Was man über Antennen wissen sollte

Was man über Antennen wissen sollte

Jürgen Schwörer | September 18, 2013

Für eine störungsfreie Funktion eines Funksystems ist eine korrekte Antennenauswahl bzw. Positionierung und     Ausrichtung der Antennen essentiell. Bei falscher Anwendung der Antennen wird zwar sicherlich ein Funksystem     betriebsbereit sein – aber um die maximale Performance (Reichweite, max. Kanalanzahl) zu erreichen sind ein     paar Dinge zu beachten.

Bevor wir nun aber zur Platzierung kommen muss zuerst klar sein um welchen Antennen-Typ es sich handelt.

Rundstrahler

Wie der Name schon sagt, strahlen diese Antennen kreisrund ab – aber dies sollte NICHT mit einem Kugelstrahler     verwechselt werden. Denn in axialer Richtung strahlen diese Antennen nichts ab – bzw. empfangen nichts. Die     Richtcharakteristik ähnelt einem „Donut“. Die Sende- und Empfangs-Antennen sollen also NICHT aufeinander     zeigen – sondern parallel zueinander ausgerichtet sein.

Abstrahlverhalten Rundstrahler UA8

Abstrahlverhalten eines Rundstrahlers

Bei den Rundstrahlern unterscheiden wir noch Typen mit unterschiedlicher Länge:

  • 1/4-Lambda (UA400). Die Länge der         Antenne beträgt eine viertel Wellenlänge.     
  • 1/2-Lambda (UA8). Demzufolge beträgt die         Länge hier eine halbe Wellenlänge.     

Die größere Antenne hat zwar einen etwas besseren Empfang, was in der Praxis allerdings kaum bemerkbar ist. Für die     Praxis viel relevanter ist der Unterschied, dass die 1/2-Lambda-Antenne den Massebezug mit eingebaut hat. Das     bedeutet, dass diese Antenne im freien Raum platziert werden kann und mit einem Koaxialkabel an den     Antennen-Eingang des Empfängers verbunden werden kann. Die 1/4-Lambda-Antenne hat diesen Massebezug nicht „an     Bord“ und muss deshalb am Empfänger (bzw. Antennensplitter) montiert werden.

Richtantennen

Diese Typen weisen eine starke Richtwirkung auf. In der Vorzugsrichtung wird dadurch ein besserer Empfang     gewährleistet. Dadurch kann in dieser Richtung die Reichweite erhöht werden.

  • Die Logarithmisch-periodische Antenne wird umgangssprachlich auch Paddle-Antenne bezeichnet.              Diese bietet einen Öffnungswinkel von ca. 90 und einen maximalen Gewinn von etwa 7 dB.             Richtantenne UA874
    Richtantenne UA874
    Diese Antenne gibt es in zwei Versionen: passiv und aktiv. Die passive Version (PA805) ist eigentlich als             Sendeantennen für In-Ear Monitoring Sender gemacht. Kann aber genauso gut als Empfangsantenne eingesetzt             werden. Bei der aktiven Variante (UA874)             ist ein HF-Booster noch mit an Bord. Dieser soll die Verluste durch das Kabel kompensieren.
  • Eine noch stärkere Richtwirkung weisen die Helix-Antennen HA-8089 und HA-8091 auf.
    Helix-Antenne HA-8089

    Shure Helix Antenne HA-8089
    Der Öffnungswinkel beträgt nur noch 50° dafür liegt der Gewinn bei 14 dB. Es kann also in einem engeren             Winkel eine höhere Reichweite erzielt werden. Dieses Modell gibt es lediglich in passiver Ausführung da es             in erster Linie für In-Ear Monitoring entwickelt wurde. Wird diese Antenne allerdings zum Empfangen             eingesetzt und liegen die Verluste im Kabel über 3 dB so wird ein HF Booster (UA830) empfohlen. Der große             Vorteil beim Einsatz von In-Ear Monitoring Systemen ist allerdings, dass diese Helix Antenne keine Polarisation aufweist.

Polarisation – was ist das?

Eine HF Welle wird in Sinuskurven abgestrahlt. Diese Sinuswellen liegen in der axialen Ebene der Antenne. Aus diesem     Grund sollen Sende- und Empfang-Antenne parallel ausgerichtet sein.

Genug der Theorie – kommen wir nun zu den:

10 Praxistipps um die Performance eines Funksystems zu optimieren

  1. Sichtverbindung zwischen Sende- und Empfangsantennen
    HF Wellen werden durch Hindernisse abgedämpft. Dabei gilt – je besser das Hindernis Strom leitet         desto stärker ist die Abschottung. Was also nicht im Weg stehen sollte: Metallische Objekte, Stahlbeton,         Menschen, Bäume. Weniger kritisch sind trockene Gegenstände wie Holz. Idealerweise befindet sich also der         Empfänger im selben Raum wie der Sender und über Kopfhöhe.
  2. Abstände einhalten
    Die typische Reichweite eines Funksystems (im UHF Bereich) liegt bei 100 m. Bei Idealbedingungen kann eine         stabile Übertragung innerhalb dieses Radius erreicht werden. Mit Richtantennen erhöht sich die Reichweite in der         Vorzugsrichtung. Aber auch ein Mindestabstand von ca. 3 m sollte eingehalten werden. Dies tritt insbesondere         bei Mehrkanalsetups auf. Kommen mehrere Sender zu nahe an die Empfänger, so steigt die Empfangsleistung         drastisch an und damit kann es zu Übersprechungen der einzelnen Kanäle kommen.     
  3. Adäquate Antenne einsetzen
    Rundstrahl-Antennen eignen sich in den meisten Fällen sehr gut. Dabei ist lediglich zu beachten, dass die         1/4-Lambda Antennen ohne Massebezug am Empfänger/Splitter montiert werden müssen. Die 1/2-Lambda Antennen haben         den Massebezug mit eingebaut und können somit abgesetzt montiert werden.
    Für größere Reichweiten – insbesondere in einer Vorzugsrichtung – sind Richtantennen die geeignete         Wahl.     
  4. Frequenzbereich beachten
    Antennen decken nur einen begrenzten Frequenzbereich ab. Außerhalb dieses Frequenzbereichs verringert sich die         Empfangsleistung. Bei passiven Antennen ist das weniger kritisch. Hier kann noch einige MHz neben dem         angegebenen Spektrum eine ordentliche Performance erzielt werden. Bei aktiven Antennen sollte der         angegebene Bereich allerdings nicht verlassen werden.     
  5. Diversity-Antennen in geeignetem Abstand platzieren
    Um einen sinnvollen Diversity-Empfang zu gewährleisten sollten der Abstand zwischen den Antennen mindestens eine         halbe Wellenlänge – besser eine ganze Wellenlänge – betragen. Bei 800 MHz sind dies in etwa 20 bzw.         40 cm. Ein 19″-Rack-Empfänger bietet somit die optimalen mechanischen Voraussetzungen für die         Positionierung der Diversity-Antennen.     
  6. Störquellen von den Antennen entfernen
    Zu den eventuellen Störquellen zählen natürlich alle Geräte, die HF-Wellen abstrahlen, wie Handys,         WLAN/Bluetooth-Geräte usw. aber auch „digitale Geräte“ wie CD-Player, Effekt-Prozessoren und         Netzteile.     
  7. Antennen entfernt von metallischen Objekten platzieren
    Der Abstand zu allen metallischen Objekten sollte mindestens eine viertel Wellenlänge betragen. Bei 800 MHz         wären dies also mindestens 10 cm.     
  8. Korrektes Ausrichten der Antenne
    Aufgrund der Polarisation des HF-Felds sollte auf Parallelität der (Sende- und Empfangs-)Antenne geachtet         werden. Da es auf einer Live-Bühne – insbesondere mit Handsendern – aber sehr bewegt zugeht, kann         man nie davon ausgehen, dass die Sendeantenne in einer Polarisation ausgerichtet ist. Deswegen der Praxistipp:         Die (Diversity-)Antennen am Empfänger 45° nach außen drehen. Dadurch wird eine größere Polarisationsebene         abgedeckt.
     
  9. Geeignetes Antennenkabel verwenden
    Werden Antennen vom Empfänger abgesetzt positioniert, sollten Koaxialkabel mit 50 Ohm Wellenwiderstand genutzt         werden. Dabei auch auf den Verlust im Kabel achten. 3 dB Verlust kann man ohne große Performance-Einbußen         hinnehmen. Darüber sollten aktive Antennen oder HF-Booster eingesetzt werden, um die Kabelverluste zu         kompensieren.     
  10. Bei Multi-Kanalsetup Antennen-Splitter einsetzen
    Viele zueinander gelegene Antennen vermindern die Empfangsleistung und es kann zu einer reduzierten Reichweite         bzw. auch gegenseitigen Störungen kommen. Bei einem Multikanalsetup mit vielen Empfängern in einem Rack         empfehlen wir deshalb den Einsatz von Antennensplittern (UA844), um die Antennenanzahl         zu minimieren.     

PS: diese Praxistipps sind mit dem Fokus auf Funkmikrofone ausgelegt. Selbiges gilt natürlich genauso für In-Ear Monitoring     Systeme.

Jürgen Schwörer

Jürgen ist seit 2000 Applications-Engineer bei Shure und damit Ansprechpartner für alle technischen Fragen insbesondere über die Anwendung von Mikrofonen, Funkmikrofonen und In-Ear-Monitoring – aber auch Mischer, Konferenzanlagen und Phono-Nadeln. Durch sein Elektrotechnik Studium „Bild- und Tontechnik“ an der Universität Karlsruhe erlangte Jürgen die theoretischen Grundlagen. Jürgen ist aber selbst Musiker (Klavier/Keyboard, Gitarre, Cajon) und kennt die Branche auch von der aktiven Seite auf der Bühne.