Wellenfänger

So funk-tionieren Antennen

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Externe Antennen können die WLAN-Reichweite steigern, doch mit einem simplen Stückchen Draht in der Antennenbuchse passiert eher das Gegenteil. Mit etwas Wissen um die Physik kann man eine wirksame Richtantenne selbst bauen.

Schon 1886 hat Heinrich Hertz demonstriert, dass man elektrische und magnetische Felder zur Übertragung von Nachrichten nutzen kann. Das Sendesignal wurde damals mangels Elektronenröhren oder Transistoren mit einer Funkenstrecke erzeugt, daher stammt die Bezeichnung Funk(technik). Erst später entdeckte man, dass lange Drähte anstelle der Funkenstrecke die Reichweite von Sendeanlagen erheblich steigern konnten. Dabei hat der Draht die Aufgabe, die vom Sender abgegebene Hochfrequenz (HF) als elektromagnetische Welle in die Umgebung auszukoppeln, das Prinzip Antenne war geboren.

Zum Bereich der elektromagnetischen Wellen gehört nicht nur der Funk zwischen Langwelle und Mikrowelle, auch Wärmestrahlung, Licht und Röntgenstrahlung sind nichts anderes als elektromagnetische Wellen. Diese unterscheiden sich nur erheblich in der Wellenlänge vom gewöhnlichen Funk. UKW-Rundfunk arbeitet bei etwa drei Meter Wellenlänge und 2,4-GHz-WLAN bei rund 12 cm. Dagegen hat rotes Licht nur 650 nm (650 milliardstel Meter) und Röntgenstrahlung noch viel weniger.

Die Wellenlänge λ und die Frequenz f des Signals hängen im freien Raum unmittelbar zusammen, ihr Produkt ist die Lichtgeschwindigkeit c (rund 300.000 km pro Sekunde); die Ausbreitung erfolgt für irdische Maßstäbe extrem schnell. In anderen Medien als Luft oder Vakuum kann die Wellengeschwindigkeit deutlich niedriger liegen: Beispielsweise beträgt sie in Koaxialkabeln, kurz Koax, je nach Typ nur 60 bis 70 Prozent der Lichtgeschwindigkeit. Deswegen ist die Wellenlänge im Kabel auch deutlich kürzer als im Freien.

Durch die gegenseitige Beeinflussung des elektrischen und magnetischen Feldes ergibt sich aus den Maxwellschen Gleichungen, dass sich elektromagnetische Wellen bei Abwesenheit weiterer Einflüsse grundsätzlich als Transversalwelle ausbreiten (transversal: quer verlaufend). Das elektrische Feld steht dabei stets senkrecht auf dem magnetischen Feld, beide stehen senkrecht zur der Ausbreitungsrichtung.

Weil sich elektromagnetische Wellen transversal ausbreiten, gibt es zwei Polarisationsrichtungen: waagerecht und senkrecht, jeweils auf das elektrische Feld E bezogen.

Daraus folgt, dass es viele getrennte Wellen gibt, die mit gleicher Frequenz in die gleiche Richtung laufen: In der Praxis nutzt man häufig horizontal polarisierte Wellen mit waagerechtem elektrischen und senkrechtem magnetischen Feld sowie vertikal polarisierte Wellen mit senkrechtem elektrischen und waagerechtem magnetischen Feld. WLAN wird dabei ebenso wie Mobilfunk zumeist vertikal polarisiert gesendet (der Strahler einer Antenne steht senkrecht), hingegen wird UKW- und Fernsehrundfunk mit einer horizontalen Polarisation ausgestrahlt.

Deshalb muss man zwei Antennen, die gut miteinander "sprechen" sollen, stets in der gleichen Orientierung, also Polarisationsebene, montieren. Je nach Umgebung und Antennengüte kann die falsche Polarisation einiges an Signalstärke kosten oder sogar gleich die Verbindung.

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Kapitel
  1. Wellenfänger
    1. Immer senkrecht
  2. Ausgerichtet
  3. Kabelfragen
  4. Antennenformen
  5. Selbstbau
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