In den nächsten drei Artikeln gehe ich näher auf das Thema Antenne ein:
1) Funktionsweise und Kriterien für die Wahl der richtigen Antenne,
2) Anwendungsbeispiel Dachantenne und die
3) Verwendung von Antennen im Automobilbereich
Ich versuche die Thematik so einfach und verständlich wie möglich zu erklären und berücksichtige dabei meine persönlichen Erfahrungen sowie praktische Tipps.
Was macht eine Antenne?
Eine Antenne ist eine spezielle technische Anordnung von elektrischen Leitern zum Empfangen und/oder Abstrahlen elektromagnetischer Wellen (E-Welle, auch Raumwelle genannt).
Welche Kriterien werden bei der Wahl der richtigen Antenne berücksichtigt
- Frequenz
- Polarisation
- Anwendungsgebiet
1) Frequenz
Die Frequenz im Antennenbereich beschreibt vereinfacht, wie oft eine E-Welle innerhalb einer Sekunde schwingt. Eine Frequenz wird stehts in Hertz (Hz) angeben (nach Physiker Heinrich Hertz, Entdecker von elektromagnetischen Wellen).
1 Hz bedeutet, dass die Zeit, die eine E-Welle von Wellental zu Wellental benötigt,
1 Sekunde beträgt. Somit schwingt diese Welle 1-mal pro Sekunde.
Zum Vergleich
- Sehen Sie einen blauen Ballon an, hat das Licht (E-Welle), das auf die Netzhaut trifft, eine Frequenz von ca. 650 THz = 650.000.000.000.000 Hz
- Ein moderner Computer Prozessor taktet mit einer Frequenz von ca. 4.2 GHz = 4.200.000.000 Hz
- Der Radiosender 1Live im Ruhrgebiet strahlt auf 106.7 MHz = 106.700.000 Hz
Die Frequenzen im Funkbereich sind weltweit festgelegt und bestimmten Diensten zugeordnet. Dies wird in Deutschland durch die Bundesnetzagentur geregelt.
2) Polarisation
Die Polarisation ist die Art und Weise, wie sich E-Wellen geometrisch gesehen durch den freien Raum bewegen. Sie können auf verschiedene Art und Weise abgestrahlt werden (vertikal, horizontal oder sogar zirkular). Je nach Antennenart ist diese für bestimmte Polarisationsarten empfindlicher als für andere.
NOAA-Wettersatelliten strahlen beispielsweise ein rechtsdrehend zirkular polarisiertes Signal ab, das am besten mit einer quadrifilaren Helixantenne empfangen werden kann.
Ein kleiner Exkurs: Am besten kann Polarisation mit dem Polfilter einer Spiegelreflexkamera verdeutlicht werden. Polfilter werden verwendet, um unerwünschte Reflexionen aus einer Szene zu entfernen und die Kontraste eines Bildes zu verstärken. Lichtstrahlen sind nämlich ebenfalls elektromagnetische Wellen; allerdings im sichtbaren Bereich für das Auge. Ohne Polfilter tritt Licht in den verschiedensten Winkeln in das Objektiv ein. Durch Verwenden und Drehen des Polfilters können aber verschiedene Effekte erzielt werden, indem Lichtwellen gefiltert und nur in vordefinierten Bereichen durchgelassen werden.
3) Anwendungsgebiete
Zum Beispiel: Radioempfang (DAB + UKW), GPS, Mobilfunk und mobiles Netz, etc.
Abhängig vom Anwendungsgebiet und der Umgebung muss eine Antenne entsprechend bemessen sein. Eine Antenne für den GPS-Empfang ist kürzer als für UKW-Radioempfänger. Das liegt daran, dass Raumwellen je nach Frequenz eine feste Wellenlänge haben (Details hierzu im nächsten Kapitel).
Zusätzlich muss eine Sendeantenne für die vorgesehene Frequenz perfekt abgestimmt sein. Andernfalls kann das Sendegerät durch eine ungünstige Stehwelle (SWR) beschädigt werden, weil die Sendeleistung im Sendegerät selbst abgetragen wird (Hitzeentwicklung). Empfangsantennen müssen ebenfalls für den vorgesehen Arbeitsbereich optimiert sein, um den bestmöglichen Rauschabstand (= Empfangsqualität) zu erreichen.
Im nächsten Teil konstruieren wir gedanklich eine Dachantenne für den Radioempfang.