Antenne Theorie und Grundlagen

Grundsätzliches

Jeder Empfänger von drahtlosen Signalen benötigt ohne Ausnahme eine Antenne.

Ein sehr verbreiteter Empfänger ist das Autoradio. Immer öfter gibt es im Auto einen weiteren Empfänger, einen GPS-Empfänger das 'Navi'. Ein modernes Navi hat 2 Empfänger eingebaut - GPS und TMC (UKW). Dafür werden auch zwei Antennen benötigt, die sich von der Bauweise deutlich unterscheiden.

Jede Antenne sollte in ihrer Abmessung und Form, den Anforderungen entsprechend, angepasst sein. Das ist einmal der Frequenzbereich, in welchem empfangen wird. So ist in speziellen Fall die Antenne für den Empfang von Satellitensignalen sehr kurz bzw. klein, die Antenne für den Empfang von Radiosignalen (= TMC) deutlich länger. Zum anderen soll die Antenne den Einsatzbedingungen entsprechen.

Grundsätzlich gilt -- Je höher die Frequenz, desto kürzer die Antenne !

Eine Antenne zum Empfang von Satelliten-TV (Satellitenschüssel) ist deutlich anders gebaut als eine Autoradio-Antenne. Die Antenne für SAT-TV ist für hohen Signalgewinn konstruiert. Das bedingt eine starke Richtwirkung (Bündelung). In diesem Fall ist das egal, da sich weder Antennen noch Satelliten bewegen. Die Satelliten stehen, quasi fix, immer am selben Standort, die Antenne auch. Etwas anders sieht eine GPS-Antenne aus, obwohl die ebenfalls eine Satelliten-Antenne ist. Da sich die Satelliten ständig bewegen, die Autos meist ebenso, sollte die alle Signale von oben empfangen. Ähnliches gilt für den Empfang von Radiosignalen im Auto. Hier sollte die Antenne idealerweise rundherum gleich gut empfangen.

Jedes Empfangssignal ist grundsätzlich elektrische Energie. Zu deren Übertragung sind immer 2 Pole (Drähte, Anschlüsse, ..) notwendig. Das gilt für Empfänger und Antenne gleich wie für eine Glühlampe oder den Kühlschrank, auch wenn die 'Energie' hier sehr, sehr gering ist. Es besteht jedoch die Möglichkeit, einen der Leiter durch eine geeignete Erde zu ersetzen.

Ausbreitung von Funkwellen

Funkwellen breiten sich geradlinig aus. Funkwellen sind sehr gut mit Licht (Lichtwellen) vergleichbar. Das ist deshalb nicht verwunderlich, weil es sich physikalisch bei beiden um dasselbe handelt - elektromagnetische Wellen. Der Frequenzbereich ist ein anderer. So spricht man in der Funktechnik auch vom 'Ausleuchten' eines Versorgungsgebietes.

Funkwellen können, gleich wie Licht, gebündelt werden um höhere Reichweiten zu erzielen oder um nur bestimmte Gebiete zu bestrahlen (versorgen). So funtioniert ein Autoscheinwerfer grundsätzlich gleich wie ein Sat-Spiegel. Ebenso wie Licht können auch Funkwellen abgeschirmt und reflektiert werden. Gleich wie ein Scheinwerfer mit größerem Abstand weniger hell scheint, wird auch die Stärke der Funkwellen verringert = gedämpft. In der Praxis ist Radioempfang meist auch möglich, ohne einen Radiosender direkt zu sehen. Das ist auf Reflexionen zurückzuführen. Derselbe Effekt wird mit Licht deutlich: Beleuchtet man einen Raum mit einem starken, gebündelten Scheinwerfer, so ist ein kleiner Teil des Raumes strahlend hell beleuchtet, im Rest des Raumes herrscht jedoch nicht absolute Dunkelheit sondern mehr oder weniger helles Streulicht. Das Licht wird teilweise reflektiert und leuchtet auch den nicht direkt im Scheinwerferkegel liegenden Raum aus.

 

Es ist deutlich erkennbar, daß der GPS-Satellit einen gebündelten Strahl sendet, der Radiosender hingegen rundherum. Der Satellit ist mit einem Autoscheinwerfer vergleichbar, der Radiosender mit einer nackten Glühlampe.

Das Auto empfängt das Signal sowohl direkt als auch über mehrere Reflexionen. Das portable Radio nur Reflexionen.
Beide funktionieren.

Polarisation

Eine Antenne wird üblicherweise entweder vertikal oder horizontal montiert. Im Falle einer Autoantenne meist irgendwie dazwischen. Dies sollte bei beiden (Sender und Empfänger) gleich sein. Im Extremfall kann ein Empfänger mit einer vertikal montierten (polarisierten) Antenne das Signal eines Senders mit horizontal Antenne nicht oder nur sehr schwach empfangen. Dies wird z.B. bei der Übertragung von Satelliten-TV bewusst genutzt. Die Einstellung im SAT-Receiver horizontal/vertikal ist geläufig. Dieselbe Frequenz wird hier für die Übertragung von 2 verschiedenen Signalen benutzt.

Beim Radioempfang im Fahrzeug ist die unterschiedliche Polarisation in der Praxis eher wenig von Bedeutung. Die Antenne steht üblicherweise nicht ganz senkrecht, außerdem erfolgt der Empfang meist nicht über das direkte Signal, sondern eine Reflexion. Reflexionen werden an schrägen Reflektoren (Hausdach aus Blech, ..) auch gedreht, sodaß sich aus Sicht der Antenne meist ein Nutzbares Signal ergibt.

Halbwellendipol

Die Grundform einer Antenne ist der Halbwellendipol.

Die Gesamtlänge der Antenne bzw. der beiden Strahler ist gleich der halben Wellenlänge. Daraus ergibt sich für eine GPS Antenne eine Länge von 9,5cm (12,2cm). Die Antenne für Radio- bzw. TMC-Empfang wäre demnach 1,5m.

Externe GPS-Antenne in Form eines Halbwellendipols.

Viertelwellenstrahler

In der Funktechnik wird oft von der Möglichkeit Gebrauch gemacht, einen der beiden Strahler durch ein einen elektrischen Leiter, ein geeignet großes Metallstück zu ersetzen. Dieses wird z.B. als Erde, Gegengewicht oder Radial bezeichnet. Im Fall der Autoantenne ist dies das Auto selbst. Beim Handfunkgerät (Walkie Talkie) ist das der Benutzer.

So ergibt sich für eine Standard-Autoantenne (UKW) eine Länge von ~ 75 cm.

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GPS Frequenzen / Wellenlänge

1575,42 MHz (= 1,57542 GHz) / Wellenlänge: 19,05 cm - L1-Frequenz
1227,60 MHz (= 1,22760 GHz) / Wellenlänge: 24,45 cm - L2-Frequenz

UKW Frequenzen (Radio) /Wellenlänge

87,5 – 108 MHz / Wellenlänge: ca. 3 m

Siehe auch

• Eigenbau einer TMC-Antenne
• GPS-Antenne
• Autoantenne - Radio, TMC

Weblinks

• Wikipedia - Antennentechnik

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