Wissenswertes über symmetrische Antennentuner

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Wissenswertes über symmetrische Antennentuner

Die Antenne ist das wichtigste Gerät einer Funkanlage, denn sie fängt die von anderen Stationen ausgesendeten elektromagnetischen Wellen ein und leitet sie an das Empfangsgerät weiter. Umgekehrt sendet die Antenne auch die Signale der eigenen Funkanlage in die Umgebung und sorgt dafür, dass die Funknachrichten über weite Entfernungen von anderen Empfangsgeräten aufgenommen werden können. Kurzum: Ohne Antenne wären Sender und Empfänger nutzlos, der Funkverkehr würde gar nicht stattfinden.
Um die Funksignale zu optimieren, werden sogenannte Antennentuner, auch Antennenanpassgerät genannt, verwendet. Durch diese Anpassung der Antenne an den gewünschten Frequenzbereich werden die Verluste der Anlage auf ein Minimum reduziert. Dadurch können höhere Reichweiten erzielt werden. Doch wie funktioniert ein Antennentuner überhaupt? Und was ist der Unterschied zwischen symmetrischen und asymmetrischen Anpassungsgeräten? Im Folgenden werden diese Grundlagen der Antennentechnik kurz erklärt.

Die Antenne – ein offener Schwingkreis

Um zu erklären, wozu ein Antennentuner gebraucht wird, muss vorher kurz angerissen werden, was eine Antenne ist und wie sie funktioniert. Eine Antenne besteht aus den elektronischen Bauteilen Kondensator und Spule. Zwischen beiden wandert die elektrische Energie hin und her und erzeugt dabei ein elektromagnetisches Feld. Dazu strahlen Spule und Kondensator im periodischen Wechsel ein elektrisches bzw. magnetisches Feld ab. Diese Schaltung nennt sich auch geschlossener Schwingkreis. Die Problematik bei einem geschlossenen Schwingkreis ist das elektrische Feld des Kondensators. Durch das enge Beieinanderliegen seiner Platten kann das elektrische Feld nur sehr schlecht abgestrahlt werden. Diese Schaltung ist daher nicht in der Lage, große Entfernungen zu überbrücken. Um dieses Problem zu lösen, werden die Platten des Kondensators räumlich weiter voneinander getrennt und zusätzlich gedreht. Ein offener Schwingkreis entsteht. In der Praxis bildet eine Seite des Kondensators die Antenne, also ein in den Himmel ragendes Bauteil aus Metall. Demgegenüber steht die Erde selbst als Gegenpol bzw. die Erdung der Antenne. Am besten sichtbar ist diese Schaltungstechnik bei einem Dipol. Er ist baulich nichts anderes als ein geöffneter und um 180° gedrehter Kondensator.

Das Antennenkabel – Verbindung zwischen Antenne und Transceiver

Als Verbindung von der Antenne draußen zur Sende- und Empfangsstation im Haus dient das Antennenkabel. Es wird auch Antennenspeisung genannt. Wichtig bei der Auswahl und Verlegung des Kabels sind beim Funk seine Dämpfung sowie die Impedanz (= Wellenwiderstand oder Wechselstromwiderstand). Als Dämpfung wird die Abschwächung des Funksignals mit zunehmender Entfernung zur Sendestation bezeichnet. Sie ist anhängig von der Kabellänge und der übertragenen Frequenz. Je länger das Antennenkabel und je höher die Frequenz, desto höher ist auch die Dämpfung und damit der Leistungsverlust. Daher ist es wichtig, beim Kauf von Antennenkabeln auf gute Qualität zu achten. Zur Information sind Datenblätter mit den jeweiligen technischen Daten erhältlich, anhand derer Sie die einzelnen Kabel vergleichen können.

Symmetrisch oder asymmetrisch gespeiste Leitungen

Zur Speisung der Antenne wird zwischen zwei unterschiedlichen Leitungsarten unterschieden: den Symmetrischen und den asymmetrischen Antennenspeiseleitungen. Eine andere Bezeichnung für die asymmetrischen Leitungen ist Koaxialkabel. Bei ihnen wird die Leistung nur in der Seele, dem sogenannten Innenleiter transportiert, während der Außenleiter als Abschirmung dient sowie zur Leitung der Masse. Der Außenleiter eines Koaxialkabels besteht daher in der Regel aus einem Geflecht aus Kupferdraht und/oder aus mehrschichtigem Aluminium.

Dagegen besitzt eine symmetrische Speisung oder Lecherleitung zwei parallel verlaufende Leitungen. Sie sind in regelmäßigen Abständen durch Isolatoren voneinander getrennt. Aufgrund ihres leiterartigen Erscheinungsbilds werden diese Antennenspeiseleitungen auch als „Hühnerleiter" bezeichnet. Ausschlaggebend für gute Antennenwerte ist bei der Lecherleitung die Länge der Abstandhalter (Spreizer) von mindestens 40 mm und mehr sowie ein geeignetes Material.

Anpassung und Stehwelle der Antenne

Um eine optimale Sende- und Empfangsleistung zu erzielen, müssen die Wellenwiderstände, also die Impedanz von Sendegerät und Antenne aneinander angepasst werden. Das gilt auch für das dazwischen verlaufende Antennenkabel. Dieser Wellenwiderstand liegt am Antennenausgang des Funkgeräts, je nach Bauart, bei ca. 50 Ohm. Auch ein Koaxialkabel weist den gleichen Wert auf. Bei der dazugehörigen Antenne kann dieser Wert je nach Bauart schwanken und muss eingestellt werden. Je besser diese Anpassung gelingt, desto verlustfreier gelingt die Abstrahlung. Sind die einzelnen Komponenten hinsichtlich der Impedanz nicht gut abgestimmt, wird ein Teil der Sendeleistung zurück auf das Sendegerät reflektiert. Diese reflektierten Wellen werden auch stehende Wellen oder „Standing Wave Radio", kurz: SWR, genannt. Durch diese rücklaufenden Signale geht Sendeleistung verloren und das Funkgerät wird zusätzlich belastet und kann unter Umständen sogar beschädigt werden.

Um den genauen Grad der Anpassung zu ermitteln, wird im Amateurfunk das Stehwellenverhältnis SWR herangezogen. Es wird mit speziellen Stehwellenmessgeräten ermittelt.

Anpassung der Antenne mit Antennentunern

Ist das Stehwellenverhältnis von Sendegerät und Antenne nicht gut genug, oder läßt sich nicht richtig anpassen, kommt der Antennentuner ins Spiel. Mithilfe dieses Geräts können Sie die Impedanz von Funkgerät und Antenne anpassen und so die rücklaufenden Wellen zum Transceiver verringern. Der Antennentuner dient auch als Schutz für das Funkgerät, falls die SWR einmal sehr hoch sein sollte. Je nach Speisung der Antenne gibt es symmetrische und asymmetrische Antennentuner. Asymmetrische Tuner kommen bei Koaxialkabeln zum Einsatz. Allerdings ermöglichen sie nur die Anpassung der Stehwelle am Ausgang des Funkgeräts. Der nachteilig hohe SWR des Kabels bleibt erhalten. Daher ist eine manuell angepasste Antenne und der Kabellänge hierbei stets die bessere Wahl, da die Verluste minimal ausfallen im Gegensatz zu einer angepassten Antenne mit Tuner.

Symmetrische Antennentuner werden bei symmetrischer Antennenspeisung verwendet. Sie kommen daher vor allem bei der Lecherleitung (Hühnerleiter) zum Einsatz. Hierbei können Antenne und Hühnerleiter zusammen abgestimmt werden. Dadurch können Speiseleitung und Funkgerät verlustfrei auf unterschiedlichen Frequenzen betrieben werden. Dagegen ist das Koaxialkabel eigentlich nur für eine Sende- und Empfangsfrequenz geeignet. Sie benötigen bei der asymmetrischen Speisung daher stets ein passend abgelängtes Kabel für 2m, 70 cm oder die einzelnen Kurzwellenbänder. Da das in der Praxis fast nie der Fall sein wird, ist auch hier mit Verlusten zu rechnen. Der symmetrische Antennentuner an der Lecherleitung dagegen macht dies überflüssig, da alle Komponenten zusammen an den neuen Frequenzbereich angepasst werden.

Die Funktionsweise eines manuellen Antennentuners

Bei einem manuellen Antennentuner mit symmetrischer Einspeisung müssen Sie selbst aktiv werden und die Stehwelle mithilfe mehrerer Regelknöpfe per Hand justieren. Dazu besitzen diese Abstimmgeräte in der Regel einen eingebauten Stehwellenmesser. Die manuelle Abstimmung ist bei diesen Geräten unter Umständen langwierig, dafür sind die angebotenen Modelle wesentlich günstiger als automatische Antennentuner mit komplizierter Elektronik.

Wichtig: Die Sendeleistung muss zum Abstimmen unbedingt heruntergefahren werden, sonst kann der Tuner beschädigt werden und im ungünstigsten Fall sogar Feuer fangen. Grund dafür sind die Spulen im Antennentuner, die sich bei zu großer Sendeleistung erhitzen und durchbrennen können. Eine Sendeleistung von ca. 10 W ist für den Abstimmvorgang völlig ausreichend und schützt zudem das Abstimmgerät

Der Abstimmvorgang mit einem automatischen Antennentuner

Diese Kategorie der Abstimmgeräte beinhaltet zwei Arten: Die halb- und die vollautomatischen Antennentuner. Ein halbautomatischer oder generischer Tuner besitzt kein Steuerkabel, das heißt, er ist nicht mit dem Transceiver verbunden. Damit pendelt sich dieses Gerät zwar automatisch auf den besten SWR-Wert ein, der Frequenzbereich muss dabei jedoch von Hand eingestellt werden. Achtung: Auch hier müssen Sie die Sendeleistung manuell drosseln, da sonst die Gefahr besteht, dass der Antennentuner abbrennt. Bei einigen Geräten haben Sie die Möglichkeit, das Steuerkabel nachzukaufen und es zu einem vollautomatischen Tuner aufzurüsten. Das hat den Vorteil, dass diese Antennentuner universell einsetzbar sind, da sie nicht, wie die käuflichen Versionen, von Werk aus auf ein spezielles Gerät zugeschnitten wurden.

Ein vollautomatischer Tuner besitzt eine Datenverbindung zum Transceiver, über die beide Geräte miteinander kommunizieren. Hierbei wird der gesamte Abstimmvorgang von dem Tuner übernommen. Sie müssen im Menü nur noch den jeweiligen Funkgerätetyp auswählen und anmelden. Das ist sehr wichtig, damit Antenne und Funkgerät optimal aufeinander angepasst werden. Außerdem besteht die Gefahr, dass das Gerät bei der Abstimmung in den halbautomatischen Modus schaltet und das Funkgerät beim Abstimmvorgang beschädigt wird. Automatische Antennentuner sind sehr komplex und oftmals nur auf einen speziellen Gerätehersteller ausgelegt. Gerade wenn Sie zuhause mehrere Transceiver unterschiedlicher Fabrikate betreiben, kann die Anschaffung der Abstimmgeräte hier erheblich ins Geld gehen.

Fazit:

Bei der Funktechnik wird zwischen symmetrischen und asymmetrischen Antennenspeisungen unterschieden. Grund für diese Bezeichnungen ist der jeweilige Aufbau der Speiseleitung und deren Anschlüsse an die Antenne bzw. den Transceiver. Asymmetrische Speiseleitungen werden auch als Koaxialkabel bezeichnet, während die symmetrischen, parallel zueinander verlaufenden Leitungsdrähte als Lecherleitung oder „Hühnerleiter" bekannt sind. Je nach Antennenspeisung benötigen Sie zur Abstimmung von Transceiver und Funkantenne ein Abstimmgerät mit asymmetrischem oder symmetrischem Anschluss, da es nur mit dem korrekten Abschluss mit der Anlage verbunden werden kann. Die Funktionsweise beider Tunerarten ist jedoch stets das Gleiche:

Die symmetrischen und asymmetrischen Antennentuner sorgen dafür, dass die Stehwellen von Transceiver und Antenne aufeinander abgestimmt werden, um einen möglichst geringen Leistungsverlust beim Senden zu erzielen. Eine gut abgestimmte Antenne erreicht eine wesentlich höhere Reichweite, als eine schlecht angepasste. Außerdem kann eine Funkanlage mit einem zu hohen SWR-Wert mit ihren rückläufigen Funkwellen den Transceiver zerstören. Für symmetrisch gespeiste Antennensysteme stehen Ihnen neben komplett manuellen Geräten auch halb- und vollautomatische Modelle zur Verfügung. Bei den manuellen und halbautomatischen Antennentunern müssen Sie unbedingt die Sendeleistung auf ca. 10 Watt begrenzen, da sonst das Abstimmgerät beschädigt werden kann. Automatische Tuner benötigen diese Vorsichtsmaßnahme nicht, da sie den gesamten Abstimmvorgang allein bewerkstelligen. Voraussetzung dafür ist jedoch, dass Sie zuvor den richtigen Gerätetyp im Auswahlmenü des Tuners bestimmt und bestätigt haben. Andernfalls kann auch hier der Antennentuner beschädigt werden.

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