Vorwort: Mit der heutigen Ausgabe starten wir unsere Joe Carr Tech Notes Serie. Diese richtet sich hauptsächlich an Hobbyneulinge und Einsteiger und befasst sich mit einigen Grundlagenthemen. Sie wurde uns freundlicherweise von Fred Ostermann zur Übersetzung zur Verfügung gestellt und ist im englischen Original auf http://www.dxing.com nachzulesen.
Richt-oder Rundstrahlantenne? Das ist die entscheidende Frage, die sich ein Amateurfunker oder SWL stellt. Die Antwort ist einfach: ?Es kommt darauf an!? Ich würde gerne eine für jeden Fall gültige Regel nennen, aber das ist nicht möglich.
Mit diesem Bericht soll eine Beschreibung der wichtigsten Kriterien aufgezeigt werden, die es ermöglicht, den für den eigenen Bedarf am besten geeigneten Antennentyp zu ermitteln. Zuerst soll verdeutlicht werden, was mit Richt- und Rundstrahlantenne gemeint ist.
Strahlungsfelder
Antennen besitzen ein dreidimensionales Strahlungsfeld. Für die folgenden Betrachtungen wollen wir uns aber nur mit dem azimutalen Feld befassen. Dieses Feld erscheint in der Vogelperspektive, d.h., es sind nur die horizontalen Ausdehnungen des Feldes dargestellt. Ferner soll vorrausgesetzt werden, dass Empfangssignale nur aus vier Richtungen (A, B, C, D) eintreffen. Auch wenn in der Realität selbstverständlich Signale aus allen Richtungen eintreffen. Im Folgenden sind diese Vereinfachungen hilfreich.
Rundstrahlende Antennen
Die rundstrahlende Antenne empfängt aus allen Richtungen gleich stark. Der im Englischen übliche Begriff “non-directional antenna” deutet also gleichermaßen auf die Eigenart dieses Typ hin, nämlich, dass sie keine Richtwirkung besitzt. Bild 1 zeigt das Azimutalfeld einer rundstrahlenden Antenne mit vier definierten Signalen aus den Richtungen A, B, C und D. Dieses Diagramm ist bezeichnend für Vertikal-Antennen, Groundplanes und allen Antennen, deren Strahler senkrecht zur Erdoberfläche steht.
Die entscheidende Eigenschaft ist also, dass auch das Empfangssignal aus allen vier Richtungen gleich stark ist (so, wie Signale aus allen anderen Richtungen). Für Sender gilt dies im umgekehrten Sinne für die Abstrahlung. Diese Charakteristik ist vorteilhaft für Funkempfang aus allen Teilen der Welt ebenso wie für den Amareurfunker bei einem CQ-Ruf in der Hoffnung um schnellst möglichen Kontakt.
Richtantennen
Verstärkung und Richtwirkung hängen unmittelbar zusammen. Die Richtwirkung einer Antennen ist ein Maß dafür, wie sehr die HF-Energie in eine oder zwei Richtungen fokussiert wird. Bei gleichbleibender HF-Energie konzentriert sie sich auf eine kleinere Fläche, somit nimmt darin die Signalstärke höhere Werte an. Der entsprechende Signalanstieg ist der Gewinn. Er wird in “Dezibel über dem eines Dipols” (dBd) oder in “Dezibel über dem eines isotropen Strahlers” (dBi) angegeben. Ein isotroper Strahler stellt eine (theoretische) Strahlungsquelle dar, die in alle Richtungen gleichmäßig abstrahlt, aber im Gegensatz zum Rundstrahler auch dreidimensional bzw. kugelförmig.
Bild 2 zeigt ein bidirektionales Antennendiagramm mit der Form einer Acht. Es ist typisch für Halbwellendipole, Quad-Loops und viele andere. Es weist zwei bevorzugte (Maxima) und zwei Null-Richtungen (Minima) auf. Bild 2 zeigt diese Eigenschaft anhand eines Halbwellendipols. Beim Empfang erreicht das Signal aus den Richtungen der Minima (Signal A und C) den Empfänger nur gedämpft, da die Antenne hier nur geringe Empfindlichkeit besitzt. Die Dämpfung ist zwar nicht unendlich, aber doch beträchtlich (z.B. 60dB). Aus Richtung B und D ist die Signalstärke hingegen am stärksten. Für Sendeantennen gilt im umgekehrten Sinne auch wieder das Gleiche. Zum Verständnis: Am Ende der Antennendrähte (beim Dipol) ist die Strahlung am geringsten.
Lokale Bedingungen beeinflussen jedoch das Strahlungsdiagramm. Der Theorie am nächsten kommt die tatsächliche Charakteristik, wenn die Antenne in größerer Höhe und ausreichender Entfernung zu Hindernissen wie Bäume, Häuser und anderen Drähten installiert wird. In der Praxis werden dagegen die zwei Keulen des Maximums nicht gleich ausgeprägt und die Nullstellen ebenso wenig gleich sein. 
Bild 3 zeigt ein unidirektionales Strahlungsfeld, wie es z.B. bei Yagi´s und Quad-Richtantennen vorkommt. Die Hauptkeulen bieten das Maximum an Signal. Außerdem zeigen sich
Neben- und Rückkeulen. Sie stellen in Hinblick auf die Funktion einer Richtantenne nur Energieverluste dar und sollten möglichst minimiert werden. Bei diesem Beispiel einer Richtantenne wird folglich das Signal A, C und D gedämpft, wärend B maximales Signal bietet.
Die Keulenbreite (Beambreite) ist ein Maß für die Richtwirkung und somit der Verstärkung. Die Beambreite ist die Breite der Hauptkeule in Grad gemessen. Sie wird üblicherweise zwischen den -3dB-Punkten angegeben. Das sind die Punkte, zwischen denen nach links wie nach rechts das Signal 3dB unterhalb des Maximums liegt und so um die Hälfte gesunken ist. Die Verstärkung verhält sich umgekehrt proportional zur Beambreite: Je schmaler sie ist, umso höher ist die Verstärkung.
In der Praxis werden Richtantennen meist drehbar montiert, um die Hauptkeule in alle Richtungen positionieren zu können. Dieses Vorgehen ist auf den höheren KW-Frequenzen und im VHF/UHF-Bereich recht praktikabel, auf niedrigeren Frequenzen sind die Antennenmaße dafür jedoch zu groß. Wärend eine Yagi, die Strahlerelemente von halber Wellenlänge trägt, bei 15MHz mindestens 9,5 Meter misst, sind es auf 4MHz bereits 36 Meter. Es sind dabei nicht nur Aspekte der mechanischen Stabilität, sondern auch der Kosten zu berücksichtigen.
Unser letztes Beispiel eines Strahlungsdiagramms nennt sich Kleeblatt-Diagramm, wie in Bild 4 zu sehen ist. Diese Charakteristik trifft auf Langdrähte und mittengespeiste Dipole mit ¾-Wellenlängen zu. Beachten Sie, dass hier vier Hauptkeulen mit bestimmten Winkeln zum Antennendraht existieren. Anzahl und Winkel der Keulen hängen von der Bauart der Antenne und der Frquenz, auf der sie betrieben wird, ab.
Je nach Antennentyp gibt es noch andere Strahlungscharakteristiken. Sogar ein und die selbe Antenne erzeugt verschiedene Charakteristiken, je nach Betriebsfrequenz. Doch die sollen hier nicht verwirren, wenn wir uns mit repräsentativen Strahlungsdiagrammen beschäftigen.
Die Entscheidung
Das wichtigste Kriterium beim Radioempfang ist das Verhältnis von Signalstärke zur Störungsstärke (SNR). Zu den klassischen Formen der Störungen müssen beim SNR auch unerwünschte Nutzsignale gerechnet werden. Allgemein wird ein SNR von 3dB (gewünschtes Signal 3dB über den unerwünschten Signalen und Störungen) als ausreichend für das Verstehen von Informationen bezeichnet., ab 10dB spricht man von bequemem Empfang. Eine Verbesserung des SNR erfordert entweder eine Steigerung des Nutzsignals, eine Senkung des Störsignals oder beides.
Bei der Benutzung einer rundstrahlenden Antenne werden alle Signale, auch die Störungen, gleichermaßen aufgenommen. Es ist bei diesem Typ keine Möglichkeit gegeben, das Nutzsignal zu erhöhen bzw. Störsignale zu dämpfen. In einem überbelegten Frequenzband bietet dieser Antennentyp keinen SNR-Vorteil.
Aber, um auf die Frage des geeignetesten Antennentyps zurück zu kommen: “Es kommt darauf an”!
Eine Sendestation möchte evtl. einen CQ-Ruf in alle Richtungen aussenden. Dann ist die Chance, einen Kontakt herzustellen mit einer Rundstrahlantenne größer, sowohl, um aus allen Richtungen gehört zu werden als auch um aus allen Richtungen hören zu können.
Mit Richtantennen, ob mit ein oder zwei Vorzugsrichtungen, können Signalsteigerungen durch Drehen der Antenne und so der Hauptkeule in die gewünschte Richtung erziehlt werden. Das gilt auch für das Ausblenden unerwünschter Signalquellen, indem die Nullstellen darauf gerichtet werden.
Man betrachte Bild 5. Ein gewünschtes Signal A und ein unerwünschtes Signal B erreichen die Antenne. Möchten wir Signal A maximieren, würden wir die Hauptkeule in Richtung A drehen. Ein besseres SNR wird jedoch erreicht, indem die Nullstelle auf Signal B gerichtet wird, auch wenn das Signal A damit nicht in der Hauptkeule liegt. Erinnern wir uns, das Ziel ist die Optimierung des Verhältnisses von Signal zu Störung.
Soll ein nicht zu großer Halbwellendipol verwendet werden, lässt er sich aus Alu-Rohren herstellen, um ihn tragbar und damit drehbar zu machen.
Die “beste” Wahl
Vermutlich die beste Antennenwahl besteht darin, mehrere Antennen, je nach Zweck, zu bauen und mittels Umschalter (am besten Koaxschalter) die entsprechende auszuwählen.
Einige typische Kombinationen finden oft Verwendung. So z.B. die Verwendung von zwei gleichen Dipols, die im rechten Winkel zu einander angeordnet sind. Das Maximum der einen fällt so in das Minimum der anderen. Oder man verwendet einen Rundstrahler sowie entweder einen Dipol (bidirektional) oder einen Beam (unidirektional). Mit dem Koaxschalter erfolgt dann die Auswahl. Ein Amateurfunker, den ich kenne, besitzt 10 Antennen mit verschiedenen Strahlungcharakteristika, welche er je nach Situation über einen 16-fachen Schalter auswählt.
