Amateurfunk verbindet Menschen in der ganzen Welt

Wie funktioniert eine Antenne?

Wie funktioniert eigentlich eine Antenne? Wieso werden hier elektro-magnetische Felder abgestrahlt?

Die Ur- und Grundform einer Antenne ist der sogenannte "Dipol". Dieser Dipol ist eine Halbwellenantenne. Das bedeutet, dass die Länge der Antenne einer halben Wellenlänge der auszusendenden Frequenz entspricht. Bei der Kurzwelle beträgt dann z.B. im 80m-Band die Antennenlänge 40m! Das erklärt auch, warum Antennen für unterschiedliche Frequenzen auch unterschiedlich groß sind. Bei einem Handy ist, aufgrund der hohen Frequenz ( E-Netz bei 1800 MHz), die erforderliche Länge so gering, dass sich die Antenne noch innerhalb des Gehäuses unterbringen lässt. Bei 1800MHz beträgt die Wellenlänge ca. 16 cm. Der erforderliche Halbwellendipol ist also nur noch ca. 8 cm lang. In der Leistungsfähigkeit gibt es aber keinen Unterschied zur 40m langen Antenne für das 80m-Band im Kurzwellenbereich.

Die Einspeisung der HF in die Dipol-Antenne erfolgt in der Mitte der Antenne über ein Symmetrierglied (Balun). An diesem Einspeisepunkt beträgt die Widerstand etwa 60 Ohm. Daher auch die Anpassung an 50 Ohm in der Funktechnik. In der Radio- Fernsehtechnik wählt man den etwas höheren Wert von 75 Ohm.

Über die Länge der Antenne steigt der Widerstand stetig an. An den Enden ist die Antenne hochohmig. Der in die Antenne fließende Strom ist daher in der Mitte der Antenne, am Einspeisepunkt, am höchsten und nimmt zu den Enden hin ab. Bei der Spannung ist es umgekehrt. Die Spannung ist im Einspeisepunkt am geringsten und nimmt zu den Enden hin zu. Das heißt, Strom und Spannung sind um 90° phasenverschoben. Warum das so ist wird hier jetzt nicht weiter verfolgt. 

Der fließende HF-Strom erzeugt ein konzentrisches Magnetfeld um den Antennenleiter. Die Spannung zwischen den Dipolenden erzeugt ein elektrisches Feld in radialer Richtung. Die beiden Felder stehen also in einem Winkel von 90° zueinander.

Die der Antenne zugeführte Leistung erzeugt ein elektromagnetisches Feld, welches im Rhythmus der Sendefrequenz schwankt. Beim Anwachsen des Stromes bzw. der Spannung pumpt die Antenne Energie in das elektromagnetische Feld. Diese Energie fließt beim Absinken des Stromes bzw. der Spannung wieder zurück in die Antenne. Das funktioniert allerdings nur solange, wie sich die Phasenlage der Antennenschwingung nicht allzu sehr von der des bereits aufgebauten Feldes unterscheidet. Die Teile der Felder, welche sich schon weit von der Antenne entfernt haben, treffen auf die sich gegenphasig aufbauenden neuen Felder der nächsten Halbwelle und werden von diesen in den Raum abgedrängt. Sie werden als elektromagnetische Wellen abgestrahlt.

Dieser Bereich, in welchem sich die Welle von der Antenne löst und in den Raum abgestrahlt wird, kennzeichnet die Grenze zwischen dem reaktivem Nahfeld und dem strahlenden Nahfeld. Diese Grenze wird bei 0,159 * λ (λ = Wellenlänge) angenommen. An diesem Punkt liegt das Feld in der Phase um 115° zurück und liefert kaum noch Energie in die Antenne zurück. Im 80 m Band liegt diese Grenze z.B. bei 13 m, im 160 m Band sind 26,5 m zu berücksichtigen!

Das strahlende Nahfeld kennzeichnet den Übergang von der Grenze des reaktiven Nahfeldes bei etwa 0,159 * λ bis zum Fernfeld bei etwa 4 * λ. Auch hier sind die Werte von E-Feld und H-Feld noch unabhängig voneinander und können nicht, wie im Fernfeld, über den Feldwellenwiderstand des Freiraumes ineinander umgerechnet werden.

Das eigentliche Fernfeld beginnt bei 4 * λ. Im Fernfeld stehen die magnetische und die elektrische Feldkomponente senkrecht aufeinander und zur Ausbreitungsrichtung. Die elektrische bzw. magnetische Feldstärke hängt umgekehrt proportional von der Entfernung ab. Im Fernfeld kann die elektrische bzw. magnetische Feldstärke über den Feldwellenwiderstand (377 Ω) des Freiraumes umgerechnet werden (Z0 = 377 = E / H). Die Umrechnung erfolgt analog zum Ohm'schen Gesetz (R = U / I). Im Fernfeld kann z.B. auch die magnetische Feldstärke gemessen werden und daraus dann die elektrische Feldstärke berechnet werden (E = H * 377 Ω).

 

Antennenumfeld


E- und H-Feld um eine Antenne


Feldbereiche