxon-Antenne im Überblick
Der Hauptvorteil von Moxon ist eine Kombination von Merkmalen, die Sie sonst nicht in einer Konstruktion finden: ein hohes Verhältnis von vorne nach hinten bei gleichzeitiger Beibehaltung eines Gewinns, der einem Balken in voller Größe nahe kommt, und das alles bei einem deutlich kürzeren Ausleger. Für Betreiber, die das Prinzip „gute Ohren“ dem Bruttogewinn vorziehen, ist dies eine ideale Kombination – der Moxon unterdrückt Störungen und QRM von hinten deutlich.
Ein weiterer Vorteil ist die mechanische Einfachheit. Die Konstruktion enthält keine Spulen oder Phasenleitungen, die direkte 50-Ohm-Einspeisung macht eine aufwändige Anpassung überflüssig. Die tragbaren Kabelversionen von Moxon sind aufgrund ihres geringen Gewichts und ihrer robusten Konstruktion beliebt für Feldeinsätze und die Notfallkommunikation. An UKW und UHF-Bändern besteht der Moxon in der Regel aus Aluminiumrohren mit einem Durchmesser von etwa 3/8 bis 3/4 Zoll, was ein breiteres Band ohne unnötige Windlast bietet.
Bei der Auslegung für KV-Bänder (z. B. 17 m) bestätigen Anwender, dass sie bei genauer Dimensionierung auch ohne Balun eine nahezu perfekte 1:1-Übereinstimmung bei der Auslegungsfrequenz erreichen, obwohl ein Balun am Einspeisepunkt gängige Praxis ist. Die Bandbreite reicht aus, um beispielsweise das gesamte 17-Meter-Band vollständig abzudecken.
Antennenskizze und Abmessungen
Die wichtigsten Abmessungen des Moxon werden immer auf die gleiche Weise angegeben: A ist die Gesamtlänge des Strahlers, B ist die Länge des „Schwanzes“ (gebogenes Ende) des Strahlers, C ist der Spalt zwischen den Enden des Strahlers und dem Reflektor, D ist die Länge des Schwanzes des Reflektors und E ist die Gesamtbreite der Antenne (der Abstand zwischen dem Strahler und dem Reflektor in der Mitte).
Gemäß der ursprünglichen Modellierung von Cebik steuert Länge A in erster Linie die Gesamtimpedanz, Strahlerende B hat den unmittelbarsten Einfluss auf die Speisepunktreaktanz, Reflektorende D beeinflusst hauptsächlich den Speisepunktwiderstand und Lücke C hat den größten Einfluss auf die Position der tiefsten Nullstelle innerhalb des ausgewählten Bandes.
DK7ZB veröffentlicht für das 144-MHz-Band (2 m). folgende Maße für Aluminiumelemente unterschiedlicher Durchmesser, mit einem Ausleger aus 25 mm PVC-Rohr:
| Dimension | 2,4 mm | 3,2 mm | 4 mm | 5 mm |
|---|---|---|---|---|
| A – Länge des Emitters | 744 mm | 744 mm | 744 mm | 742 mm |
| B – der Schwanz des Emitters | 104,5 mm | 102 mm | 99,5 mm | 98 mm |
| C – Raum | 29,5 mm | 32,5 mm | 34,5 mm | 37 mm |
| D – Reflektorschwanz | 141,5 mm | 141 mm | 141,5 mm | 141 mm |
| E – Breite (Abstand) | 275,5 mm | 275,5 mm | 275,5 mm | 276 mm |
Mit dieser Konstruktion erreicht der 2-Meter-Moxon einen DK7ZB-Gewinn von 4,09 dBd bei 144 MHz, 3,89 dBd bei 145 MHz und 3,69 dBd bei 146 MHz, mit einem Front-to-Back-Verhältnis von 20 dB, 33 dB und 27 dB an diesen Bandpunkten. Die Elemente bestehen aus Aluminium-Schweißstäben, das Koaxialkabel wird auf der gegenüberliegenden Seite der Klemme angeschlossen und zur symmetrischen Stromversorgung zu einer Drossel aufgewickelt. Die Enden der Elemente sind zur besseren mechanischen Stabilität durch kleine Isolierschläuche verbunden.
Für kabelgebundene Ausführungen auf KV-Bändern (ohne Isolierung, 1 mm Drahtdurchmesser) veröffentlicht DK7ZB beispielsweise folgende Maße: Band 20 m – S (Strahler) 1011 cm, R (Reflektor) 1057 cm, Spreizer F 411 cm; Band 17 m – S 788 cm, R 826 cm, Spreader F 321 cm; Band 15 m – S 674 cm, R 706 cm, Spreizer F 275 cm. Vollständige Tabellen für alle Bänder von 6 bis 30 m werden direkt auf QSL.net/dk7zb veröffentlicht.
Praxistipps vom Bau
Es empfiehlt sich, die Designfrequenz etwa im ersten Drittel des Bandes ab dessen Unterkante zu wählen, da unterhalb der Designfrequenz das SWR deutlich ansteigt als darüber. Biegen Sie bei kabelgebundenen Versionen niemals die Enden der Drähte zu einem Kreis – sie wirken dann als Abschlusskondensator und verursachen eine Frequenzverschiebung. Verwenden Sie stattdessen einen geraden Isolator mit genau definierter Länge.
In der praktischen Konstruktion, beispielsweise bei Angelruten in X-Konfiguration, ist der kritische Punkt die genaue Position des Punktes, an dem sich das Element um 90 Grad biegt – an diesem Punkt verbindet sich der Leiter mit der Angelrute. Die Erfahrung der Erbauer bestätigt, dass die Antenne bei exakter Einhaltung der Abmessungen eine nahezu perfekte 1:1-Anpassung an die Designfrequenz erreicht und auch hohen Leistungen standhält (Kilowatt-Betrieb problemlos).
Um die genauen Abmessungen entsprechend dem gewählten Leiterdurchmesser und Material zu berechnen, ist es am praktischsten, ein frei verfügbares Programm zu verwenden MoxGen von D. Maguire, AC6LA, das auf den empirischen Formeln von Cebik basiert und auch eine Ausgabedatei für EZNEC für weitere Modifikationen (z. B. Verjüngung von Elementen) generiert. Es ist wichtig zu bedenken, dass es sich bei der Moxon-Antenne um eine Single-Band-Antenne handelt – Versuche mit Multiband-Versionen mit gemeinsamer Einspeisung liefern keine zufriedenstellenden Ergebnisse; Für den Multibandbetrieb ist entweder eine eigene Stromleitung für jedes Band oder ein völlig anderer Antennentyp erforderlich.
Video: Moxon-Antenne im Testbetrieb
Meine Beobachtungen zur Moxon-Antenne
Der mechanische Widerstand der Moxon-Antenne wird selten erwähnt. Mir ist aufgefallen, dass sie sich im Wind anders verhält als eine klassische Yagi, bei der jedes Element unabhängig voneinander schwingt. Durch die Verbindung der Elemente kommt es mir so vor, als ob die Elemente sich gegenseitig in ihren Schwingungen dämpfen und viel ruhiger wirken.
Auch die rechteckige Form ist beim VKV portable praktisch – es gibt keine Enden der Elemente, die irgendwo hängen bleiben. Ich kann die Moxon-Antenne in den Kofferraum des Autos werfen, ohne dass sich die Elemente in irgendwelchen Kabeln verheddern.
Vynikajúci F/B pomer môžem potvrdiť. Auch der Gewinn entspricht den angegebenen 4dBd. Zum Beispiel eine Multi-Element-Yagi Optibeam Der OB10-3W hat einen Gewinn von 5,3 bis 6,5 dBd (je nach Band). Im Kampf um die Dezibel verliert die Moxon-Antenne. Auch 2 dB sind bereits bekannt. Aber der erwähnte Optibeam hat 10 Elemente, er ist länger, breiter, schwerer und teurer.
Die Moxon-Antenne reagiert sehr empfindlich auf die Umgebung. Es passt beispielsweise nicht auf einen gemeinsamen Mast mit mehreren anderen Antennen, auch nicht um 90° gedreht. Dies liegt daran, dass die Moxon-Antenne für ihren Betrieb auch Teile der Elemente nutzt, die um die genannten 90° gebogen sind und es somit zu Wechselwirkungen kommt.
Zusammenfassung
Mehr als dreißig Jahre nach ihrer Veröffentlichung bleibt die Moxon-Antenne eine der beliebtesten kompakten Richtantennen unter Funkamateuren – teils dank ihres Schöpfers Les Moxon, G6XN, der das ursprüngliche VK2ABQ-Quadratkonzept perfektionierte, teils dank der anschließenden systematischen Modellierung von L. B. Cebik, W4RNL. Die Kombination aus einem hohen F/B-Verhältnis, einem Gewinn nahe an einem Zwei-Elemente-Strahl in voller Größe, einer direkten 50-Ohm-Einspeisung und einem deutlich kürzeren Boom machen es zu einer praktischen Wahl sowohl für beengte Standorte auf den KV-Bändern als auch für Feld- und tragbare VHF/UHF-Antennen. Die genauen Abmessungen müssen immer an den gewählten Durchmesser des Leiters angepasst werden – wenn die veröffentlichten Tabellen (z. B. von DK7ZB für das 2-m-Band) befolgt werden, erzielt die Konstruktion wiederholbar hervorragende Ergebnisse, ohne dass eine aufwändige Abstimmung erforderlich ist.