Antennen - Die Verbindung zur Welt

Teil V - Die Praxis

Mehr als alles andere ist die Antenne für die Qualität eines Funkverkehrs verantwortlich. Doch woran misst man die Antennenqualität? In dieser Serie wollen wir die Eigenschaften von Antennen beleuchten.


Nachdem wir in den letzten Folgen auf die Definitionen von Dipolantenne, Langdrahtantenne (oder l/4-Antenne) und Helixantenne eingegangen sind sowie die Begriffe Richtwirkung, Bandbreite, Wellenwiderstand und Gewinn erörtert haben, wollen wir uns nun den Antennen zuwenden, die man in der Praxis vorfindet.

Ein «Strahler» ist recht klein

Die kleinsten Autoantennen, die sich im Angebot finden, sind sogenannte Strahler. Dabei handelt es sich um einfache l/4-Antennen oder Helixantennen in einer Kunststoffummantelung, die sie vor Korrosion und Witterungseinflüssen schützen soll. Um welchen Typ von beiden es sich jeweils handelt, lässt sich einfach an der Länge erkennen: Eine Langdrahtantenne für 900 MHz ist etwa 8.5 cm lang, während eine solche für 1800 MHz nur etwas über 4 cm misst. Ist die Antenne (ohne den Fuss zur Befestigung) kürzer, muss es sich also um eine Helixantenne handeln.

Wenn der Gewinn mit 0 dB angegeben ist, kann man sicher sein, dass es sich um eine Langdrahtantenne handelt, denn «kein Gewinn gegenüber einer Langdrahtantenne» muss wohl heissen, dass es eine Langdrahtantenne ist.

Wie schliesst man Spulen?

Häufiger als diese kleinen Stummelchen findet man aber «colineare Antennen», die dann auch noch wahlweise mit offener oder geschlossener Spule angeboten werden. Das «colinear» bei diesen Antennen heisst nur, dass sich eine Spule und ein Draht auf derselben Achse oder Linie befinden (co-linear = gemeinsame Linie). Hier wird durch die zusätzliche Spule die Induktivität des Schwingkreises - und jede Antenne ist ja ein Schwingkreis - erhöht. Eine Erhöhung der Induktivität bedeutet aber eine Verringerung der Frequenz und damit eine Vergrösserung der Wellenlänge.

Warum tut man das?

Antennen mit solchen Spulen sind meist deutlich länger als ein Viertel der Wellenlänge. Denn eine längere Antenne kann mehr von dem elektrischen Feld einfangen und bietet daher mehr Leistung. Eine doppelt so lange Antenne würde also doppelt soviel Energie einfangen, wäre aber für 900 MHz keine l/4- sondern eine l/2-Antenne bzw. eine l/4-Antenne für 450 MHz. Durch die Spule wird die Eigenschwingung wieder auf die Wellenlänge zurückgesetzt, die wir mit dem Handy nutzen wollen.

«Geschlossene Spule» aber bedeutet ganz einfach, dass über der Spule noch ein Kunststoffmantel ist, der den Luftwiderstand der Antenne reduziert, die Windgeräusche vermindert und das Telefonieren auf der Autobahn damit angenehmer macht - aber bitte nur für Beifahrer!

Diese colinearen Antennen haben dann je nach Baulänge einen Gewinn von 0 dB oder 3 dB. Dabei ist aber zu bedenken, dass auch eine Aussenantenne mit 0 dB in Wirklichkeit schon einen Gewinn darstellt, da ja die Karosserie des Autos die elektromagnetischen Strahlen abschirmt. Je nachdem, wie gross die Fenster des Autos sind, ist diese abschirmende Wirkung grösser oder kleiner, aber immer vorhanden - ausser man fährt einen Trabant, dessen Karosserie bekanntlich nicht aus Metall, sondern aus Glasfaser und Polyesterharz besteht.

Daneben findet sich in manchen Katalogen auch noch die Bezeichnung «doppelt colineare Antennen», die dann meist mit 6 dB Gewinn ausgezeichnet sind. Was aber kein Wunder ist, denn doppelte Länge bedeutet +3 dB.

Flach statt rund

Neben diesen Antennen, die im Querschnitt ja alle rund sind, gibt es auch flache Antennen. Die Idee dahinter ist ganz einfach: Eine Langdrahtantenne ist im Prinzip ein Stück Draht, das man senkrecht aufstellt. Natürlich muss dieses Stück Draht eine genau bestimmte Länge haben, damit es für unsere gewünschte Wellenlänge als Antenne fungieren kann, aber es bleibt ein Stück Draht.

Statt dessen liesse sich natürlich auch ein Stück Blech nehmen, solange es nur die richtige Länge hat. Und heute bringt man einen Metallfilm auf einer Platine auf und verwendet das dann als Antenne.

In der Praxis kommt schliesslich noch eine Spule dazu, denn der Metallstreifen hat natürlich eine gewisse Breite, in der auch wiederum elektrische Ströme fliessen können, welche die Resonanzwellenlänge verändern. Und genauso wie bei der colinearen Antenne ist es auch hier eine Spule - oder besser gesagt eine Induktivität -, welche die Wellenlänge wieder richtig stellt. Nur dass die Induktivität hier ein paar Linien auf der Platine sind, die mit einem Metallfilm auf der Rückseite der Platine wechselwirken.

Der Vorteil dieser Anordnung ist, dass sie flach ist, und sich daher optimal insbesondere für Fensterklemmantennen eignet.

Autoantenne ohne Auto

Wenn man aber versucht, eine dieser Antennen an einem anderen Ort, zum Beispiel auf einem Boot zu verwenden, entstehen Probleme. Die l/4-Antenne ist ja nur deshalb eine solche, weil sie mit dem Boden bzw. mit der Karosserie des Autos wechselwirkt. Wenn keine Erdung zum Wechselwirken vorhanden ist, arbeitet die Antenne plötzlich als Dipol, und das heisst, sie arbeitet als l/2-Antenne oder anders ausgedrückt, die Resonanzfrequenz liegt statt bei 900 MHz plötzlich bei 450 MHz.

Wenn man also eine Karosserie aus Kunststoff hat oder alle metallischen Oberflächen gegen Salzwasser versiegelt sind, und man hier keine leitende Verbindung herstellen möchte, benötigt man eine sogenannte «Ground Plane»-Antenne. Hier sind auf dem Antennenfuss vier kleine Metallstangen in einer Ebene angeordnet.

Und da sich dann ein geschlossenes elektrisches Feld aufbaut, reicht das aus, um der Antenne eine leitende Fläche vorzutäuschen, die von der Antenne aus gesehen die Rolle einer Erdung übernimmt. Daher auch der Name, denn im Englischen steht «Ground» für die Erdung, und «Plane» ist die Ebene, die ja von den vier Metallstangen gebildet wird.

Antenne auf dem Haus

Zuletzt wollen wir auch Antennen für Häuser nicht vergessen. Denn in den Mauern eines Hauses befindet sich oft ähnlich viel Metall, ähnlich der Karosserie eines Autos; und dabei muss man noch gar nicht an moderne Stahlbeton- oder Stahlskelettbauten denken. Auch in Ziegelbauten findet sich in Form von Wasserrohren, Stromleitungen, Gasleitungen und Heizungsrohren genügend Metall, um den Handyempfang deutlich zu verschlechtern - weshalb der Anblick von Leuten, die sich zu einem Fenster hinlehnen und dabei eine Hand ans Ohr pressen, immer häufiger wird.

Abhilfe kann hier eine Aussenantenne für das Haus schaffen.

Die einfachste Variante ist es, eine Autoantenne auf einen Metallwinkel zu schrauben. Eine bessere Möglichkeit ist aber, eine Yagi-Antenne - wie man sie ja auch für den Fernsehempfang verwendet - einzusetzen. Die lässt sich dann fix auf die nächste Basisstation ausrichten - genauso, wie man eine Fernsehantenne auf den Fernsehsender ausrichtet - und hat nicht nur den faradayíschen Käfig des Hauses umgangen, sondern auch noch 6 bis 12 dB Gewinn erzielt.

Was zu beachten ist

Egal, welche Antenne man wo verwendet: Einige Dinge sind immer zu beachten. Zunächst benötigt man für GSM-900 und GSM-1800 zwei verschiedene Antennen - ausser man kauft eine Kombiantenne, bei der beide Antennen unter einer Kunststoffhülle sind. Wichtig ist auch die Anbringung.

Zwischen Antenne und Basisstation sollte nach Möglichkeit nichts sein. Beim Auto lässt sich das natürlich nicht bestimmen, aber man kann die Antenne zumindest am höchsten Punkt des Autos anbringen, damit wenigstens kein Teil des Autos abschirmend wirkt.

Bei Yagi-Antennen für zuhause, die im Unterschied zu Langdrahtantennen eine viel stärkere Richtwirkung aufweisen, sollte man genau wissen, wo die nächste Basisstation ist, um die Antenne dorthin auszurichten.

Schliesslich sollte man auch die Kabelwege bedenken. Natürlich sind moderne Antennenkabel viel verlustärmer als ältere Modelle, aber Verluste gibt es, und die fallen pro Meter an. Im Auto spielt das eine relativ geringe Rolle, da man mit zwei Metern Antennenkabel eigentlich überall hinkommen sollte. Im Haus jedoch ist das naturgemäss anders.

Die richtige Abstimmung von Antennenaufstellung, Antennenausrichtung und kürzestmöglichem Antennenkabel zu dem Ort, an dem man dann oft und gerne telefoniert, ist einiges zu überlegen wert. Auch sollte man nicht beim Kabel sparen, wenn man sich eine Antenne zulegt, da ein billiges Kabel den gesamten Gewinn der Antenne wieder auffressen kann - und das wäre doch schade ums Geld.

Michael Köttl/fwk


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