Im letzten Artikel habe ich die Funktion einer Antenne erklärt und welche Kriterien bei der Wahl der richtigen Antenne berücksichtigt werden müssen. Heute konstruieren wir gedanklich eine Dachantenne für den Radioempfang. Dabei gehe ich näher darauf ein, warum Antennen eine bestimmte Länge haben müssen. Elektrotechnische Hintergründe wie Wellenimpedanz, Fußpunktspeisung und Blindwiderständen, etc. lasse ich bewusst außen vor, um das Thema so verständlich wie möglich darzustellen.
In Fahrzeugen sind mittlerweile an den unterschiedlichsten Stellen Antennen verbaut: in der Windschutz-, Heck- und Seitenscheibe, aber auch auf dem Dach und in der Karosserie. Die gängigsten Antennen im Automobilbereich sind sowohl Dipol- als auch Monopol-/Stabantennen (auch Groundplane genannt).
Mein heutiges Beispiel ist die Radioantenne für den UKW-Funkbereich. Dazu schauen wir uns Schritt für Schritt die drei Kriterien aus dem letzten Artikel an:
- Frequenz
- Polarisation und
- Anwendungsgebiet
1) Frequenz
UKW steht für Ultra-Kurz-Welle und erstreckt sich über einen Frequenzbereich von 30 bis 300 MHz. In Deutschland ist für den Rundfunk der Frequenzbereich 87,5 bis 108 MHz reserviert. Im Ruhrgebiet liegt der Radiosender 1LIVE beispielsweise auf 106.7 MHz. Die Mitte des Frequenzbandes liegt somit bei ca. 98 MHz.
Meistens werden Antennen allerdings für den gesamten UKW-Bereich hergestellt, sodass als Grundlage 30 bis 300 MHz mit Priorität auf den unteren Frequenzbereich angenommen werden. Die mittlere Länge liegt hier vereinfacht dargestellt bei 150 MHz.
2) Polarisation
Radiofunk wird überwiegend vertikal abgestrahlt. In einer urbanen Umgebung kann der Empfang allerdings durch hohe Gebäude, die zwischen Sender und Empfänger stehen, beeinträchtigt werden. Reflexionen können UKW-Wellen aber auch tief in Tunnel leiten, was vorteilhaft für den Empfang ist.
3) Anwendungsgebiet
Die Antenne soll für das Autoradio verwendet werden. Sie muss somit designmäßig zum Fahrzeug passen und gleichzeitig einen soliden Empfang liefern. Senden muss diese Antenne nicht. Somit ist die Stehwelle (SWR) zwar nebensächlich, aber die Antenne muss von den Abmessungen her dennoch angepasst sein.
Kurz zusammengefasst
Arbeitsfrequenz: 150 MHz
Polarisation: Vertikal
Anwendungsgebiet: Fahrzeug, Radioantenne
Eine passende Antennenform ist die Monopol-/Stabantenne. Diese wird in der Mitte des Autodachs verbaut und mit der Fahrzeugkarosserie verbunden. Das Monopol zeigt dabei vertikal nach oben. Das Gegenstück des Monopols ist die Fahrzeugmasse, die somit als Gegengewicht dient. Es gilt: Je größer das Gegengewicht, desto besser.
Entscheidend ist aber auch die Länge des Monopols. Die Bauform der Antenne arbeitet auf Basis einer λ/4-Resonanz. Das Monopol muss somit strenggenommen ¼ der Wellenlänge von 150 MHz lang sein.
Eine kurze Rechnung
299999 km/s (Lichtgeschwindigkeit) geteilt durch 150 MHz entsprechen einer Wellenlänge von ca. 200 cm. Das Monopol beträgt ¼ der Wellenlänge: 200 cm geteilt durch 4 ergibt 50 cm. Das bedeutet, die Antenne müsste eine physische Länge von 50 cm haben.
Lange Dachantennen sind heutzutage allerdings ein absolutes No-Go. Daher werden Antennen elektrisch und/oder physisch verkürzt. Die Länge kann mittels Verlängerungsspule verkürzt werden, indem die Antenne sozusagen am unteren Ende in Spulenform „aufgewickelt“ wird. Durch das Verkürzen der Antenne wird diese sehr schmalbandig, was für eine reine Empfangsantenne aber nicht problematisch ist.
Alternativ kann im Vorverstärker auch eine Elektronik verbaut werden, die die nachgeschaltete Antenne elektrisch anpasst. Eine Verwendung einer Verlängerungsspule entfällt in diesem Fall. Ein kurzer Blick in die Geschichte: Dachantennen wurden damals bereits ab Werk mit einem Vorverstärker verbaut, der über das Radio mittels Innenleiter ferngespeist wird (Phantomspeisung).
Wie oben bereits erwähnt, werden lange Dachantennen in modernen Fahrzeugen aufgrund des Designs nicht mehr gerne verwendet. Stattdessen werden Antennen in die Verglasung von Fahrzeugen integriert: Front-, Heck- und Seitenscheiben werden für Radioempfang (DAB + UKW), GPS, Mobilfunk und Internet vorbereitet und liefern somit eine große Fläche für die Nutzung von Antennen. Im nächsten Blogartikel gehe ich im Detail auf die im Autoglas verbauten Antennen ein und zeige Ihnen, wie Sie mit einfachen Mitteln eine Heckscheiben-UKW-Antenne prüfen können.