Polarisation (Antennen)

Der physikalische Begriff Polarisation wird auch in der Antennentechnik verwendet. Die Richtung der elektrischen Feldkomponente einer elektromagnetischen Welle und die Raumlage einer Antenne bestimmen die Polarisation der Abstrahlung. Man unterscheidet zwischen der linearen und der zirkularen Polarisation einer Antenne.

Vertikal polarisierter Sendemast für Mittelwelle

Lineare Polarisation

Bei einer linearen Polarisation ist die Richtung der elektromagnetischen Feldkomponenten konstant. Aus der linearen Polarisation lassen sich zwei weitere Hauptformen der Polarisation ableiten:

• die vertikale Polarisation mit senkrecht zur Erdoberfläche verlaufendem elektrischen Feld,
• die horizontale Polarisation mit parallel zur Erdoberfläche verlaufendem elektrischen Feld.

Bei Rundfunksendern im Mittel- und Langwellenbereich wird vertikale Polarisation verwendet, weil so die Bodenwellen-Versorgung am einfachsten möglich ist. Eine flach strahlende, horizontal polarisierte Antenne müsste dafür in großer Höhe (typisch halbe Wellenlänge, also 100 m oder mehr) zwischen mindestens zwei Masten aufgespannt werden. Zudem ist die Streckendämpfung einer vertikal polariserten Bodenwelle in diesem Frequenzbereich geringer.

Im UKW-Bereich (Hörfunk, Fernsehen) verwendet man vorzugsweise horizontale Polarisation, weil hier Streckendämpfung und Laufzeitverzerrung durch Reflexionen und Streuung geringer sind. Ausgenommen davon ist der Mobilfunk, weil horizontal polarisierte Mobilantennen nur schwer zu verwirklichen sind.

Bei geostationären Satelliten wie Astra werden die Sender für benachbarte Kanäle abwechselnd vertikal und horizontal polarisiert, um gegenseitige Beeinflussung in der gemeinsamen Parabolantenne zu minimieren.

Die lineare Polarisation kann natürlich auch alle anderen Richtungen im Raum einnehmen, wobei zusätzlich zu vertikal und horizontal nur noch die Lagen ±45° besonders bezeichnet werden.

Zirkulare Polarisation

Zirkular polarisierte Wendelantenne für 2,4 GHz

Bei der zirkularen Polarisation rotiert der Feldstärkevektor rechts- oder linksdrehend senkrecht zur Ausbreitungsrichtung Z (rechtsdrehende bzw. linksdrehende Zirkularpolarisation). Eine zirkulare Polarisation entsteht z.B. durch zwei um 90° phasenverschoben gespeiste und gleichzeitig um 90° versetzte linear polarisierte Antennen. Sind die Amplituden zweier solcher linearer Komponenten nicht gleich groß, entsteht eine elliptische Polarisation.

Durch Unregelmäßigkeiten in der Atmosphäre, insbesondere der Ionosphäre und dem Reflexionsverhalten von Gegenständen treten häufig Polarisationsverschiebungen auf. Sie erzeugen Dämpfungserscheinungen, das sogenannte Polarisationsfading (Polarisationsschwund). Die durch die Hindernisse hervorgerufenen Dämpfungen durch Polarisationsdrehung nennt man Depolarisation.

Für einen optimalen Empfang müssen die Sende- und die Empfangsantenne die gleiche Polarisation haben. Wird eine falsch polarisierte Antenne eingesetzt, so entstehen erhebliche Verluste, in der Praxis zwischen 20 und 30 dB. Aufgrund dieser Tatsache kann man durch bewusste Änderung der Polarisation sowohl atmosphärische Störungen als auch bestimmte elektronische Störungen unterdrücken. Befindet sich auf einer Seite eine Antenne mit linearer und auf der anderen Seite eine mit zirkularer Polarisation, beträgt der Verlust nur 3 dB.

Ein Kreuzdipol erzeugt eine zirkulare Polarisation

Anwendung der zirkularen Polarisation

1. Wenn nicht genau bekannt ist, welche Lage zwei korrespondierende Antennen zueinander haben (zum Beispiel, weil eine Antenne sich irgendwo taumelnd im Raum befindet), dann wird durch die zirkulare Polarisation trotzdem eine stabile Verbindung ermöglicht, da der Achswinkel zwischen Sende- und Empfangsantenne hier keine Bedeutung mehr hat.
2. Durch Niederschläge verursachte Störungen eines Aufklärungsradargerätes können durch eine zirkulare Polarisation verringert werden. Indem sich Teile der reflektierten Energie aus verschiedenen Entfernungen überlagern und sich somit teilweise aufheben, wird eine Verringerung des Rückstreuquerschnittes des diffusen Objektes bewirkt, der theoretisch sogar Null ist. Bei schlechtem Wetter werden diese Radargeräte also vorzugsweise eine zirkulare Polarisation verwenden.

Literatur

• Eberhard Spindlert: Das große Antennen-Buch. 11. Auflage, Franzis-Verlag GmbH, München, 1987, ISBN 3-7723-8761-6
• Stratis Karamanolis: Alles über CB Ein Handbuch für den CB Funker. 2. Auflage, Karamanolis Verlag, Putzbrunn, 1977
• Hans Lobensommer: Handbuch der modernen Funktechnik. 1. Auflage, Franzis Verlag GmbH, Poing, 1995, ISBN 3-7723-4262-0
• Gregor Häberle, Heinz Häberle, Thomas Kleiber: Fachkunde Radio-, Fernseh-, und Funkelektronik. 3. Auflage, Verlag Europa Lehrmittel, Haan-Gruiten, 1996, ISBN 3-8085-3263-7