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Jürgen Schwörer,
Was man über Antennen wissen sollte
Was man über Antennen wissen sollte
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.
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.
Diese Richt-Antenne gibt es in zwei Version: 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 und kann deshalb nur als Empfangsantenne eingesetzt werden. Der Booster ist dazu bestimmt die Verluste die im Koaxial-Kabel auftreten zu kompensieren.
- Eine noch stärkere Richtwirkung weist die Helix-Antennen (HA-8089 bzw. HA8091) auf.
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. Diese Modelle gibt es lediglich in passiver Ausführung da diese in erster Linie für den Einsatz mit In Ear Monitoring Sender entwickelt wurde. Wird dieser Antennentyp allerdings zum Empfangen eingesetzt und liegen die Verluste im Kabel über 3 dB so wird ein HF Booster (UA834) empfohlen. Der große Vorteil beim Einsatz mit In Ear Monitoring Systemen ist allerdings, dass diese Helix Antennen die zirkulierende Funkwelle abstrahlt und demnach 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 um die identische Polarisation aufzuweisen.
Genug der Theorie – kommen wir nun zu den:
10 Praxistipps um die Performance eines Funksystems zu optimieren
- Sichtverbindung zwischen Sende- und Empfangsantennen
HF Wellen werden durch Hindernisse blockiert oder zumindest abgeschwächt. Dabei gilt – je besser das Hindernis Strom leitet desto stärker ist die Abschattung. 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.
- 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 trifft 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.
- 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.
- 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.
- 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. Aber auch größere Abstände wie z. B. auf beiden Seiten der Bühne bieten hohe Empfangsstabilität.
- 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.
- Antennen entfernt von metallischen Objekten platzieren
Der Abstand zu allen metallischen Objekten sollte mindestens eine halbe Wellenlänge betragen. Bei 800 MHz wären dies also mindestens 20 cm.
- 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.
- 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.
- 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 oder UA845), um die Antennenanzahl zu minimieren.
PS: diese Praxistipps sind mit dem Fokus auf Funkmikrofone ausgelegt. Selbiges gilt natürlich genauso für In-Ear Monitoring Systeme.
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Davida Rochman
Davida Rochman ist seit 1979 bei Shure – und hatte sich nicht unbedingt vorgestellt, dass die erste Stelle nach ihrem Abschluss in Speech Communications in eine lebenslange Karriere münden würde, bei der es weniger um das Sprechen in Mikrofone als um die Vermarktung derselben geht. Heute ist Davida Communications Manager und bringt ihre Fähigkeiten in einer Vielzahl von Bereichen ein, von PR, Social Media und Contenterstellung bis zum Sponsoring.