Empfangsantenne ist nicht Sendeantenne!

Kurzwellenhörern, die beginnen, sich mit diesem Hobby zu beschäftigen, wird die Wahl einer geeigneten Antenne nicht leicht gemacht. Es ist nicht etwa so, dass es zu wenig Literatur über Antennen gäbe, jedoch bezieht sie sich oft auf Sendeantennen oder es wird nicht deutlich genug unterschieden zwischen Sende- und Empfangsantennen, soweit es um die spezifischen Anforderungen geht. Die dort gemachten Ausführungen führen dann oft zur Fehleinschätzung in der Frage: „Welcher Aufwand ist denn nun speziell für Empfangsantennen sinnvoll?“ Hier sollen durch eine Gegenüberstellung der Auswirkungen von Sende- und Empfangsfall eindeutige Aussagen gefunden werden. Dabei hielt ich es für sinnvoll, auch die Empfängereigenschaften zu betrachten, denn sie, so wird sich zeigen, machen einen wesentlichen Unterschied an die Anforderungen an Empfangs- gegenüber Sendeantennen aus.

In der Funktechnik haben Antennen eine elementare Bedeutung: Sie stellen die Bindeglieder beidseitig der Freiraumausbreitung von elektromagnetischen Wellen dar. Sie bestimmen in Form und Dimension, wie effektiv Funkwellen darüber abgestrahlt oder empfangen werden können. Doch gibt es – sei es aus wirtschaftlichen oder aus praktischen Gründen – unterschiedliche Anforderungen an Sende- und Empfangsantennen.

Elektrisch betrachtet gelten für Sende- und Empfangsantennen die gleichen Gesetze, lediglich mit umgekehrten Vorzeichen. Der Antennenausgang wird zum Antenneneingang, die Erzeugung und Abstrahlung elektrischer Felder durch Zufuhr von Wechselstrom im Sendefall entspricht umgekehrt der Umwandlung der elektrischen Felder durch Induktion in Wechselströme, welche dem Empfänger zur Verfügung gestellt werden.

Elektrische Leistung

Der bedeutenste Unterschied im Vergleich von Sende- und Empfangsantennen besteht in der elektrischen Leistung, die in ihr umgesetzt wird. Sie ist bei Sendeantennen wesentlich höher und genau diesem Umstand muss bei der Konstruktion Rechnung getragen werden. Und wie? Zum Beispiel mit stärkeren Leiterquerschnitten, um ohmsche Widerstandsverluste zu minimieren. Mit stärkerer Isolation oder größeren Abständen zwischen Leitern, um die vergleichsweise hohen Spannungen in ihre Schranken zu weisen. Mit optimal dimensionierten Maßen und Geometrien, um auch die Verluste zu kompensieren, die durch „nicht-ohmsche“ Widerstandsanteile bei Hochfrequenz entstehen. Und nicht zuletzt, um Leben oder auch nur die eigene Sendeanlage vor Zerstörung zu schützen.

Dahingegen genügen in Empfangsantennen dünne Leiter und geringe Isolationen. Lebensgefahr besteht bei den geringen elektrischen Leistungen ohnehin nicht. Konstruktiv setzt am ehesten die mechanische Stabilität Grenzen.

Schauen wir uns die elektrischen Leistungen in Antennen an. Hier wird deutlich, weshalb bei dem Vergleich von Sende- und Empfangsantenne von dem „bedeutensten Unterschied“ die Rede ist.

Bei einer vergleichsweise geringen Sendeleistung von 1 Watt beispielsweise möge man sich vergegenwärtigen, dass diese Leistung, würde sie von einer Empfangsantenne dem Empfänger zugeführt, darin eine Signalstärke von S9+95dB verursachen und mit einer Spannung von ca. 7 Volt zur Zerstörung eines Empfangsgerätes führen würde. Dem gegenüber betrachte man die Spannungen, wie sie von Empfängern üblicherweise verarbeitet werden. So liegt bei S9+60dB, dem sogenannten Vollausschlag üblicher Zeigerinstrumente, ein Signal der Spannung von 30mV an, bei S9 sollten es per Definition 50µV und bei S1 gerade noch 0,37µV sein. Dabei hätte man es bei dem maximal wünschenswerten Signal von S9+60dB gleichbedeutend mit einer Leistung von 50µW, bei dem immer noch starken Signal von S9 mit 70nW und bei S1 sogar nur noch mit 0,8fW (femto-Watt) zu tun, das schreibt sich: 8*10^-16 Watt! Und diese geringe Leistung stellt erst die Grenze dar, unter derer die Empfindlichkeit und der Dynamikbereich eines guten Empfängers nicht mehr ausreicht, schwache Signale nachzuweisen.

Nun schauen wir uns amateurfunktypische Sendeleistungen von 1kW oder gar rundfunktypische Sendeleistungen von 1MW an. Wieder unter dem Aspekt, dass diese Leistung unmittelbar in der Empfangsantenne wirksam und so dem Empfänger zugeführt werden würde, ergäbe sich im ersten Fall bei einem S-Wert von S9+135dB eine Spannung von etwa 120 Volt, im zweiten Fall bei S9+175dB eine Spannung von 1.600 Volt! Da kann man von Glück reden, dass zwischen Sende- und Empfangsantenne einige Kilometer Luft liegen und dass die Sendeleistung bei Freiraumausbreitung mit dem Quadrat der Entfernung abnimmt.

Wir haben gesehen, dass ein Empfänger Leistungsbereiche von rund zehn Zehner-Potenzen verarbeiten kann und dass zwischen der Empfindlichkeitsgrenze eines Empfängers und der Ausgangsleistung mancher Rundfunksender sogar 22 Zehner-Potenzen Leistungsunterschied liegen! Dies führt zu der ersten Aussage:

1. Aussage:

Während eine Empfangsantenne nicht bedenkenlos als Sendeantenne verwendet werden kann, kann umgekehrt eine Sendeantenne problemlos als Empfangsantenne dienen, wie dies auch üblicherweise getan wird, solange nicht das gleichzeitige Senden und Empfangen gefordert ist.

Bei der Konstruktion von Empfangsantennen kann man den Faktor “elektrische Leistung” und den daraus resultierenden Erfordernissen im Gegensatz zu Sendeantennen praktisch unberücksichtigt lassen. Stop, nicht ganz: Für Blitzschutz ist gegebenenfalls zu sorgen!

Drahtlänge und Signalstärke

Nun bestehen die Überlegungen zum Bau einer Antenne ja nicht nur aus der elektrischen Leistung, sondern auch aus der Formgebung – verständlicher gesagt dem Antennentyp – und der Baugröße, die schließlich die Verschiedenhaftigkeit der Antennen ausmacht. Sie berücksichtigt den Charakter der Antenne bezüglich des Frequenzbereiches, der Richtwirkung, der Selektivität und allgemein der zu erwartenden Empfangsstärke. Die diesbezüglichen Aussagen zu Sendeantennen gelten gleichermaßen für Empfangsantennen.

Die Empfangs-bzw. Signalstärke ist recht eng mit der Baugröße der Antenne verbunden. Mit ihr ist in der Regel die Länge z.B. der Dipol-Strahler bzw. des Antennendrahtes gemeint. Grundsätzlich kann ein langer Draht mehr elektrische Energie induzieren, als ein kurzer, da er mehr eintreffenden elektromagnetischen Wellen – oder einen größeren Anteil einer Wellenlänge – Energie durch Induktion entziehen kann. Während die Leiterlänge direkt auch die Resonanzfrequenz beeinflusst und dies im Sendefall von großer Bedeutung ist, um etwa geringe Störaussendungen und damit einen hohen Wirkungsgrad der Antenne zu erreichen (hierzu unten mehr), muss sie im Empfangsfall nur bedingt berücksichtigt werden. Fehlende Resonanz bedeutet hier zwar ebenfalls eine Abnahme der Signalstärke auf der Nennfrequenz, was aber, wie im Folgenden gezeigt wird, nicht zwangsläufig nachteilig sein muss. Wie undramatisch eine Verkürzung der Antenne im Empfangsfall auch ist wird deutlich, wenn man sich bewusst macht, dass beispielsweise die Reduzierung von einem Viertel auf ein Zehntel der Wellenlänge, also z.B. für eine Wellenlänge von 20m von 5m auf 2m, lediglich einen Signalverlust von ca. 0,25dB bedeutet.

Ein Empfänger besitzt einen gewissen Dynamikbereich, innerhalb dessen ein Signal, was ja elektrische Leistung darstellt, auch verarbeitet werden kann. Zur unteren Grenze hin bedeutet das: Solange gleichzeitig ein Mindestabstand von Nutz-zu-Störsignal (in dem Fall das Rauschen) gewährleistet ist, kann ein Signal auch ausgewertet bzw. gelesen werden. Dieser Abstand entscheidet über die Verwertbarkeit des Signals, ganz gleich, ob die Summe aus Stör- und Nutzsignalleistung insgesamt ein hohes oder niedriges Niveau hat.

Da ein Antennendraht nicht nur Nutzsignal, sondern auch Störsignal, unter anderem atmosphärisches, künstliches und durch die Antenne selbst erzeugtes, thermisches Rauschen aufnimmt, wird das Rauschen bei längeren Drähten ebenfalls stärker aufgenommen bzw. erzeugt, und zwar in proportionalem Verhältnis zum Nutzsignal. Das bedeutet, das Verhältnis zwischen Nutz-und Störsignal bleibt unverändert und damit die Verwertbarkeit des Signals. Der lange Draht hätte hier gegenüber dem kurzen Draht solange keinen Vorteil, solang sich die Empfangssignalleistung innerhalb des Dynamikbereiches des Empfängers befindet. Erst an der unteren Grenze des Dynamikbereiches, da, wo das externe Rauschen das Eigenrauschen des Empfängers unterschreitet, kann ein stärkeres Antennensignal zwischen Hören und Nichthören entscheiden, somit also ein längerer Draht gewinnbringend sein.

Bild 1: Dynamikbereich und Signal-Rauschverhältnis: Unterschreitet das Empfangssignal den Pegel des Eigenrauschens des Empfängers, so beginnt sich auch das Signal-Rausch-Verhältnis zu reduzieren.

An dieser Stelle ein Wort zu Aktivantennen: Hier kann auch eine Aktivantenne keine Wunder bewirken. Sie steht derzeit hoch im Kurs und wird gerne als Ideallösung propagiert. Zweifellos ist mit ihr ein wesentlicher Vorteil verbunden: Die geringe Baugröße. Das lässt sie zum Einsatz kommen, wo die Montage eines Drahtes zu aufwändig erscheint oder wo er sich aus optischen Gründen verbietet. Dieser Vorteil wiegt umso mehr, als dass sie unauffällig außerhalb des häuslichen Störnebels installiert werden kann. Dann, und nur dann kann sie ihre nützliche Wirkung zeigen, genau so wie ein Draht. Im Vergleich zum Draht allerdings ist das Eigenrauschen des Aktivantennen-Verstärkers bestenfalls so gering, dass er nur einen unwesentlichen, zusätzlichen Rauschanteil hinzufügt. In der Tat erfüllen schon billige Verstärkerbauteile diese Bedingung unterhalb von 100MHz ausreichend gut. Gleichzeitig bietet der Verstärker die Möglichkeit, Verluste einer langen Antennenzuleitung zu kompensieren. Von einer Verbesserung des Nutz- zu Störverhältnisses gegenüber einem Draht kann aber nicht geredet werden. Positiv geht bei vergleichbarem Montagestandort in die Bilanz einer Aktivantenne ein, dass ihr unangepasster, sehr kurzer Antennenstab weniger elektrische Störsignale, gleich ob künstliche oder atmosphärische, aufnimmt.

Es ist eine Frage der Ansicht: Eine Aktivantenne stellt eine brauchbare Alternative mit positiven und negativen Eigenschaften im Vergleich zu einer Drahtantenne dar. Die generelle Abhängigkeit von einer Stromversorgung darf natürlich bei portablem Betrieb nicht vergessen werden.

Der Signal-Rausch-Abstand wird auch SINAD (Signal – to noise and distortion) genannt und in Dezibel dB angegeben. Für AM-Empfang ist bei einer Eingangsspannung von 20µV ein SINAD von etwa 20dB zur Lesbarkeit des Signals erforderlich, bei SSB-Empfang sind für das gleiche SINAD-Verhältnis nur 3µV Eingangsspannung erforderlich. Für Morsetelegrafie-Empfang sind dies bei 10dB nur 1µV. Das zeigt, dass verschiedene Betriebsarten unterschiedliche Anforderungen an die Güte von Empfangsanlagen stellt und man erkennt, dass Morsetelegraphie die geringste Sendeenergie aufbringen muss, um noch lesbare Information zu übermitteln.

Auf der anderen Seite kann ein zu starkes Signal auch schädlich sein, nämlich dann, wenn der Empfänger die obere Grenze des Dynamikbereiches erreicht hat. Hier können Schaltstufen des Empfängers überlastet werden; meist sind es Verstärkerstufen, deren Transistoren so stark angesteuert werden, dass sie nicht mehr linear arbeiten oder bereits in die Sättigung getrieben werden. Die Folge davon ist eine Desensibilisierung des Empfängers, also eine Abnahme der Empfindlichkeit. Das äußert sich meist in Mischprodukten, die sich als zusätzliche Störsignale bemerkbar machen. „Nach fest kommt kaputt“, und so kann eine zu hohe Signalspannung letztlich auch zur Zerstörung der Stufen führen.

Übrigens: Die meisten Reiseradios mit eingebauter Teleskopantenne besitzen eine recht hohe Empfindlichkeit, aber leider meist bei nur kleinem Dynamikbereich, sodass hier eine Empfangsverbesserung durch stärkere Signale von der Antenne selten zu erwarten ist. Jede Signalerhöhung führt recht schnell zur Übersteuerung des Empfangsteils. Oft stellt das Signalangebot über die Teleskopantenne bereits die Grenze des Verkraftbaren dar. In vielen Fällen führt daher eine gezielte Abschwächung des Signals, entweder durch ein zwischen Antenne und Empfangsteil geschaltetes Dämpfungsglied oder auch durch bewusste Fehlanpassung der Antenne – etwa durch Verkürzung des Drahtes oder der Teleskopantenne – , zu einer Verbesserung des Empfangsergebnisses, da damit der Signalpegel wieder auf ein Maß reduziert wird, welches innerhalb des Dynamikbereiches des Empfängers zu liegen kommt. Dies möge man einmal ausprobieren, wenn eine gewünschte Aussendung von unidentifizierbaren Nachbarstationen gestört wird. Das Einschieben der Teleskopantenne um ein oder zwei Glieder kann hier bereits zu einem deutlich ungestörteren Empfang führen. Zeigt sich, dass bei der Reduzierung des Eingangssignals Sender unhörbar werden, so kann das sogar bedeuten, dass auf der eingestellten Frequenz tatsächlich gar kein Sender war, sondern lediglich das Mischprodukt eines Senders, der auf einem anderen Band sendete – hier also garnicht hingehörte. Das führt zur 2. Aussage:

2. Aussage:

Sendeantennen müssen für die Sollfrequenz dimensioniert sein, um die maximale Leistung möglichst verlustarm abstrahlen zu können. Für Empfänger ist nicht die Signalstärke das maßgebende Kriterium für die Wahl der Empfangsantenne, sondern ein dem Dynamikbereich des Empfängers angepasstes Signalangebot.

Richtwirkung

Die Richtwirkung ist ebenfalls vom Antennentyp abhängig und kann durch entsprechende geografische Ausrichtung der Antenne gewinnbringend genutzt werden. Sie ist mit dem Gewinn der Antenne gleichzusetzen. Die Steigerung der Signalstärke aus der einen Richtung bedingt nämlich zwangsläufig eine Dämpfung aus anderen Richtungen und so ist das Produkt aller Richtungen mit Gewinn und derer mit Dämpfung unter dem Strich immer gleich Eins. Da Sendeantennen – mit Ausnahmen etwa für Baken – dem Zweck einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung dienen, ist die Richtwirkung die erstrebenswerte Eigenschaft einer Antenne schlechthin. Viele SWL´s möchten hingegen eine Richtwirkung vermeiden, um aus allen Richtungen gleich gut empfangen zu können. Generell sind vertikale Strahler für diese “Rundum-Eigenschaft” bekannt. Ein als Antenne verwendeter Draht in horizontaler Ausrichtung besitzt hingegen eine Richtwirkung mit der Form einer Acht. Wegen der Verstärkung in zwei Richtungen, die generell bei Dipolen wirkt, nennt man das Peilergebnis eines Dipols auch zweideutig. Doch dieser Effekt ist in der Praxis bei Drähten meist nur schwer zu definieren, denn oft wird er um Ecken oder Zick-Zack gespannt. Damit verwischen die Vorzugsrichtungen mehr oder weniger und bieten letztlich eine kaum nachvollziehbare Richtcharakteristik. Außerdem eignet sich ein Draht auf Grund seiner Abmessungen selten zum Drehen und Wenden, um die Richtcharakteristik variabel nutzen zu können.

Grundsätzlich – vor allem Rahmenantenne bieten sich dazu an – könnte aber die Richtwirkung ausgenutzt werden, um aus bestimmten Richtungen nicht nur stärker, also mit Antennengewinn, zu empfangen, sondern genauso um gleichzeitig störende Sender zu dämpfen.

Die Richtwirkung hat eine vollständig andere Ursache als die frequenzbestimmte Selektivität. Für den Empfänger bedeutet aber beides eine Selektion und somit eine Verbesserung des Stör / Nutzsignalverhältnisses. Das führt zu der Aussage:

3. Aussage:

Soweit nicht etwa Baken betrieben werden, ist für Sendeantennen ist ein hoher Gewinn anzustreben, da sich die abgestrahlte Energie auf einen Punkt konzentriert und die Abstrahlung in andere Richtungen reduziert werden.

Für Empfangsanlagen bringt die Richtwirkung eine Verbesserung des Nutz-Stör-Verhältnisses und stellt damit eine prinzipielle Empfangsverbesserung für jeden Typ von Empfänger dar.

Selektivität

Antennen stellen einen Schwingkreis, bestehend aus Kapazität und Induktivität, dar. Wie für jeden Schwingkreis wird die Selektivität durch ihre Güte ausgedrückt. Ist eine Antenne in Resonanz mit der zu sendenden oder zu empfangenen Wellenlänge, zeigt sich die Antenne mit höchster Güte und so mit höchster selektiver Wirkung.

Schmalbandig, also hoch selektiv ist die Antenne bei einem hohen induktiven, breitbandig entsprechend bei einem hohen kapazitiven Anteil. Der wird u.a. durch die Drahtstärke (Drahtdurchmesser) beeinflusst. Die Selektivität hängt auch von dem Verhältnis von Drahtstärke zu Leiterlänge ab. Die Selektivität nimmt mit zunehmender Drahtstärke ab. Dieser Effekt ist aber bei Kurzwellenantennen relativ gering auf Grund des in jedem Falle geringen Verhältnisses von Drahtstärke zur Wellenlänge der empfangenen Frequenz – im Gegensatz zu UHF-Frequenzen. Aber auch die Antennenform, also der Antennentyp, ist maßgebend. Viele parallel geführten Leiter, etwa Reusenantennen, schmälern die Selektivität zu Gunsten der Breitbandigkeit.

Abgesehen davon, dass Selektivität auf dem Wege von der Antenne bis zum Lautsprecher des Empfängers an vielen Stellen realisiert werden kann, z.B. mit einem Preselektor vor, mit Zwischenfrequenzfiltern im oder NF-Filter hinter dem Empfänger, bietet also jede Antenne selbst eine durch ihre Konstruktion bedingte Selektivität.

Für Sendeantennen verbietet sich Breitbandigkeit von alleine (sehen wir von Baken und Störsendern einmal ab), da damit Energie für Frequenzbereiche verschwendet wird, wo sie doch normalerweise auf eine Frequenz konzentriert werden soll, um die Verluste und Störausstrahlung zu minimieren.

Ist der Empfänger selbst selektiv genug oder mit einer zusätzlichen Vorselektion versehen und somit von unerwünschten Frequenzanteilen entlastet, kann somit eine breitbandige Antenne einen Vorteil bedeuten, nämlich immerhin den des einfachen oder billigen Aufbaues. Sie überstreicht dann einen größeren Frequenzbereich und erfordert nicht, wie das bei Sendeantennen zwingend der Fall ist, eine korrekte Abstimmung auf einen bestimmten Frequenzbereich. Insbesondere im Empfangsfall, in dem man sich nicht auf bestimmte Frequenzbereiche beschränken möchte, ist das ja wünschenswert. Doch jede Medaille hat zwei Seiten.

Der Empfang in Frequenzbereichen, für die die Empfangsantenne nicht mehr resonant ist mit der Folge von mangelnder Selektivität (begrenzte Bandbreite), bedeutet eine Zunahme des Verhältnisses von unerwünschten zu erwünschten Signalen. Breitbandigkeit einer Antenne bedeutet nämlich, dass dem Empfänger mehr unerwünschte Aussendungen jenseits der gewünschten Frequenz zugeführt werden. Auch die nicht erwünschten Frequenzanteile tragen zur Erhöhung der Summe der eingespeisten Energie bei, die der Empfänger zu verarbeiten hat. Der damit verbundene, nachteilige Anstieg des Gesamtsignalpegels muss vom Empfänger verkraftet werden. Er übersteuert, der eine mehr und der andere weniger mit der Folge von unerwünschten Mischprodukten. Dies wird sich besonders bei schwachen Wunschsignalen negativ bemerkbar machen. Vor- und Nachteile sind hier abzuwägen, wobei es darauf ankommt, ob der Empfänger selbst eine hohe Selektivität aufweist oder nicht.

Eine Selektion auf Niederfrequenzniveau, also z.B. dem Lautsprecher-, Kopfhörer- oder Line-Ausgang, stellt lediglich eine Tonbeeinflussung dar, die zwar auch die Lesbarkeit eines Signals verbessern kann, aber doch selber auf ausreichend hohen Signal-Rausch-Abstand angewiesen ist. Und der wird im Empfangszweig erreicht.

4. Aussage:

Auch die Selektivität folgt aus der Dimensionierung der Antenne. Bei Resonanz ist sie am höchsten. Für Sendeantennen ist dies für die verlustarme Abstrahlung eine der entscheidendsten Kenngrößen.

im Empfangsbetrieb dient eine hohe Selektivität der Antenne der Entlastung eines Empfängers mit unzureichender Selektion. Dadurch kann mit einer Empfangsverbesserung gerechnet werden.

Impedanz

Eine sogenannte Impedanzanpassung dient der Angleichung des Widerstandes am Anschluss der Antenne, der je nach Typ einige Kiloohm betragen kann und dem des Empfängereingangs mit üblicherweise 50 Ohm für den Anschluss eines Koaxialkabels und 300 Ohm mit Klemmeanschluss. Die genaue Impedanz der Antenne ist meist unbekannt, solange sie nicht nach ganz konkreten Vorgaben gebaut ist und in bestimmtem Umfeld betrieben wird. Doch das ist nur Theorie. Die Impedanzen können zwischen 37Ohm und mehreren Kiloohm betragen.

Weitestgehend wird die Impedanz der Antenne durch die Lage des Anschlusspunktes bestimmt. Bei einem Halbwellendipol beispielsweise steigt die Impedanz, je weiter außen, d.h. zu den Leiterenden hin, das Signal abgegriffen wird.

Mit Impedanz ist nicht der ohmsche, also der Gleichstromwiderstand gemeint. Der ist im Allgemeinen vernachlässigbar klein. Entgegen dem herrscht in dem Antennendraht Wechselstrom mit all seinen induktiv und kapazitiv erzeugten Widerständen. Sie sind nicht mit einem Widerstandsmessgerät für Gleichstrom messbar. Ein Gleichstrommessgerät ist für diese Widerstandsanteile blind, weshalb folgerichtig auch von Blindwiderstand gesprochen wird.

Liegt eine Impedanzanpassung vor, heben sich der kapazitive und induktive Blindwiderstandsanteil auf und es ist nur noch der ohmsche Wirkwiderstand wirksam. So ist mit der maximalen Signalstärke zu rechen.

Dies wird mit einer Anpassschaltung erreicht. Im einfachsten Fall reicht ein Trimmer, was nichts anderes ist als ein gegen Masse geschalteter Kondensator. Zur Erinnerung: Eine Antenne stellt einen Reihenresonanzkreis dar, der aus Kapazität, Induktivität und einem Gleichstromwiderstand besteht.

Der Trimmkondensator erfüllt die Aufgabe, dem L/C-System „Antenne“ eine zusätzliche Kapazität hinzu zuschalten. Man erreicht damit, dass zu lange Antennen, etwa Langdrähte, elektrisch verkürzt und somit in Resonanz gebracht werden können. Zu kurze Antennen erfordern eine Spule. Die sogenannte Verlängerungsspule bewirkt also das Gegenteil eines Kondensators.

Richtig interessant für die Praxis wird es erst, wenn wir ein Gerät besitzen, was beide Funktionen miteinander verbindet. Dies erreicht man z.B. durch eine „Match-Box“ oder einen Antennentuner. Eine konkrete Ausführung wird mit einem Collins-Filter oder, weil seine Schaltung die Form hat, Pi-Filter, beschrieben.

Deren beiden variablen Kondensatoren sind in der Lage, die Leitung sowohl zur Antenne als auch zum Empfänger hin anzupassen und gleichzeitig mit der schaltbaren Spule die Antenne elektrisch zu verlängern, also ebenfalls in Resonanz bringen zu können (Impedanzanpassung). Es wirkt ferner als Tiefpass und bietet damit Schutz vor unerwünschten Signalen oberhalb eines gewünschten Frequenzbereiches (Selektivität). Ein T-Filter, die sinnverkehrte Ausführung, wirkt als Hochpass und macht für Kurzwellenempfang deshalb wenig Sinn.

Da eine solche Schaltung in die Antennenzuleitung eingefügt wird, muss man aber mit zusätzlichen Widerstandsverlusten rechnen, die den Gewinn durch seine Anpassung oft relativieren, nämlich wenn Antenne und Empfänger bereits relativ gut abgestimmt waren. Im ungünstigsten Fall erfährt man letzteres erst, wenn die Erwartung an das Filter enttäuscht wurde. In jedem Falle sollte das Gerät eine Schalterstellung zur Überbrückung der L/C-Bauelemente besitzen, um die Wirkung ohne Aufwand und unmittelbar überprüfen zu können. Dann bleibt der Trost, dass man den Empfang wenigstens nicht verschlechtert und wer weiß – vielleicht soll ja mal eine andere Antenne zum Einsatz kommen. Im portablen Betrieb, wo meist wahllos Drähte ausgespannt werden, ist ein Gewinn praktisch immer gewährleistet.

Bei fehlerhafter Abstimmung und den damit verbundenen Reflexionen der elektromagnetischen Wellen innerhalb der Zuleitung und der Antenne treten Verlustleistungen auf. Der hohen Energien in Sendeanlagen wegen kann es hier zur Aufheizung oder gar Zerstörung der Senderendstufe, ja sogar der Antenne kommen, wobei die Sendeenergie nicht effektiv abgestrahlt wird. Diese Gefahr besteht eben bei Empfangsantennen nicht und so sind die Anforderungen an Leiterstärke, Isolation oder gar Wärmeabführung höchstens von theoretischer Bedeutung. Für die Impedanzanpassung gilt also gleiches wie für die anzustrebende Selektivität.

Spulendraht sollte für den Empfangsfall zwar nicht zu dünn sein, um die Verluste durch Gleichstromwiderstand in Grenzen zu halten, 0,5 mm Durchmesser sind für Kurz- und Mittelwellentuner aber in jedem Fall ausreichend. Die Kondensatoren dürfen ohne weiteres einfachste Folientrimmer sein, ohne dass die Empfangsergebnisse beeinträchtigt würden. Hiervon weicht man aber gerne ab, da Metallplattenkondensatoren oft mit Untersetzungsgetriebe ausgestattet sind und sich feinfühliger und treffgenauer bedienen lassen. Der Plattenabstand wird erst im Sendefall relevant, da mit steigender Sendeenergie die Spannung zwischen den Platten steigt und die Gefahr von Überschlägen besteht. Letztere wird auch dann von Bedeutung, wenn die Bauteile dem geerdeten Gehäuse zu nahe kommen.

5. Aussage:

Während wieder mal eine Anpassung der Impedanzen von Antenne und Sender dringende Vorraussetzung ist, macht sie im Empfangsfall nur Sinn, solange die Anhebung des Signalangebots nicht zur Übersteuerung der Eingangsstufe führt.

Künstliche Dämpfung

Zeigt sich, dass die Eingangsstufe des Empfängers durch all diese Verbesserungsmaßnahmen in Folge des Signalangebotes überlastet ist, hilft das Einfügen eines Dämpfungsgliedes. Es besteht aus ohmschen Widerständen und senkt so das Signal, ohne gleichzeitig die induktiven und kapazitiven Werte der Antenne zu beeinflussen, da es im Idealfall keine Blindwiderstandsanteile hinzu fügt. Somit bleiben die erreichten Vorteile der vorgenannten Verbesserungsmaßnahmen, insbesondere dem Nutz-zu-Störsignal-Verhältnis und der Richtwirkung voll erhalten.

Es stellt auch im Eigenbau nur geringe Anforderungen. Sollte ein Empfänger diese Einrichtung nicht besitzen, ist bereits ein mit Erde verbundenes Dreh-Potentiometer von etwa 1000 Ohm eine, wenn auch verbesserbare Alternative. Idealerweise lässt es sich in ein Antennenanpassgerät integrieren. Zweckmäßig ist es auch, mehrere Abstufungen mit bestimmten Dämpfungswerten – möglichst in dB-Stufen – herzustellen.

6. Aussage:

Eine zusätzliche Dämpfung schützt den Empfänger vor zu hoher Signalspannung, ohne die positiven Eigenschaften einer Antenne zu beeinflussen.

Fazit

In kaum einem technischen Bereich ist es so schwer, die Praxis mit der Theorie in Übereinstimmung zu bringen wie in der Hochfrequenztechnik.

Man sieht, dass man sich für den Empfangsbetrieb gegenüber dem Sendebetrieb viel „Antennen-Aufwand“ ersparen kann, ohne dabei zwangsläufig wesentliche Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. Und dies, obwohl alles, was für Sendeantennen nicht nur gilt, sondern gar von großer Wichtigkeit ist, auch bei Empfangsantennen prinzipiell wirksam ist.

Wenn es auch sehr einfach klingt: Das einfache Stück Draht am Empfängereingang ist nur bei genauer Kenntnis eines alternativen Antennentyps und der Berücksichtigung der örtlichen Beeinflussungen wie z.B. der Gebäudeverhältnisse, der Bodenart, ja sogar der aktuellen Luft-und Bodenfeuchte und schließlich auch der Empfängerqualität zu verbessern.

Es ist so, dass, mit Ausnahme der Antennenrichtwirkung, die Emfängerqualität und nicht die Antenne in den allermeisten Fällen die Grenze der Empfangsmöglichkeiten markiert. Anpassgeräte gleichen dabei die Mängel an Empfängern zum Teil aus.

Doch das alles soll nicht die Motivation nehmen, mit Experimenten eine beste Lösung zu finden, denn die Vorraussetzungen für eine Empfangsverbesserung durch Antennen sind ja gegeben. Mehr noch: Es ist motivierend, dass schon wenig Aufwand zu guten und noch besseren Empfangsergebnissen führen kann.

Erster und wohl wichtigster Tip für den Einstieg: Man verwende als Antenne einen simplen Draht von etwa 15 Metern Länge. Den variiere man in Richtung und Neigung soweit möglich (Richtwirkung) sowie der Länge (Resonanz- und Impedanzanpassung), bis der Empfang am Besten ist. Und dies muss nicht zwangsläufig bei größter Signalstärke der Fall sein, dies sei betont! Man sollte einmal bewusst auf den Störabstand anstatt nur auf das S-Meter achten. Man wird auch erkennen, dass nur wenige Kurzwellenempfänger 15 Metern Draht gewachsen sind. Reiseradios verlangen sicher nach einer deutlichen Kürzung des Drahtes, dessen Verzicht oder gar den Betrieb über eine z.T. eingeschobene Teleskopantenne!

Soll die Wahl konkreter Antennentypen von Nutzen sein, sollte man sich außer den Umweltbedingungen, der Standortfrage und auch der Empfangsrichtung vorher insbesondere über die Kenngrößen des Empfängers im Klaren sein (auch in Verbindung mit Maßnahmen zur Vorselektion), die Aufschluss darüber geben, ob er überhaupt das Signalangebot der Antenne verarbeiten kann. Führt bereits ein Draht von einigen Metern Länge zu Übersteuerungen, so ist eine Verbesserung durch eine signalstarke, angepasste Antenne nur bei entsprechender Selektion und Dämpfungsmöglichkeiten zu erwarten.