Antenne

Antenne, technische Vorrichtung, die sowohl zum Empfang als auch zum Senden von elektromagnetischen Wellen (siehe elektromagnetische Strahlung) dient. Mit Hilfe von Antennen lassen sich z. B. Funk-, Fernseh- oder Radarsignale oder auch Telefonsignale (siehe Mobilfunk) übertragen. Herkömmliche Antennen für Funk und Fernsehen bestehen meist aus Metalldrähten oder -stäben, die an den Sender oder den Empfänger angeschlossen sind. Wenn man eine Antenne zum Senden von Funkwellen verwendet, so wird eine leitungsgeführte elektromagnetische Welle in Schwingungs- oder Strahlungsenergie umgewandelt. Diese Energie wird dann in Form von elektromagnetischen Wellen in den Raum ausgestrahlt. Soll die Antenne Wellen empfangen, so läuft folgendes ab: Die empfangenen Wellen induzieren (erzeugen; siehe Induktion) im Antennendraht oder -stab einen elektrischen Schwachstrom. Dieser induzierte Strom wird zunächst verstärkt und anschließend in der Empfangseinheit weiterverarbeitet. Ist die Sendeleistung nicht zu hoch, kann man mit der Antenne Wellen derselben Wellenlänge senden und empfangen.

Die Maße einer Antenne hängen im Allgemeinen von der Wellenlänge oder Frequenz der Funkwelle ab. Als Frequenz bezeichnet man die Anzahl der elektromagnetischen Schwingungen pro Sekunde. Die Länge einer Funkwelle ist gleich der Lichtgeschwindigkeit (300 Millionen Meter pro Sekunde) geteilt durch die Frequenz. So genannte Niederfrequenzwellen besitzen lange Wellenlängen (von einem Meter bis zu mehreren hundert Metern), während Hochfrequenzwellen kurze Wellenlängen (Zentimeterbereich) haben. So wie die Länge einer Orgelpfeife deren Tonhöhe vorgibt, bestimmt die Antennenlänge die Wellenlänge, bei der sie elektrisch mitschwingt. Die Grundlänge der Antenne muss mindestens die halbe Wellenlänge der Funkwellen betragen, die gesendet oder empfangen werden sollen. Sie kann auch ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge betragen. Antennen mit solchen Maßen nennt man abgestimmte Antennen. Die Maßregel der halben Wellenlänge gilt für alle Antennen außer Drahtschleifenantennen, die in kleiner Form in Transistorradios eingesetzt werden.

Gewöhnliche Antennen lassen sich in zwei große Gruppen unterteilen: in die Linearstrahler und in die komplizierter aufgebauten Apertur- oder Flächenstrahler. Linearstrahler sind beispielsweise von ihren Abmessungen her in Längsrichtung wesentlich größer aufgebaut als in Querrichtung.

Man unterteilt Linearstrahler wiederum in Längs- und Querstrahler. Bei den Längsstrahlern verläuft die Hauptausrichtung der Strahlen in Richtung der Antennenlängsachse. Im Gegensatz dazu liegt bei den Querstrahlern die Hauptausrichtung der Strahlen senkrecht zur Längsachse der Antenne. Ein Beispiel für einen Längsstrahler ist die Langdrahtantenne. Die so genannte Dipolantenne ist die einfachste Form eines Querstrahlers.

Ein Dipol sendet oder empfängt den größten Teil der Energie im rechten Winkel zum Draht. Die Energieübertragung entlang der Längsseite des Drahtes ist gering. Kurz gesagt, ist ein solcher Richtfaktor eine der wichtigsten elektrischen Eigenschaften einer Antenne. Er ermöglicht das Senden und Empfangen in einer bestimmten Richtung, wobei Signale aus anderen Richtungen unterdrückt werden.

Eine zweite Grundeigenschaft einer Antenne ist ihre Verstärkung oder Empfindlichkeit. Verstärkung und Richtfaktor sind steuerbar, indem man viele Dipolelemente vorsichtig so anordnet, dass sie ein einziges Antennensystem bilden.

Ein drittes Kennzeichen von Antennen ist ihre Bandbreite oder Resonanz gegenüber Signalen, die ein Band von Wellenlängen abdecken. Gewöhnliche Radioantennen müssen eine hohe Bandbreite aufweisen, um Radiosender verschiedener Wellenlängen empfangen zu können. Spiralantennen für den Funkverkehr im Weltraum besitzen eine sehr geringe Bandbreite und eine hohe Verstärkung.

Zu den vertikal ausgerichteten Antennen gehört die Marconi- oder gegengewichtete Viertelwellenantenne. Sie besteht gewöhnlich aus einem vertikalen Viertelwellenstab oder einer Peitsche, die eine Hälfte eines vertikalen Dipols darstellt. Die Erde bildet die andere Hälfte. Solche Peitschenantennen sind besonders in der hochfrequenten Mobilkommunikation weit verbreitet. Beim Auto stellt die Metallkarosserie die zweite Häfte des Dipols dar. Zu den langwelligen vertikalen Antennen gehört die Halbwellenantenne, die beispielsweise von Sendestationen auf dem Rundfunkband (AM) verwendet wird. Die Antenne ist der gesamte Sendeturm. Große, horizontale Rhombusantennen besitzen einen guten Richtfaktor bei langen Wellenlängen; sie werden im internationalen Funkverkehr eingesetzt.

Radioteleskope und Radarsysteme arbeiten auf Wellenlängen, die kürzer als 30 Zentimeter sind, den Mikrowellen. Mikrowellen verhalten sich weitgehend wie Lichtwellen. Mikrowellenantennen ähneln Scheinwerfern. Die Quelle der Mikrowellen kann ein kleiner Dipol oder die Öffnung einer besonderen Röhre sein, die man Wellenleiter nennt. Die Mikrowellenenergie wird von einem Metallparaboloid in einem engen Strahl zurückgeworfen. Man hat viele Arten komplizierter Radarantennen entwickelt. Einige Systeme können ihre Strahlrichtung elektrisch variieren, ohne dabei bewegt zu werden.