2 Berechnen der Antennenanlage mit Wattwächter

Erstellt: DL6GL, 30.05.2014, letzte Änderung 21.04.2018

« 1 Antennenmodellierung mit 4NEC2

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2.1 Download und Installation

Das Programm Wattwächter ist von [8] herunterzuladen. Aktuelle Version 1.20 (15.04.2014), knapp 600 MB! Dazu gibt es noch eine Programmbeschreibung, Stand Mai 2014. Wattwächter ist in Java programmiert und sollte somit unter allen Betriebssystemen mit installierter Java Laufzeitumgebung (JRE) laufen. Mit Win7 Pro (64 Bit) kein Problem. Es erfordert keine Installation. Einfach das .zip-File in ein beliebiges Verzeichnis entpacken.

Abb. 2.1: Wattwächter-Dateien nach Download und Entpacken des .zip.

Inzwischen, Stand Apr. 2018, hat die BNetzA die Version 2.0 vom 29.08.2017 veröffentlicht. Unter anderem soll die Einbindung eigener Antennendaten damit komfortabler vorzunehmen sein. Zumindest hat der Umfang mit nunmehr 850MB deutlich dazu gewonnen.

2.2 Programmstart

Mit Doppelklick auf das Java-Archiv "wattwaechter...jar" wird das Programm Wattwächter gestartet.

Abb. 2.2: Wattwächter Startfenster.

Es werden angeboten: "Assistent" und "Erweiterter Modus". Antennen, die in der Antennenbibliothek (s.o in Abb. 2.1 Verzeichnis NECDATA) vorhanden sind, lassen sich mit dem Assistenten einfach und zügig berechnen. Ginge das auch mit dem Assistenten, da wir es mit einer Inverted V zu tun haben, die Wattwächter kennt? Mit Klick auf "Weiter" (Abb. 2.3) könnten wir mit dieser Antenne weiter machen. Unklar ist aber, welche Abmessungen diese neben dem auch mit der zu untersuchenden ZS6BKW-Inverted V gemeinsamen Faltwinkels von 90° hat.

Deshalb wurde zunächst der Umweg über 4NEC2 zur Modellierung der ZS6BKW-Inverted V gemacht (siehe Teil 1).

Abb. 2.3: Wattwächter Assistent, Inverted V-Antenne.

Nachfolgend wird der Versuch beschrieben, mit der nicht immer ergründlichen Arbeitsweise des Programms und der teilweise wenig hilfreichen Programmbeschreibung zurecht zu kommen. Es waren tatsächlich mehrere Anläufe dazu notwendig.

2.3 Erweiterter Modus, neue Antenne definieren

Wir brauchen also die grün gehakte letzte Option "zusätzliche Antennen erstellen und editieren" im erweiterten Modus (Abb. 2.2), um mit unserem 4NEC2-Modell der dreidimensionalen Inverted V zu rechnen. Die Frage, ob wir das wirklich wollen, beantworten wir mutig mit "Ja".

Abb. 2.4: Neue Antenne zufügen.

In den Spalten A, B... wollen wir unsere Antenne(n) berechnen. Wie auch in Watt32 ist jedes Frequenzband auf einer Multibandantenne als jeweils eigenständige Antenne A, B... zu behandeln. Beginn in Spalte A mit einem Klick in das leere Feld "Antenne". Da wir bei der angebotenen Antennen nichts Passendes finden werden, Klick auf "Neue Antenne" im Fenster "Antenne A". Es öffnet sich der Antenneneditor, in dem die mit 4NEC2 berechneten Antennendaten "NEC-Daten" eingelesen werden.

Abb. 2.5: Auswahl der 4NEC2-Felddaten.

Im Datei öffnen-Dialog (rechts unten) wird eine der ...out-Dateien markiert. Wenn die Dateinamenkonventionen beachtet wurden, werden alle drei ("FF"=Fernfeld, "NF_E"=Nahfeld elektrisch und "NF_H"=Nahfeld magnetisch) automatisch gefunden. Wattwächter erzeugt aus den 4NEC2-Felddaten eigene .field-Dateien und speichert sie im Verzeichnis NECDATA (Abb. 2.1) ab. Dann wird in der Liste "Frequenzdaten" die Antenne angezeigt.

Abb. 2.6: 4NEC2-Felddaten eingelesen.

Hersteller und Modellname werden aus dem in 4NEC2- Comment gleich richtig übernommen, wenn wir im 4NEC2-Editor, Register "Comment", einen Kommentar in Form von "Hersteller, Modellname", eingegeben haben, hier also "DL6GL, ZS6BKW inv.V". "Antennentyp" und "Anzahl der Elemente" werden noch ergänzt.

Das Einlesen der 4NEC2-Daten nervte anfangs mit kryptischen Fehlermeldungen wegen fehlerhafter Festlegung der Randbedingungen für die Nahfeldberechnung in 4NEC2.

Fehlermeldung	Fehlerursache
Bad near field data in NEC file	Der (x, y, z)-Würfel hat ungleiche Kantenlängen
Bad number format (field)	Die Kantenlängen des (x, y, z)-Würfels sind bzgl. λ zu klein

Die für die behandelte dreidimensionale Inverted V gesetzten (x, y, z)-Würfeldaten im 4NEC2-Generate-Fenster zu allen Bändern 3,5 bis 28 MHz sind in Teil 1, Tab. 1.4 angegeben.

Weil es so schön war, werden gleich noch die Felddaten für die weiteren Bänder jeweils mit Klick auf "NEC-Daten" eingelesen. Sie werden in der Liste "Frequenzdaten" (Abb. 2.6) eingetragen. Alle Frequenzbänder erfasst? Dann auf "OK" klicken. Das "OK" hat einen neuen Eintrag (Hersteller DL6GL) in die Antennenliste vorgenommen.

Neue Antenne abspeichern.

Abb. 2.7: Neue Antenne abspeichern "Antennendatei".

Diese .xml-Antennendatei enthält das Verzeichnis der soeben eingelesenen Antennen. Damit wird die Verbindung zu den im Verzeichnis NECDATA abgespeicherten .field-Dateien hergestellt. Falls eine solche Einleseprozedur später wiederholt werden sollte, ist es ratsam, die alten .field-Dateien im Verzeichnis NECDATA vorher zu löschen. Die Dateinamen beginnen mit der vor dem ersten Unterstrich stehenden Bezeichnung, nach Abb. 2.7 hier also mit "ZS6BKW". Einfacher könnte es sein, wenn nur eine Antennengeometrie abgespeichert wurde, das gesamte Verzeichnis NECDATA zu löschen und das Originalverzeichnis NECDATA aus dem Wattwächter .zip-File neu zu extrahieren (s.o. Abb. 2.1).

Die Speichern-Dialoge sind in Wattwächter etwas unglücklich gestaltet. Als Dateityp ist immer ".xml" zu wählen. Dateiname eingeben (hier war die Datei vorher schon einmal gespeichert worden). Dann auf "Speichern" klicken. In diesem Dialog werden die Antennendaten gespeichert. Das Speichern der im Hauptfenster zusammengestellten Antennen "Anlagenkonfigurationsdatei" für die Anzeige erfolgt von dort aus mit "Datei – Speichern/Speichern als" mit einem anderen Dateinamen.

Wird in der beschrieben Weise nicht abgespeichert, fragt Wattwächter nach Klick auf "OK" im Fenster "Antenne A" noch einmal nach, ob die Antennendatei gespeichert werden soll. Dies ist die letzte Gelegenheit, die gemachten Eingaben zu sichern. Kleine Programmierschlamperei am Rande: Nicht vom Dialogtitel "Programm beenden" verwirren lassen. Hier wird nur die Antennendatei gespeichert.

Abb. 2.8: Neue Antenne abspeichern "Antennendatei".

2.4 Zurück zum Assistenten-Modus?

Nachdem die Antennendaten in einer für Wattwächter verdaulichen .field-Form vorliegen, könnte nun zum Assistenten-Modus zurückgekehrt werden. Es werden die gleichen Daten erfasst, wobei nur die wesentlichen Funktionen verfügbar sind, somit die Bedienung etwas einfacher ist.
Nach Neustart von Wattwächter und Auswahl des Assistenten-Modus klicken wir auf "Laden" und lesen die Antennen-.xml ein.

Abb. 2.9: Laden der Antennendatei im Assistenten-Modus.

Sie steht dann in der Auswahlliste zur Verfügung.

Abb. 2.10: Auswahl der geladenen Antenne im Assistenten-Modus.

Zur zielgerichteten Erstellung der BEMFV-Anzeige oder zur Nachprüfung der Berechnungen ist der Assistent sicher angenehmer, da er jeweils mit dem "Weiter"-Button durch alle Berechnungsschritte führt. Der erweiterte Modus war nur zur Erfassung der mit 4NEC2 gerechneten Antennendaten notwendig. Nachfolgend geht es aber mit dem erweiterten Modus weiter. Wollen ja mal sehen, was uns da alles geboten wird.

2.6 Erweiterter Modus, Antennendaten erfassen

Wir haben nun wieder das Auswahlfenster für Antenne A vor uns. Antenne A soll bei 3,5 MHz betrieben werden, was wir aus der Spalte "Frequenz" auswählen.

Abb. 2.11: Übernahme der Daten (3,5 MHz) für Antenne A.

Das "OK" hier trägt die Daten für die markierte Frequenz 3,5 MHz in das Hauptfenster im Hintergrund zur Antenne A ein.
Nun klicken wir im Hauptfenster in das Feld "Antenne" in Spalte B für die Antenne B. Im Auswahldialog für Antenne B suchen wir wieder den Hersteller, hier "DL6GL", markieren das Modell, hier "ZS6BKW inv.V" und markieren die nächste Frequenz (7.0 MHz), vergleichbar mit Abb. 2.11. Und so fort, bis alle Frequenzen, hier bis 28 MHz, für die Antennen C, D... festgelegt sind. Rechts unten schieben wir passend die Seitendarstellung mit dem Rollbalken weiter. Für die betrachtete Antenne landen wir auf Seite 2/6 und Antenne H. Es können maximal 24 Antennen konfiguriert werden.

Alle Antennen erfasst, nun könnte mal wieder ein Abspeichern der Anlagenkonfigurationsdatei angebracht sein, oben in der Menüleiste mit "Datei – Speichern", besser mit "Datei – Speichern als" (mit neuem Dateinamen in einem wählbaren Verzeichnis). Wattwächter speichert standardmäßig in "Eigene Dateien".

2.7 Erweiterter Modus, Antennenstandort und -ausrichtung

Es sind noch einige Felder zu den einzelnen Antennen unausgefüllt. Zunächst Position und Orientierung der Antenne(n). Tatsächlich ist es nur eine (physisch vorhandene), die auf verschiedenen Frequenzbändern betrieben wird.

• Als Position Nord/Süd und Ost/West tragen wir "0,00" ein. Es ist die (einzige) Bezugsantenne. Gibt es weitere (physisch vorhandene) Antennen, z.B. Yagis oder Verticals, werden deren Standorte (Einspeisepunkte) relativ zu diesen Bezugskoordinaten angegeben.
       
• Die Höhe über Boden ist die Höhe des Einspeisungspunktes, hier Zentralmast auf dem Hausdach in 11m Höhe über Grund.
       
• Rotation: Hier ohne Bedeutung. Damit ließen sich z.B. die Strahler einer Yagi um die Boom-Achse drehen, z.B. senkrecht zum Boden mit einem Rotationswinkel von 90° für eine Vertikalpolarisation.
       
• Hauptstrahlrichtung, Azimuthwinkel Ψ
  Der Azimuthwinkel in der horizontalen x/y-Ebene misst den Winkel der y-Achse im Uhrzeigersinn in Bezug auf die Nordrichtung (Ψ=0°), s. Abb. 2.12.

  Möglicherweise ging es nicht nur mir so, dass auch dreimaliges Lesen der Programmbeschreibung (Kap. 4.2) immer noch etwas Ratlosigkeit übrig lässt. Wohl deshalb werden nun in Kapitel 8 der Programmbeschreibung von Mai 2014 Illustrationen zumindest für den Azimuth gezeigt.

  Fangen wir hier an. Dort in Bild 8 (links) verläuft die Hauptstrahlrichtung der gezeigten Antennen entlang der y-Achse (Ψ=0), beim Yagi z.B. nach Norden (+y), beim Dipol als eine "8" sowohl nach Norden als auch nach Süden (-y). In der Darstellung der Schutzbereiche und Felder in der Berechnung (s.u. Abschnitt 2.8) erhalten wir damit die Strahlungskeule(n) in der Horizontaldarstellung nach oben (Norden), ggf. auch nach unten (Süden).

  Nun aber geht die Konfusion los. In der Darstellung im Fenster " Antennenposition" wird die Antenne immer um Ψ=90° gedreht gezeigt (Abb. 2.12). Der Yagi-Boom liegt auf der x-Achse, Strahlrichtung nach Osten (+x, nach rechts), der Dipol auf der y-Achse, Strahlrichtung nach Ost/West/ (+/-x, nach links/rechts). So heißt es auch auf S. 10 der Programmbeschreibung: "Die Illustrationen der Antennen in dem Dialogbereich beziehen sich dabei auf die Position Ψ=90°". Nur wenn man unten im Fenster den mit 0° vorbesetzten Azimuth mit 90° überschreibt, entspricht die Eingabe der gezeichneten Darstellung.

  Warum das Ganze? Vermutlich, weil wir gewohnt sind, von links nach rechts zu lesen. In der Darstellung der Schutzbereiche und Felder in der Berechnung zeigen dann die Strahlungskeulen nach rechts, ggf. auch nach links.

Abb. 2.12: Definition Antennenposition und –orientierung.

Langer Rede kurzer Sinn:
Es werden die Geometrie- und Felddaten des mit 4NEC2 berechneten inverted V-Dipols verwendet, also lassen wir es ohne Azimuthdrehung (Ψ=0°) dabei.
     

• Hauptstrahlrichtung, Elevationswinkel Θ
  Der Elevationswinkel Θ gibt einen Neigungswinkel bezogen auf die z-Achse an. Er wird positiv nach unten gezählt. Θ=90° bedeutet also waagerecht, parallel zur x/y-Ebene (Boden), Θ=0° senkrecht nach oben. 90° ist die Vorbesetzung im Fenster.

  Die Drehachse ist die Senkrechte auf die jeweils mit dem Azimuthwinkel eingestellte Achse (Hauptstrahlrichtung), bei Azimuth Ψ=0° also die x-Achse, bei Azimuth Ψ=90° die y-Achse.

  Ist die zu betrachtende Antenne anders geneigt als im für diese Antenne verwendeten Rechenmodell der Felder, z.B. Yagi-Boom aus der Waagerechten (Θ=90°) nach oben gekippt, kann hier dieser Neigungswinkel angegeben werden.

  Im vorliegenden Fall wurde die geometrische Anordnung der inverted V einschließlich der Neigung von 11 nach 6m mit 4NEC2 modelliert, siehe Teil 1 und Abb. 1.2 und 1.3. Der Elevationswinkel Θ=111,3° (Verdeutlichung in Abb. 2.13) steckt also schon im berechneten 4NEC2-Feldmodell. Der Elevationswinkel Θ bleibt also für Wattwächter auf der Vorbesetzung 90° (waagerecht).

• Mit dem Bodenfaktor werden die Reflexionseigenschaften des Bodens festgelegt. Der Wert kann von 1.3 (z.B. trockener Grasboden) bis 2.0 (z.B. Betonboden mit einer Wasserschicht) variieren und sollte daher den örtlichen Gegebenheiten anzupassen sein.

  Völlig unverständlich ist nun der Hinweis in der Programmbeschreibung: Es wird ausdrücklich empfohlen, den voreingestellten Wert (2.0) nicht zu verändern, da er maßgeblich in die Bestimmung des Schutzbereiches eingeht.

  Mit diesem schon bedrohlichen Imperativ lassen wir also den voreingestellten Wert von 2,00 für maximale Reflexion so stehen, auch wenn mein Garten unterhalb der Antenne nicht zubetoniert ist und nicht unter Wasser steht. Es soll ja mit dem übelsten aller Fälle - Land unter - gerechnet werden.

Abb. 2.13: Zur Berechnung des Elevationswinkels.

Mit OK (Abb. 2.12) werden die Daten zu Antenne A entsprechend ergänzt.

Mit Klick in das Feld "Sendeleistung..." in Spalte A erhalten wir ein weiteres Eingabefenster.

Abb. 2.14: Sendeart festlegen.

Mit diesen Daten werden Reduktionsfaktoren für die eingespeiste Sendeleistung je nach Modulationsart gemäß EN 50413:2009 festgelegt. Hierzu Auszug aus [3]:

Fmod.Pers nach EN 50413:2009			Anpassungen 2014?
Mode	Mode (ITU)	Fmod.Pers
CW	A1A	1	0,5
Phonie FM	F3E	1	1
Phonie SSB	J3E	1	0,5
AFSK	F2D	1	1
RTTY	J2B	1	0,5

Tab. 2.2: Modulationsartabhängige Reduktionsfaktoren für den Personenschutz.

Die technisch gesehen widersinnigen Faktoren für "Nicht Dauerstrich"-Modulationsarten, z.B. CW und SSB, werden derzeit diskutiert. Anzuwenden ist aber noch die derzeit gültige Norm.

In Abb. 2.14 lässt sich jeweils nur eine Option für die Betriebsart auswählen, hier SSB. Bei mehreren praktizierten Betriebsarten muss "Alle..." markiert werden, was den worst case mit Faktor 1 bedeutet. Wattwächter setzt tatsächlich eine "1" für SSB entspr. Tab. 2.2 ein. Da kann man auch gleich "Alle ..." setzen, bis die Faktoren hoffentlich irgendwann angepasst wurden.

Auch der Sende-/Empfangszyklus ermöglicht Reduzierungen der über sechs Minuten gemittelten Sendeleistung zur Bestimmung der Personenschutzgrenzwerte. Ein Zyklus von 3 Minuten senden und 3 Minuten empfangen entspräche wohl am besten gängiger Praxis, ergibt einen Reduktionsfaktor "F(B)" von 0,5. "Tx6 – Rx0" mit Reduktionsfaktor 1 wäre die grausigste aller denkbaren Optionen. Wer quasselt wohl so lange ohne Luft zu holen?

Als Sendeleistung ist der tatsächlich benutzte Wert anzugeben, ggf. später zu reduzieren, falls die Sicherheitsabstände zu groß werden.

Mit Klick auf "Leitungsverluste" lassen sich in einem weiteren Fenster die längen- und frequenzabhängigen Verluste der verwendeten Koax-Kabel und ggf. Zusatzverluste, z.B. durch Steckverbindungen, HF-Schalter, SWR-Meter und Antennentuner, hinzufügen.

Abb. 2.15: Leitungs- und sonstige Verluste.

2.8 Erweiterter Modus, Schutzabstände berechnen

Abb. 2.16: Einstellungen zur Horizontal-Berechnung.

1. Aktuell zu berechnende Antenne mit Haken aktivieren.
2. Klick auf "Berechnen"
   Weiter im Fenster "Berechnung"
3. Maximale Berechnungshöhe (hmax), hier zunächst einmal Höhe der Zentralaufhängung.
   Berechnungsgröße
   Legt ein Quadrat fest, innerhalb dessen die berechneten Felddaten angezeigt werden.
   Mit "Verschiebung X/Y" kann das Feldbild innerhalb des Quadrats verschoben werden. Das berechnete Strahlungsfeld der Antenne muss vollständig in dem Quadrat liegen, damit der Schutzabstand berechnet wird.
4. Feldbereich
   Horizontal (0 – hmax)
   Es werden mehrere horizontale Schnittebenen zwischen der Bodenoberfläche und der Höhe hmax berechnet und die Überlagerung aller Maxima in der Ausgabe angezeigt. Die maximale Höhe hmax wird in Punkt (3) eingegeben. Wenn die maximale Antennenhöhe innerhalb dieser Spanne ist, wird der maximale Schutzabstand berechnet. Da die Antenne schräg im Raum hängt, müssen wir diese Option wählen.
   Horizontal
   Berechnung in einer horizontalen Ebene auf Höhe hmax Punkt (3).
   Vertikal
   Berechnung in einer vertikalen Schnittebene, wobei der Azimuthwinkel frei gewählt werden kann.
5. Feldtyp
   Wir wollen den Schutzabstand für die Anzeige ermitteln. Im hier gezeigten erweiterten Modus lassen sich alternativ das H- oder das E-Feld berechnen. Das geht im Assistentenmodus nicht.
6. Berechnen startet die Rechnung, Ergebnis in Abb. 2.16 dargestellt.

Eigentlich sollte das horizontale Strahlungsbild symmetrisch, also mit zwei gleich starken Ästen sein. Nehmen wir also erst einmal den größeren. Nachvollziehbar ist immerhin, zumindest qualitativ, die Breite rund um den Einspeisepunkt. Hier wirkt vornehmlich die magnetische Feldstärke aus dem Strombauch an der Einspeisung. Weitere Überlegungen hierzu in Abschnitt 2.9.

Der berechnete Schutzabstand, nach BEMFV "Standortbezogener Sicherheitsabstand", ist der Maximalabstand des rot gekennzeichneten Schutzbereiches vom Einspeisepunkt. Er geht, wie zu erwarten ist, über die Drahtenden der Dipoläste hinaus.

In welcher Höhe über Grund das Ende der Schutzbereichskeulen liegt und ob damit der standortbezogene Sicherheitsabstand ggf. die Grundstücksgrenzen überschreitet, ist aus dieser Horizontalrechnung ab Grund aufwärts nicht erkennbar.

Oberhalb von 3m über Grund werden Bereiche, in denen sich Personen nur vorübergehend aufhalten können, z.B. Straßen, Garagen oder Hofflächen, üblicherweise dem kontrollierbaren Bereich zugerechnet. Eine vom Gesetzgeber oder von Normen getroffene Festlegung hierzu gibt es aber meines Wissens nicht. Ein Problem wäre es aber, wenn im Luftraum oberhalb von 3m über Grund Wohnhäuser in der Nachbarschaft berührt werden, in denen sich Personen nicht nur vorübergehend aufhalten.

Rätselhaft bleibt, warum der "Übernehmen"-Button (7) deaktiviert ist.

Nutzen wir also den netten Gimmik in Wattwächter: Mit der Maus können beliebige Abstände berechnet werden, in Abb. 2.16 gezeigt für den Maximalabstand vom Einspeisepunkt. Der mit der Maus gezogene Abstand wird rechts unten mit "r = ..." angezeigt. Diesen Wert könnten wir mit dem rechten "Übernehmen"-Button (8) in das Antennenblatt übernehmen.

Es könnte praktisch sein, das berechnete Bild zu speichern, um den Schutzabstand mit einem Grafikprogramm in den Antennenlageplan einzufügen.

Ein Verdacht zur unsymmetrischen Feldverteilung in Abb. 2.16 drängt sich auf. Kann es sein, dass der Nahfeldberechnungswürfel -172/+172/6m für 3,5 MHz in 4NEC2 zu grobmaschig ist und Rundungsfehler auftreten? Weitere Nahfeldberechnungen mit Würfeln -72/+72/3m und -36/+36/1,5m wurden angestellt, mit Dateinamen "ZS6BKW...NF1_E", "ZS6BKW...NF2_E", ggf. auch noch "ZS6BKW...NF3_E" und so fort, desgleichen für das H-Feld, gespeichert und in Wattwächter eingelesen (siehe Abb. 2.5). Nun erzeugt Wattwächter aus allen drei Rechnungen eine .field-Datei.

Abb. 2.17: Horizontal-Berechnung mit drei verschiedenen 4NEC2-Würfeln.

Und siehe da, die Feldverteilung ist symmetrisch wie die Hasenohren. Der Schutzabstand hat sich auch noch verändert.

Zum Spaß können wir noch eine Rechnung mit Berechnungshöhe 3m (kontrollierbarer Bereich) machen. Der Schutzabstand wird mit 0,00 m ausgewiesen. Das beruhigt zunächst, damit können wir aber nichts anfangen.

Die horizontale Rechnung in Höhe des Einspeisepunktes reicht nicht. Wie sieht es unterhalb der Antenne aus? Sie ist ja nach unten geneigt. Dazu machen wir eine Rechnung in der vertikalen Ebene (Abb. 2.18).

Mit der "Ausrichtung Schnittebene" kann der Azimuthwinkel (s.o. Abschnitt 2.7) der vertikalen Schnittebene eingestellt werden. Da der horizontale Öffnungswinkel der beiden Antennendrähte 90° ist, treffen wir mit 45° genau einen Draht.

Mit der Maus lassen sich wieder die Abstände ermitteln, in Abb. 2.18 für r1 (=4,75m) gezeigt. Mit r2 (=5,33m) über Grund liegen wir satt im kontrollierbaren Bereich oberhalb von 3m.

Abb. 2.18: Aus der Vertikalberechnung gewonnene Schutzabstände.

Abb. 2.18 zeigt die Rechnung mit nur einem 4NEC2-Würfel -172/+172/6m für 3,5 MHz. Der waagerechte Schutzabstand von 4,75m bei nur 20W Sendeleistung kann einfach nicht sein. Also Kontrollrechnung wie oben zu Abb. 2.17.

Abb. 2.19: Vertikal-Berechnung mit drei verschiedenen 4NEC2-Würfeln.

Das sieht schon vernünftiger aus. Der waagerechte Schutzabstand ist nur noch 1,73m. Der tiefste Punkt liegt nun auch tiefer, da die Strahlungskeule länger geworden ist.

Mit der Vertikal-Berechnung nach Abb. 2.19 wird deutlich, dass der Sicherheitsabstand nicht nur über den Abstand zur Grundstücksgrenze gewährleistet werden kann, sondern auch mit der Höhe "über Kopf". Anders herum: Ein hoher Abspannpunkt kann näher an die Grenze des kontrollierbaren Bereichs (Grundstücksgrenze) gerückt werden.

Fazit:
Traue keinem Programm, das Du nicht ganz verstehst.
Gerade bei großen Wellenlängen und im Vergleich dazu groben Maschen in der 4NEC2-Nahfeldberechnung wird es notwendig sein, mehrere Würfel mit gestaffelten Schrittweiten zu rechnen. Wattwächter berücksichtigt dann alle.
Die mit jeweils zwei Würfeln mit 4NEC2 für 40 bis 10m gerechneten Nahfelder zeigten in Wattwächter zum Teil deutlich andere und gescheitere Ergebnisse. Dabei waren Kantenlänge und Schrittweite gegenüber Tab. 1.4 in Teil 1 etwa halbiert. Mit weiteren kleineren Würfeln könnte noch mehr Genauigkeit an den Drahtenden erreicht werden, so dass sich die elektrischen Felder über die Drahtenden hinaus ausbilden. Hier haben wir es ja mit Spannungsbäuchen zu tun. Eine Maschenweite (Step in 4NEC2) von 1 m für den kleinsten Würfel produziert offenbar verlässliche Ergebnisse.

Da wir noch einige Antennen bzw. Frequenzen zu berechnen haben, warten wir noch mit "Anzeige fertigen" und klicken das Fenster rechts oben am roten "X" weg.

Nun zur nächsten Antenne B: Unten mit Haken aktivieren, oben ist "B" orange markiert.

Doch Vorsicht, wohl ein Programmfehler: Nur die zu berechnende Antenne, nun Antenne B, mit dem Haken unten aktivieren. Bei allen anderen, hier bei der vorher gerechneten Antenne A, den Aktivierungshaken wegnehmen. Sonst werden die Schutzabstände bei allen aktivierten Antennen überschrieben, auch wenn, wie hier, Antenne B (orange) als aktiv markiert ist.

Nach jeder Rechnung zur Vorsicht im Hauptfenster mit Datei – Speichern die Anlagen-konfigurationsdatei sichern.

Tab. 2.3: Zusammenfassung der Wattwächter-Rechenergebnisse.

Die Wattwächter-Rechnungen mit mehreren 4NEC2-Nahfeldwürfeln zeigen nachvollziehbarere Werte. Optimierungen mit weiteren feinmaschigeren Würfeln sind sicher noch möglich.

Im Vergleich zu den 4NEC2-Rechnungen über realem Grund haben wir es hier mit sehr konservativen Abschätzungen mit dem irrealen Betonboden und stehendem Wasser darauf zu tun. Wenn tatsächlich "Land unter" wäre, stände vermutlich eine andere Beschäftigung als Funken auf dem Programm, wohl eher Sandsäcke vor der Haustür stapeln.

2.9 Auswertung der berechneten Sicherheitsabstände

Was fangen wir nun mit den von Wattwächter gelieferten Sicherheitsabständen an? Die in Tab. 2.3 für die Horizontalrechnungen 0 bis 11m, jeweils zweite Zeile mit mehreren 4NEC2-Würfeln, angegebenen Werte können nicht richtig sein. Ab Antenne B (7,0 MHz) sind sie kürzer als die Dipollängen von 13,75m. Das kann nicht sein. Mögen die von Wattwächter auf den Speisepunkt bezogenen Sicherheitsabstände für Richtantennen wie Yagis vielleicht zutreffen, so sind sie für diese Drahtantenne nicht zu gebrauchen.

Maßgeblich sollten die strahlenden Antennenelemente, hier die beiden Dipoldrähte, den Sicherheitsabstand bestimmen, abhängig vom radialen Abstand von den Drähten. Ohne weitere Annahmen zu den Strom- und Spannungsverläufen auf den Drähten je nach Erregungsfrequenz geben uns die manuell aus Wattwächter ermittelten Werte aus den Vertikalschnitten (Abb. 2.19 und Tab. 2.3, Roteinträge) Daten als worst case-Betrachtung.

Der über die Bänder 80 bis 10m maximale Sicherheitsabstand "a" um den Einspeisepunkt und die minimale Bodenhöhe "c", hier a = 1,50m und c = 5,03m, sind unsere Kandidaten.

Mit dem Radius a konstruieren wir je eine Kugel um den Einspeisepunkt und um die Drahtenden, verbinden die Kugeln mit einem Schlauch gleichen Durchmessers und erhalten so den Sicherheitsabstand um den Dipol. Der Wert c zeigt uns, in welcher Höhe über Grund der Sicherheitsabstand um die Antennenenden endet. Diese Darstellung ist geeignet, wenn wie hier die maximale Einhüllende über alle Bänder die Sicherheitsabstände einhält. Fallweise kann es dabei erforderlich werden, in bestimmten Bändern die maximale Leistung individuell zu reduzieren, wenn die jeweiligen Strahlungskeulen die zulässigen Sicherheitsabstände unterschreiten.

Wird es in einigen Bändern bei bestimmten Leistungen doch eng, wäre eine Darstellung je Band mit der jeweils auf die Sicherheitsabstände bezogenen möglichen Maximalleistung wohl angebrachter. Die Strahlungskeulen könnten dann maßstabsgerecht in den Grundstücksplan kopiert werden.

Mit diesen beiden Darstellungen (Abb. 2.20, 2.21) belegen wir, dass der standortbezogene Sicherheitsabstand innerhalb des kontrollierbaren Bereichs gemäß § 9 BEMFV endet. Sie werden als Anlage der Anzeige bei der BNetzA beigelegt.

Abb. 2.20: Standortbezogener Sicherheitsabstand horizontal.

Abb. 2.21: Standortbezogener Sicherheitsabstand vertikal.

2.10  Erstellen der BEMFV-Anzeige mit Wattwächter

Nach Abarbeiten aller Antennen nun wieder die Aktivierungshaken bei allen Antennen setzen, die in der Anzeige erscheinen sollen.

3.1 Assistenten- und erweiterter Modus, Anzeige erstellen

1. In der Menüleiste: "Datei – Erstelle PDFs".
2. Im Fenster "Antennenauswahl" nochmal kontrollieren, ob alle anzuzeigenden Antennen angehakt sind, ggf. ergänzen oder abwählen.
3. Im Fenster "Zielverzeichnis" das Verzeichnis auswählen, in das die Anzeigedateien gespeichert werden sollen, es sind drei Dateien.
4. Es wurden abgespeichert:
   DL6GL_2014-05-20_B3802CBCB2221F71.xml (auf Anforderung an BNetzA)
   DL6GL_Anzeige.pdf
   DL6GL_Konfiguration.pdf

Im Anzeigeprotokoll steht unter Ziffer 2 in der Antennenliste "Montagehöhe der Senderantennenunterkante über Grund, die Antennenhöhe (Einspeisungspunkt) mit 11m. Das wären aber eigentlich nur 6m. Wo man nach unten gezogene Antennenenden eingeben kann, habe ich nicht gefunden. Geht wohl nicht. Muss man dann im pdf vor dem Ausdrucken korrigieren. Gespeichert wird die Korrektur im pdf allerdings nicht.

2.11  Anzeige bei der BNetzA und bereitzuhaltende Unterlagen

Gemäß "Anleitung zur Durchführung einer Anzeige", Ziffern 3 und 4 [8], sind eine Anzeige mit einer Auswahl von Nachweisen bei der BNetzA einzureichen sowie ergänzende ("bereitzuhaltende") Unterlagen aufzubewahren. Die Anzeige enthält:

• Blatt 1 bis 3 der Anzeige (Anlage 1 der o.a. Anleitung) mit Datum und Rufzeichen. Programme wie Wattwächter und Watt32 drucken diese Blätter auch aus, ebenso bemfv_v6.1 (s.u.).
• Maßstäbliche Skizze des kontrollierbaren Bereichs einschl. der Antenne(n) und der zugehörigen standortbezogenen Sicherheitsabstände. Daraus muss ersichtlich sein, dass der standortbezogene Sicherheitsabstand innerhalb des kontrollierbaren Bereichs endet. Das werden in der Regel eine Auf- und eine Seitenansicht sein.

Muss der Lageplan (maßstäbliche Skizze des kontrollierbaren Bereichs) wie in Abb. 2.20 und 2.21 mit einem CAD-/Grafikprogramm erstellt werden? Nööö. Mit MS Word, Excel oder Powerpoint kann man auch zeichnen, wenn auch umständlich. Wem das alles nicht zusagt, der macht es wie unsere Altvorderen mit Papier und Bleistift. So wurden früher mal Kathedralen erbaut, die heute noch stehen.

Die bereitzuhaltenden Unterlagen für eine eventuelle Überprüfung durch die BNetzA sind in Ziffer 4 der o.a. Anleitung ausführlich beschrieben. Eine bespielhafte Zusammenstellung zeigt bemfv_v6.1.

Wichtig in diesem Zusammenhang ist, alle (!) bereitzuhaltenden Unterlagen mit der Anzeige anzufertigen und geordnet abzulegen, da hierzu Angaben in Blatt 3 der Anzeige gemacht werden. Das betrifft ebenso verwendete Dateien, z.B. die Wattwächter-.xml-Konfigurationsdatei und ggf. NEC-Antennendateien. Mit einem USB-Stick lässt sich dieser aktuelle Stand einfach und sicher einfrieren.

2.12  Überblick behalten mit bemfv_v6.1

Von [6] oder [12] kann eine Excel-Mappe "bemfv_v6a.xls" von DL8DWW heruntergeladen werden. Hier ist alles drin für eine einfache Fernfeldberechnung wie in Watt32 mit zugehörigen Datentabellen. Für die unteren Kurzwellenbänder werden wegen der Fernfeldnäherung die Sicherheitsabstände stark unterschätzt und sind für die BEMFV-Anzeige nicht zulässig. Das Fernfeld bildet sich erst nach ca. 4 λ Abstand, also insbesondere für die unteren Frequenzbänder in der Regel jenseits der zu betrachtenden Grundstücksgrenzen aus.

Dennoch, diese Excel-Mappe ist so schön, dass ich sie erweitert habe:

• Tabelle "Liste der Unterlagen" zur Zusammenstellung aller Daten für die Anzeige und die bereitzuhaltenden Unterlagen. Die Anzahl der dort eingetragenen Unterlagen und Dateien wird automatisch in Blatt 3 der Anzeige übertragen. In diesem wurden die Angaben zu den "Seiten" ergänzt um "Dateien". Die 4NEC2-Nahfelddaten wollte ich nicht wirklich auch noch ausdrucken.
• Tabelle "Kenndaten" mit Blockschaltbild der Station und Kenndaten dazu.
• Tabelle "Wattwächter-Rechnungen" mit einer Auflistung verschiedener horizontaler und vertikaler Rechenergebnisse.
• Tabelle "Nahfeldrechnung" mit einer Auflistung von 4NEC2 Nahfeld-Rechenergebnissen (H- und E-Feld) an den Grundstücksgrenzen. Auch verwertbar für Nahfeldmessungen.
• Tabelle "Navigation" zur Navigation zu den einzelnen Tabellen und von den Tabellen zurück per Hyperlinks. Das hier eingegebene Rufzeichen und das Datum der Anzeige werden in alle Tabellen automatisch übernommen.

Zur BNetzA-Anzeige wurde das Blatt 3 mit den automatisch aus der Liste der Unterlagen übertragenen Daten in der Excel-Mappe übernommenen. Das Anzeigeblatt 3 aus Wattwächter überschreibt eingegebene Daten in den beiden unteren Eingabezeilen. Aus Wattwächter wurden die Blätter 1 und 2 der Anzeige verwendet.

2.13  Adresse für die Anzeige

Die für den Wohnort zuständige BNetzA-Außenstelle sollte der OV-Vorsitzende wissen. Wusste er, danke Matthias.

Zum Beispiel für das Rhein/Main-Gebiet:
Bundesnetzagentur
Elly-Beinhorn-Str. 2
65760 Eschborn

Schwäbisch sparsam hält es die BNetzA mit "Nicht gemeckert ist genug gelobt". Wenn wir also nach dem Einschicken nichts mehr hören, gab es nichts zu meckern.

3.5 Mail-Kontaktadresse

414-Wattwaechter@BNetzA.de

Da lässt man sich sehr viel Zeit für eine Antwort.

2.14  Probleme mit Wattwächter

Einlesen von 4NEC2-Antennendaten

Das Einlesen der mit 4NEC2 gerechneten Antennendaten funktionierte in meinen Versuchen nur teilweise. So ganz ausgekocht ist das Programm nicht.

• Einlesen von NEC-Freifelddaten (Abschnitt 2.3)
  Freifeldrechnungen ließen sich problemlos importieren, wenn die Dateinamenkonvention (Teil 1, Abschnitt 1.6) und die Bedingungen zu dem Berechnungswürfel in 4NEC2 (Teil 1, Abschnitt 1.7) beachtet wurden. Auch mehrere 4NEC2-Nahfelddateien (Dateinamen "...NF1...", "...NF2...") hat Wattwächter verarbeitet.
• Einlesen von NEC-Daten mit realem Grund
  Auf S. 23 der Programmbeschreibung von Mai 2014 ist die Möglichkeit angedeutet, auch NEC-Daten verwenden zu können, die mit einem realen Grund berechnet wurden. Das ist mir allerdings nicht gelungen. Wie immer, wenn Wattwächter ein Problem hat, sind die Fehlermeldungen so rätselhaft, dass ein Normal-Begabter im Regen stehen bleibt.

  Fernfeld und E-/H-Felder mit realem Grund gerechnet.
  Fehlermeldung im Wattwächter Antenneneditor beim Einlesen über "NEC-Daten":
  Fehlerhaftes Format der NEC-Datei: duplicate electric near field definition.

  Fernfeld im Freiraum, E-/H-Felder mit realem Grund gerechnet. Fehlermeldung:
  Fehlerhaftes Format der NEC-Datei: non matching power values.

  Was immer das auch heißen mag.

• Überhaupt wäre es hilfreich, wenn die Programmbeschreibung einige Hinweise zu den Fehlermeldungen und deren Behebung geben würde.

Spätere Rechnungen mit selbst berechneten Antennen

Es wurden ja nun brav immer wieder die zwei xml-Dateien abgespeichert:

1. die NEC-Daten der Antenne, nennen wir sie "Antennendatei" (Abb. 2.7), und
2. die im Hauptfenster zusammengestellten Daten aller anzuzeigenden Antennen mit Datei – Speichern im Hauptfenster, nennen wir sie "Anlagenkonfigurationsdatei".

Es ist aber, wie es ein Dummie wie ich erwartet, nicht so, dass nach einem späteren Starten von Wattwächter und Einlesen der .xml- Anlagenkonfigurationsdatei aus Ziffer 2 wieder alle vormals berechneten Daten wieder zur Verfügung stehen.

Wenn man folgende Reihenfolge einhält, funktioniert es, die Daten vollständig wieder einzulesen.

1. Wattwächter starten
2. Für den Assistenten-Modus:
   In Schritt 1, Antennenerfassung: Mit Klick auf "Laden" die .xml-Antennendatei (obige Ziffer 1) öffnen.
   Anschließend mit Datei – Öffnen die .xml-Anlagenkonfigurationsdatei (obige Ziffer 2) öffnen.
   In der Menüleiste stehen unter "Antenne A" alle definierten Antennen mit allen Daten zur Verfügung.
3. Für den erweiterten Modus:
   In Spalte A in das leere Feld "Antenne" klicken.
   Im Fenster zur Antennenauswahl (Antenne A) auf "Laden" klicken und die .xml-Antennen-datei (obige Ziffer 1) öffnen.
   In der Antennenliste den Hersteller und das Modell der geladenen Antenne markieren. Dann OK. "Änderung speichern" Nein.
   Anschließend mit Datei – Öffnen die .xml- Anlagenkonfigurationsdatei (obige Ziffer 2) öffnen.
   Alle definierten Antennen stehen mit allen Daten zur Verfügung.

Abspeichern von Dateien

Das Dateiformat ist grundsätzlich .xml. Warum beim Abspeichern "Alle Dateien" angezeigt, bleibt rätselhaft. Da haben die Programmierer wohl eine Voreinstellung vergessen. Zur Vorsicht habe ich immer ".xml" an den Dateinamen angehängt, zur Not auch im Explorer noch machbar.
Bisweilen aufpoppende Fenster zum Abspeichern verraten im Dialogtitel nicht, was denn abgespeichert werden soll: die Antennendatei oder die Anlagenkonfigurationsdatei. Muss man raten aus dem Fenster, aus dem die Abfrage erschienen ist.

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