Richtstrahlantenne

Richtfunkantenne am Stuttgarter Fernsehturm

Eine Richtantenne ist eine Antenne zum Aufbau einer Richtfunkverbindung zwischen zwei Punkten. Dabei wird die elektromagnetische Energie bevorzugt in eine bestimmte Richtung abgestrahlt.

Jede Antenne ist eine Richtantenne, da es einen Isotropstrahler praktisch nicht gibt. Die Bevorzugung von bestimmten Richtungen bei der Abstrahlung oder dem Empfang gegenüber einer Bezugsantenne bezeichnet man als Antennengewinn. Der Antennengewinn, Formelzeichen g, wird in dB angeben und bezieht sich meist auf den Isotropstrahler (dBi), seltener auf den Halbwellendipol (dBd). Der Halbwellendipol hat bereits einen Gewinn von 2,15 dBi. Seltener wird der Antennengewinn auch als Faktor angegeben, Formelzeichen G.

Als EIRP (Equivalent Isotropic Radiated Power) wird die Sendeleistung bezeichnet, die man einem Isotropstrahler zuführen müsste, um die gleiche Reichweite wie mit dem Richtstrahler zu erzielen. Die Beziehung zwischen EIRP und dem Gewinn lautet: EIRP = 10 ^g/10 * P.

Durch die Richtwirkung wird der Empfang von Störsendern, die außerhalb der Haupt- oder Nebenkeulen liegen, gedämpft.

Richtcharakteristik einer Dipolantenne

Antennencharakteristik eines Dipols für unterschiedliche Längen (siehe Text)

Das Diagramm rechts vergleicht schematisch die ortsabhängige Strahlungsintensität eines Dipols verschiedener Längen. Die Antenne der Länge L, in der Mitte als Pfeil eingezeichnet, liegt horizontal und weit entfernt von Störflächen (Erdboden).

Für einen hertzschen Dipol, rote Linie, ist L viel kleiner als die Wellenlänge λ, L < λ/2. Die Antenne strahlt maximal senkrecht zur Antennenachse in 90- und 270°-Richtung.

Ein λ/2-Dipol mit der Antennenabmessung von L = λ/2, gelbe Linie, besitzt eine ähnliche Strahlungscharakteristik, der Antennengewinn senkrecht zur Antennenachse ist etwas größer.

Bei einer Langdrahtantenne mit L > λ, grüne Linie, spalten sich die Maxima auf, die Strahlungsleistung ist am größten in Richtung 45° zur Antenne. Eine weitere Verlängerung, L = 2*λ, blaue Linie, verschiebt die Maxima weiter zur Antennenachse und steigert leicht den Gewinn. Gleichzeitig entstehen Nebenkeulen senkrecht zur Antenne.

Die Erdung einer Seite einer Langdrahtantenne über einen Widerstand hebt die Symmetrie der Vorwärts- und Rückwärtsstrahlung auf. Die Antenne erhält einen zusätzlichen Gewinn in Richtung des Shunt-Widerstands. Ist der Abstand der Langdrahtantenne zur Erde geringer als die Wellenlänge, muss bei der Abschätzung der Richtwirkung auch der Einfluss der leitenden Erdoberfläche berücksichtigt werden.

Beispiele

Richtantennen werden in allen Frequenzbändern verwendet. Ihre Ausführung und Realisierbarkeit hängt vom Wellenbereich ab.

Für Lang- und Mittelwellen werden als Richtantenne zum Senden Anordnungen aus zwei oder mehreren selbststrahlenden Sendemasten eingesetzt. Hierbei wird stets mindestens ein Mast mit der Sendeenergie gespeist. Die anderen Masten können (phasenverschoben) gespeist oder (gegebenenfalls über Abstimmglieder) geerdet sein, diese dienen dann als passive Reflektor- oder Direktormasten. Weiterhin kann bei Mittelwelle eine Reusenantenne, bei der ein oder mehrere Elemente phasenverschoben gespeist werden, eingesetzt werden. Als richtungsempfindliche Empfangsantenne werden in diesem Frequenzbändern Ferrit- oder Rahmenantennen verwendet.

Für Kurzwellen werden häufig Dipolwände oder logarithmisch-periodische Antennen (LPDA) als richtungsabhängige Antennen eingesetzt. Auch Dipolantennen werden eingesetzt.

2-m-Lang-Yagi für das 2-m-Amateurfunk-Band

Für Frequenzen im UKW-Bereich ist die Yagi-Antenne die am weitesten verbreitete Richtantenne zum Empfang von Signalen. Sie wird auch als Sendeantenne von Funkamateuren und Funkdiensten verwendet. Als Richtantennen für größere Sendeleistung werden in diesem Frequenzbereich Dipolzeilen verwendet. Durch senkrechte Stapelung erreicht man einen waagerechten Fächer, der ein großes Gebiet abdeckt.

Für Frequenzen ab ca. 150 MHz werden bereits Wendelantennen eingesetzt (Wetterbildempfang), ab ca. 1 GHz werden Parabolantennen als richtungsempfindliche Antenne sowohl zum Senden als auch zum Empfang verwendet. Bei qualitativ hohen Anforderungen kommen jedoch eher Muschelantennen zum Einsatz, da sie im Vergleich zu Parabolantennen bessere Strahlungscharakteristiken aufweisen. Hornstrahler werden heute kaum noch verwendet, da die Muschelantennen bei in etwa gleichen Übertragungseigenschaften eine geringere Baugröße aufweisen. Weiterhin gibt es die Patchantenne und die Phased Array Antenne.

Literatur

• Alois Krischke: Rothammels Antennenbuch. 11. Auflage, Franckh-Kosmos-Verlags-GmbH, Stuttgart 1995, ISBN 3-440-07018-2
• Technik der Nachrichtenübertragung Teil 1 Grundlagen der Hochfrequenz. 1. Auflage, Institut zur Entwicklung moderner Unterrichtsmethoden e. V., Bremen, 1980
• Eberhard Spindlert: Das große Antennen-Buch. 11. Auflage, Franzis-Verlag GmbH, München, 1987, ISBN 3-7723-8761-6