Cubical Quad, schematisch
Die einfachen Grundformen der Ganzwellenschleifen können durch Hinzufügen eines gleichartig aufgebauten Reflektors oder Direktors zu hochwirksamen unidirektionalen Richtstrahlern erweitert werden, wobei der Gewinnanstieg bei optimalen Bedingungen fast 5dBd betragen kann. Diese erhebliche Gewinnsteigerung wird mit relativ geringem Mehraufwand und ohne besondere konstruktive oder mechanische Schwierigkeiten erzielt.
Das Cubical Quad hat als Richtantenne für den DX-Verkehr bei den Funkamateuren geradezu Berühmtheit erlangt. Die gespeiste Schleife besteht aus einem Quadelement, dem in einem Abstand von 0,1 bis 0,2 Wellenlängen ein zweites, entsprechend gleichartig aufgebautes Drahtviereck gegenübersteht. In neuerer Zeit baut man den Reflektor als in sich geschlossenes Drahtviereck auf, weil inzwischen die für beste Reflektorwirkung erforderliche Seitenlänge ziemlich genau ermittelt wurde.
Der Durchmesser der als Antennenleiter benutzten Kupferdrähte oder -litzen ist ohne besondere Bedeutung für die elektrische Wirkungsweise. Aus mechanischen Gründen werden Drahtdurchmesser größer 1,5 mm bevorzugt. Litzen sind geschmeidiger als Drähte und lassen sich deshalb besser verarbeiten. Die verwendeten Drähte oder Litzen dürfen auch mit Kunststoff ummantelt sein.
Der Umfang eines resonanten Ganzwellen-Quad-Elementes muß größer als eine Wellenlänge sein. Beim gespeisten Element eines Cubical Quad rechnet man mit einem Verkürzungsfaktor von 1,015 ... 1,020 gegenüber der Resonanzwellenlänge. Der Reflektorumfang ist größer zu wählen. Für diesen Anwendungsfall beträgt der Reflektorumfang 1,113 Wellenlängen.
Cubical Quad, schematisch
Der Einfluß des Reflektorabstandes A auf den Gewinn des Systems ist relativ gering. Der Maximalgewinn von 5,7 dBd wird bei einem Reflektorabstand von 0,12 Wellenlängen erreicht. Nach größeren und kleineren Abständen hin fällt die Gewinnkurve allmählich ab, so daß bei 0,08 Wellenlängen und bei 0,22 Wellenlängen noch Gewinne von 5,2 dBd vorhanden sind.
Bei einem für maximalen Gewinn mit 0,12 Wellenlängen ausgelegten Cubical Quad beträgt der Strahlungswiderstand etwa 55 Ohm unter der Voraussetzung, daß sich die Antenne 0,5 Wellenlängen über Grund befindet. Dadurch läßt sich eine direkte Speisung mit einem Koaxiallabel ermöglichen. Allerdings erregt man dann das symmetrische Cubical Quad über ein unsymmetrisches Speisekabel, und es können die bekannten Erscheinungen wie Mantelwellen auf dem Koaxialkabel und leichtes "Schielen" in der Richtcharakteristik auftreten. Trotzdem bevorzugen die meisten Funkamateure diese direkte Speisung ohne erkennbare Nachteile. Neuere Untersuchungen haben ergeben, daß man ein Cubical Quad immer direkt über Koaxialkabel speisen soll; Symmetrierglieder verursachen Verluste. Die Unsymmetrie der Erregung wirkt sich nur geringfügig auf die Symmetrie der Strahlungscharakteristik aus, alle anderen elektrischen Daten bleiben unbeeinflußt. In diesem Zusammenhang wird empfohlen, die Elemente auch an den Punkten des Spannungsminimums zu isolieren. Dadurch kann sich die durch die unsymmetrische Erregung etwas "verschobene" Stromverteilung besser ausgleichen, und es werden Verluste, die bei Zwangserdung entstehen können, vermieden.
Wenn ein Cubical Quad jeweils über ein ganzes Amateurband mit niedriger Welligkeit betrieben werden soll, bemißt man die Strahlerresonanz nicht für Amateurbandmitte, sondern verschiebt diese mehr nach höheren Frequenzen hin. Es darf dann damit gerechet werden, daß die Welligkeit im Koaxialkabel über das ganze Amateurband nicht größer als 1,75 wird.
| Amateurband | 14 MHz | 21 MHz | 28 MHz |
| Seitelänge Ls | 5,4 m | 3,6 m | 2,67 m |
| Seitenlänge Lr | 5,53 m | 3,68 m | 2,74 m |
| Elementabstände A für 50 Ohm | 2,13 m | 1,42 m | 1,05 m |
| Elementabstände A für 55 Ohm | 2,55 m | 1,7 m | 1,26 m |
| Elementabstände A für 75 Ohm | 4,25 m | 2,83 m | 2,1 m |
Die rahmenartige Bauform der Cubical Quad ist für die Konstruktion einer verschachtelten Mehrbandantenne besonders gut geeignet, da sich die Elemente für die höherfrequenten Bänder organisch innerhalb der Rahmengestells einordnen lassen. Die Seitenlänge eines Quads für 14 MHz beträgt allerdings bereits über 5 m, und nicht jeder Amateur beherrscht diese großen Dimensionen. Dennoch gibt es Beispiele für Dreiband-Quad-Antennen, die trotz sehr leichter Bauweise stärkeren Stürmen standhielten.
Anordnung und Speisung der Elemente
Die Konstruktion eines leichten und trotzdem verwindungsfreien Tragegerüstes bereitet beim Bau einer Quad die größten Schwierigkeiten. Erstmalig schlug W4NNQ ein speichenartiges Mittelstück vor, das sowohl in mechanischer als auch in elektrischer Beziehung als eine besonders günstige Lösung angesehen werden kann.
Das Mittelstück der Dreiband-Cubical-Quad. a) Seitenansicht b) Draufsicht
Im Zentrum der Konstruktion befindet sich ein Rohrstück, an dem speichenartig 8 Stutzen angeschweißt sind, die ihrerseits die Bambusstreben aufnehmen. Die 8 Stutzen bestehen aus je 500 mm langen Winkeleisen 40 mm * 40 mm * 5 mm. Das Rohrstück hat eine Länge von 400 ... 600 mm. Allgemeingültige Hinweise, in welchen Winkeln die Speichenstücke jeweils an das Mittelrohr anzuschweißen sind, lassen sich kaum geben, da der Anstellwinkel vom gewählten Reflektorabstand abhängt. An jedem Winkeleisen wird ein mindestens 4 m langer Bambusstab befestigt, der im Mittel etwa 30 mm dick sein sollte. Es wird empfohlen, die Oberfäche der Bambusrohre mit grobem Schmirgelpapier anszurauhen und anschließend mit Alkydharzlack zu streichen. Ohne diesen Schutzanstrich würden die Bambusrohre in kurzer Zeit verwittern. Ein Aufplatzen des Rohres verhindert man, indem jede Kammer des Bambusrohres mit einigen Windungen Kupferdraht straff umwickelt und die Drahtwindungen anschließend miteinander verlötet werden. Die Bambusrohre befestigt man an den Winkeleisenstreben durch je zwei kräftige Schlauchbänder.
In der Mitte befindet sich die sog. Spinne. Diese besteht aus 8 kurzen L-Eisen, die
an einem zentralen Rohr (50mm Durchmesser) angeschweißt wurden.
Die Spreizer sind 8 Bambusrohre mit einer Länge von je 4 Metern. Jede Kammer
der Bambusrohre ist mit einem verlöteten Kupferdrahtring versehen. Das ganze
wurde mit einem Kunstharzlack, wie er in Wasserbecken sonst verwendet wird, gestrichen.
Die Texte und Bilder stammen teilweise aus "Rothammels Antennenbuch". Die Genehmigung des Authors liegt vor.