Antennen und Kabel

Grundwissen

Über die Antenne wird ein Signal abgegeben sowohl auch aufgenommen. Hierbei kommen diverse Bauformen zum Einsatz, je nach Anwendungsgebiet. Antennen besitzen aufgrund ihrer Bauform eine resonante Frequenz, dies ist die Frequenz wo sie im Sendebetrieb die praktisch die komplette Leistung abgeben kann.

Isotropenstrahler

Der Iotropenstrahler ist eine nur in der Theorie existierende Antenne. Die antenne hat keine Ausdehnung, ist also lediglich ein Punkt im Universum. Sie strahlt perfekt kugelförmig ab. Diese Antenne kann zwar nicht gebaut werden, sie eignet sich aber als Basis um andere Antennen zu vergleichen. Wird der Verstärkungsfaktor einer Antenne mit dieser verglichen, so wird dies in "dBi" oder "EIRP" angegeben.

Dipol

Der Dipol ist eine der Einfachsten Bauformen. Die Antenne besteht aus zwei voneinander ausgestrckte Drähte, die von der Mitte mit dem Signal gespeist werden. Diese Antenne ist Omnidirektional, sendet und empfängt Signale also gleichermassen in alle Richtungen.
Aufgrund dieser Eigenschaften, werden andere Bauformen häufig gegenüber dieser verglichen. Wird der Verstärkungsfaktor einer Antenne mit dieser verglichen dann wird dies in "dBd" oder "ERP" angegeben.
Die einzelnen Leiter sind ungefähr eine Viertel Wellenlänge lang, zusammen also eine halbe Wellenlänge. Auf dieser Frequenz arbeitet ein Dipol praktisch verlustfrei. In dieser Konfiguration hat ein Dipol eine Impedanz von ca. `75 Omega`
Ein Dipol muss mit einer symmetrischen Leitung gespiesen werden. Da die meisten Geräte mit asymmetrischen (Coax) Kabel verbunden werden muss dieses adaptiert werden, z.B. mit einem Balun (siehe weiter unten).
Die Länge eines Dipoles lässt sich mit der Formel `l=147/f_"MHz"` schätzen. Ein Dipol für 3.6 MHz wäre also `147/(3.6"MHz")=40.83m`
→ Diese Formel beinhaltet bereits einen gebräuchlichen Verkürzungsfaktor.

Monopol

Der Monopol ist eine vereinfachung des Dipoles, welcher durch ein asymmeteisches Kabel gespiesen werden kann. Der Kabelmantel ist hierbei mit der Erde verbunden. Diese Antenne muss senkrecht aufgestellt werden.

Yagi-Uda Antenne

Dies ist eine extrem direktionale Antenne, die Basis ist auch hier jedoch ein Dipol. Der Dipol ist das einzige betriebene element, die anderen sind rein parasitär. Die zusätzlichen Elemente nehmen das Signal auf und geben es verzögert wieder ab. Dadurch entstehen konstruktive interferenzen in Senderichtung, und destruktive Interferenzen in anderen Richtungen.
Die Elemente in Senderichtung heissen Direktoren, und die Elemente in die entgegengesetzte Richtung Reflektoren.
Visuell ist die Richtung daran zu erkenen, dass der Reflektor normalerweide grösser als der Dipol, und die Direktoren kleiner als der Dipol sind. Durch das hinzufügen mehrerer Direktoren kann die Antenne direktionaler werden.
Diese Bauform wird im Lurzwellen-Amateurfunk gerne eingesetzt, normalerweise auf einem rotierendem Adapter damit sich die Antenne in die gewünschte Senderichtung drehen lässt.

Eine sehr direktionale Antenne hat einen schmalen Öffnungswinkel. Der Öffnungswinkel ist der Winkel in dem das Signal gegenüber der Spitze um 3dB abgesunken ist.

Multiband Antenne

Aufgrund der grossen Bandbreite die dem Kurzwellen Amateur zur Verfügung steht ist es häufig wünschenswert für mehrere Bänder die selbe Antenne nutzen zu können. Eine Möglichkeit dies zu erreichen ist mittels Sperrkreis in der Antenne. Da ein Sperrkreis eine bestimmte Frequenz nicht durchlässt kann er dafür sorgen, dass eine Antene kürzer erscheint als für andere Frequenzen. Dies wird in der W3DZZ Antenne benutzt um sie für praktisch alle Kurzwellenbänder (80-40-20-15-10) funktional zu machen.

Verkürzungsfaktor

Da sich Signale in unterschiedlichen Medien unterschiedlich schnell ausbreiten muss dies in Antennen- und Leitungslängen beachtet werden. Der Verkürzungsfaktor ist von Material und Bauart abhängig. Der Verkürzungsfaktor in Antennen und Symmwetrischen Leitungen ist tendenziell relativ klein, ca 3%-6%. Bei Asymmetrischen Leitungen wie Koaxialkabel kann er durchaus 60% betragen.

Asymmetrische und Symmetrische Leitungen

Eine Symmetrische Leitung ist jede Leitung wo beide Leiter identisch geformt sind. Eine Asymmetrische Leitung wiederum ist eine Leitung wo die Leiter eine unterschiedliche Form haben.
Beispiel für eine symmetrische Leitung: Hühnerleiter
Beispiel für eine asymmetrische Leitung: Coax Kabel
Symmetrisch wird auch als "Balanced" und asymmetrisch als "Unbalanced" angegeben.

Zuleitungen, Impendanzen, SWR

Ein Kondensator entsteht immer dann wenn zwei Leiter mit unterschiedlichen Ladungen in die Nähe voneinander gebracht werden. Aus diesem Grund sind auch Antennen und Kabel Kondensatoren und haben eine Impedanz. Damit ein Sendesystem korrekt funktioniert müssen diese Impedanzen angepasst werden. Wird dies nicht gemacht, so wird ein Teil der Sendeleistung nicht in der Antenne abgegeben, sondern zurückgeworfen. Diese zurückgeworfene Energie überlagert sich mit der gesendete Energie. Dadurch entstehen Punkte in der Leitung wo die Spannung ein Maximum ist, und andere Punkte wo sie ein Minimum ist. Der Wert wird bestimmt mittels `"SWR"=U_"max"/U_"min"`
Das Resultat ist eine einzelne Zahl, wird aber häufig als "1:x" Form angegeben.

Balun

Ein Balun ist ein Impedanzwandler, der es erlaubt eine symmetrische und asymmetrische Leitung zu koppeln. Das Windungsverhältnis kann über `sqrt(Z_1/Z_2)` berechnet werden, wobei `Z_1` die Impedanz der gesuchte Seite, und `Z_2` von Seite mit Faktor 1. Ist das Resultat also 5, so muss der Balun ein Übersetzungeverhältnis 1:5 aufweisen.

Feldstärke

Eine Antenne erzeugt eine elektromagnetisches Feld. Die Feldstärke kann mit der Formel `E_0=(7*sqrt(P_s))/r` berechnet werden. `E_0` ist die Feldstärke in V/m, `P_s` ist die Leistung des Senders (PEP, in Watt) und `r` ist der Radius (oder Distanz) in Meter wo gemessen wird.
→ Wird keine Angabe zur Richtung gemacht wird davon ausgegangen, dass in idealer Senderichtung der Antenne gemessen wird und 100% der Leistung übertragen wird.