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Artikel aus Mobile Times 24

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 sich Antennenqualität? In dieser Serie wollen wir auf die Eigenschaften von Antennen eingehen.

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 findet.

Ein "Strahler" ist recht klein

Die kleinsten Autoantennen, die man im Angebot vorfindet, sind sogenannte Strahler. Dabei handelt es sich um einfache l/4-Antennen oder Helixantennen in einer Kunststoffummantelung, die sie vor Korrosion und Witterungseffekten schützen soll. Was von beiden es ist, kann man einfach an der Länge erkennen: eine Langdrahtantenne für 900 MHz ist etwa 8,5 cm lang, während eine für 1800 MHz nur etwas über 4 cm mißt. Ist die Antenne (ohne den Fuß zur Befestigung) kürzer als das, so muß es sich um eine Helixantenne handeln.

Wenn der Gewinn mit 0 dB angegeben ist, so kann man sicher sein, daß es sich um eine Langdrahtantenne handelt, denn "kein Gewinn gegenüber einer Langdrahtantenne" (siehe Folge IV) 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, beziehungsweise 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 Telephonieren auf der Autobahn damit angenehmer macht - aber nur für Beifahrer!

Diese colinearen Antennen haben dann je nach Baulänge einen Gewinn von 0 dB oder 3 dB. Dabei sollte man aber bedenken, daß auch eine Außenantenne mit 0 dB in Wirklichkeit schon einen Gewinn darstellt, da die Karosserie des Autos ja 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 man 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 könnte man 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 als Antenne. In der Praxis kommt dann noch eine Spule dazu, denn der Metallstreifen hat natürlich eine gewisse Breite, in der auch wieder elektrische Ströme fließen können, die die Resonanzwellenlänge verändern. Und genauso wie bei der colinearen Antenne ist es auch hier eine Spule - oder besser gesagt eine Induktivität -, die die Wellenlänge wieder richtigstellt. 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 daher insbesondere für Fensterklemmantennen optimal geeignet.

Autoantenne ohne Auto

Wenn man aber versucht, eine dieser Antennen an einem anderen Ort, zum Beispiel auf einem Boot zu verwenden, so stößt man auf Probleme. Die l/4-Antenne ist ja nur deshalb eine solche, weil sie mit dem Boden wechselwirkt beziehungsweise mit der Karosserie des Autos. Wenn keine Erdung zum Wechselwirken vorhanden ist, dann 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 sind gegen Salzwasser versiegelt, und man möchte hier keine leitende Verbindung herstellen, 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, welche ja von den vier Metallstangen gebildet wird.

Antenne auf dem Haus

Zu guter Letzt wollen wir auch Antennen für Häuser nicht vergessen. Denn in den Mauern eines Hauses befindet sich oft ähnlich viel Metall wie in der Karosserie eines Autos; und dabei muß man noch gar nicht an moderne Stahlbeton- oder Stahlskelettbauten denken. Auch in Ziegelbauten hat man in der Form von Wasserrohren, Stromleitungen, Gasleitungen und Heizungsrohren genug 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 es, eine Yagi-Antenne - wie man sie ja auch für den Fernsehempfang verwendet - einzusetzen. Die kann man dann fix auf die nächste Basisstation ausrichten - genauso wie man eine Fernsehantenne auf den Fernsehsender ausrichtet - und hat nicht nur den Faradayschen Käfig des Hauses umgangen, sondern auch noch 6 bis 12 dB Gewinn erzielt.

Was man beachten muß

Egal welche Antenne man wo verwendet: Einige Dinge muß man immer 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 kann man 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 zu Hause, die im Unterschied zu Langdrahtantennen eine viel stärkere Richtwirkung aufweisen, sollte man genau wissen, wo die nächste Basisstation ist, damit man die Antenne dorthin ausrichten kann.

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 telephoniert, ist einiges an überlegen wert. Auch sollte man nicht beim Kabel sparen, wenn man sich eine Antenne zulegt, da ein billiges Kabel den ganzen Gewinn der Antenne wieder auffressen kann - und das wäre doch schade um das Geld.

Michael Köttl

Quellen

ARAT
Emporia Telecom
Eurocellular
Hama
HB Multimedia
Johannik
M-Line!
Misco
Mobiset Austria
Schäfer-Shop
Waeco

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