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Richtfunktechnik

Aufgabenstellung für den Richtfunk

Die Aufgabe des Richtfunks besteht darin, eine Nachrichtenverbindung zwischen zwei verschiedenen Orten herzustellen. Das in analoger oder digitaler Form vorliegende Nachrichtensignal wird einer Trägerfrequenz aufmoduliert und über eine Funkverbindung übertragen. Im Normalfall ist eine quasioptische Sicht zwischen Sende- und Empfangsantennen erforderlich. Je nach Entfernung der Endpunkte einer Richtfunkverbindung wird das Nachrichtensignal über mehrere Funkfelder übertragen (Bild.1).

Bild.1

Da im Falle der Sichtverbindung das abgestrahlte Funksignal möglichst nur die Gegenstelle erreichen soll, um Störungen anderer Richtfunkverbindungen zu verhindern, ist eine starke Bündelung des Funkstrahls mit Hilfe einer Richtantenne erforderlich. Je größer die Fläche und je höher die Frequenz einer solchen Antenne ist, desto stärker ist die Bündelung des Funkstrahls.

Der Richtfunk ist ein gleichberechtigtes Übertragungsmedium neben der leitergebundenen Übertragungstechnik auf Kupfer- und Glasfaserkabel und dem Satellitenfunk. Dies bedeutet, dass er in der Lage sein muss, die angebotenen unterschiedlichen Signalarten wie analoge Fernsprech-, Daten-, Ton- und Fernsehsignale sowie Digitalsignale in einer Art und Weise zu übertragen, die dem Kunden bzw. dem Teilnehmer am Fernmeldeverkehr die von ihm erwartete Dienstgüte bietet. Diese Dienstgüte muss weitgehend unabhängig davon sein, über welche Übertragungswege gerade sein Nachrichtenverkehr abgewickelt wird. Der Richtfunk als Übertragungsmedium hat deshalb alle Anforderungen, die allgemein für Übertragungswege gelten, einzuhalten.

Aus Gründen der Netzsicherheit, bzw. der Sicherheit einer unterbruchsfreien Verbindung, werden im Allgemeinen Fernmeldezentren über mehrere geographisch und/oder anlagengetrennte Übertragungswege miteinander verbunden. Die Sicherheit lässt sich noch steigern, wenn diese Mehrwegführung zu einer Mehrmedienführung, z.B. ein Weg über Kabel und ein Weg über Richtfunk, ergänzt wird.

Der Richtfunk kann außerdem für sich beanspruchen, sehr flexibel zu sein. Bei einer vorhandenen Infrastruktur von Funkübertragungsstellen lassen sich schneller neue Richtfunksysteme installieren, als Bauvorhaben mit Kabelverlegungen durchgeführt werden können. Im Bedarfsfalle ist auch eine Verlegung von technischen Einrichtungen in andere Funkübertragungsstellen schnell und problemlos möglich.

Übertragungsqualität und Verfügbarkeit

Die Verfügbarkeit eines Systems ist definiert, als die Wahrscheinlichkeit, dieses System zu einem bestimmten Beobachtungszeitpunkt in ordnungsgemäßer Funktionsfähigkeit vorzufinden.

Auf die Höhe der Verfügbarkeit haben bei Richtfunkverbindungen vier Faktoren einen wesentlichen Einfluss :

• Gerätezuverlässigkeit
• Geräteredundanz
• Entstörungszeit
• Ausbreitungseffekte

Die Gerätezuverlässigkeit ist definiert als durch die Anzahl der Ausfälle einer Gerätegruppe einem bestimmten Zeitraum (meist 1 Jahr).

Die Geräteredundanz ist definiert als das Vorhandensein von Ersatzgeräten auf die im Störungsfalle umgeschaltet werden kann.

Die Entstörzeit ist definiert als die Dauer bis eine Verbindung bzw. ein Gerät nach dem Störungsfall wieder läuft.

Die Ausbreitungseffekte sind definiert als äußere Einflüsse, die die Verbindung beeinträchtigen können. Z.B. Niederschlag und sonstige Wetter- und/oder Ausbreitungsbedingungen.

Zwischen den ersten drei Faktoren besteht ein gewisser Zusammenhang, d.h. man kann zur Einhaltung gewisser Verfügbarkeit eine mangelnde Gerätezuverlässigkeit durch Geräteredundanz und/oder kurze Entstörungszeiten wieder ausgleichen. Der vierte Faktor ist dagegen weitgehend unabhängig von den anderen zu betrachten.

Wegen der Ausbreitungseinflüsse ist es für die Richtfunksysteme trotz vieler technischer und planerischen Maßnahmen praktisch unmöglich, vorgegebene Qualitätseigenschaften in 100% der Zeit einzuhalten. In kleinen Zeitprozentsätzen müssen Ausfälle oder Minderung des zu übertragenden Signals in Kauf genommen werden.

Mikrowellen

Was sind Mikrowellen

Als Mikrowellen bezeichnet man elektromagnetische Schwingungen mit Wellenlängen zw. 10-1 cm, d.h. mit Frequenzen 3-30 GHz. Sie bilden innerhalb des Spektrums der elektromagnetischen Wellen die Brücke zwischen den eigentlichen Radiowellen (siehe Wellenausbreitung) und der Infrarotstrahlung.

Die Hauptanwendungsgebiete der Mikrowellentechnik sind :

• Nachrichtenübertragung
• Funkmesstechnik (Radar, Entfernungsmesser, Höhenmesser)
• dielektrische Erwärmung (Kochen, Industrie, medizinische Zwecke)
• Kernphysik, Spektroskopie, Radioastronomie

Die Mikrowellen haben ein ähnliches Verhalten wie die Lichtwellen, d.h. sie breiten sich annähernd geradlinig aus, sie lassen sich bündeln, sie werden gestreut und reflektiert.

Zur Führung der Mikrowellen, zum Beispiel vom Sender bis zur Antenne oder von der Antenne bis zum Empfänger, werden meistens sogenannte Hohlleiter verwendet.

Allgemeines zu Mikrowellen und ihrer Ausbreitung

Auch bei ungehinderter freier Ausbreitung in der Luft werden Funkwellen gedämpft (siehe auch Wellenausbreitung). Es handelt sich hierbei allerdings nicht um eine echte Dämpfung, wie sie ein Signal zum Beispiel in einem Kabel erfährt ; es stellt sich vielmehr ein Leistungsverlust des Empfangssignals dadurch ein, dass nur ein Teil der abgestrahlten Sendeenergie von der Empfangsantenne wieder aufgenommen werden kann. Ein Maß hierfür ist die sogenannte Grundübertragungsdämpfung, die man sich folgendermaßen vorstellen muss :

Die Dämpfung des Signals in der Luft nimmt bei einer Verdoppelung der Entfernung (Sender --> Empfänger) lediglich jeweils um 6dB zu. Das heißt, das Signal nimmt in seiner Stärke bei Verdoppelung der Entfernung jeweils um das vierfache ab. Es sieht also so aus, als könnten ohne große Leistungssteigerung zunehmend größere Entfernungen überbrückt werden. Leider lässt sich diese Möglichkeit nicht uneingeschränkt nutzten, da bei der Ausbreitung der Mikrowellen zeitweise Anomalien auftreten können, die sowohl die Übertragungsqualität als auch die Verfügbarkeit der Stecke beeinflussen und mit wachsender Entfernung zunehmen. Wirken sie sich wie eine zeitlich veränderliche Zusatzdämpfung für das Funksignal aus, spricht man von Schwund (vergl. Wellenausbreitung). Um diesen negativen Einflüssen zu begegnen, ist es erforderlich, entsprechende Systemreserven vorzuhalten. Im wesentlichen sind folgende Effekte zu betrachten :

• Signalschwund durch Hindernisse auf der Erdoberfläche (Behinderung der
  freien Wellenausbreitung)
• Schwund durch atmosphärische Mehrwegeausbreitung oder durch Brechung und Defokussierung des Funkstrahls in Verbindung durch unterschiedliche Luftschichten. (Ähnlich einer unscharfen Linse durch die Licht kommt)
• Schwund durch Reflexionsstellen an der Erdoberfläche (Spitze von Bergen, Häusern o.ä.)
• Dämpfung durch atmosphärische Gase
• Dämpfung durch Niederschlag

Häufigkeit und Auswirkung der einzelnen Phänomene sind unterschiedlich je nach Frequenzbereich, in dem das Richtfunksystem betrieben wird, und geographischer Zone.

In Bereichen oberhalb 12 GHz gewinnt der Niederschlag an Bedeutung und bestimmt die Länge des Funkfeldes (der Richtfunkstrecke) aufgrund der Kriterien die für die Qualität gelten.

Die Problematik der Mehrwegeausbreitung nimmt umso stärker ab, je kürzer die Verbindung ist.

Die Mehrwegeausbreitung (Bild.2) ist hingegen bei Systemen unterhalb 8 GHz von besonderer Bedeutung.

Zwischen den beiden Bereichen ist eine sogenannte Übergangszone in der mal der eine, mal der andere Effekt überwiegt.

Bild.2

Aufbau von Richtfunksystemen

Systemaufbau

In einem Richtfunksystem können im allgemeinen mehrere Richtfunk-Signale mit Hilfe einer Kanalweiche zusammengefasst und über eine gemeinsame Antenne abgestrahlt werden. Ein einziges System ist also in der Lage, mehrere Richtfunkkanäle und damit mehrere Übertragungswege gleichzeitig zwischen zwei Endpunkten zur Verfügung zu stellen. Am Empfangsort werden die Signale von der Antenne, die in der Regel sowohl Sende- als auch Empfangsantenne ist, aufgenommen und über eine Weichenkette auf die zugehörigen Empfangseinrichtungen aufgeteilt. In den Demodulatoren werden dann die Ursprünglichen Nachrichtensignale wieder zurückgewonnen (siehe Bild.3). Die Richtfunksignale werden in zwei Ebenen mit Hilfe einer Polarisationsweiche polarisiert (vertikal und/oder horizontal). Je nach Ausbau des Systems mit Kanälen ist es dabei möglich, entweder nur die sendeseitige und die empfangsseitige Kanalweichenkette getrennt über zwei Hohlleiter auf die beiden Eingänge der Polarisationsweiche zu schalten, oder aber senderseitige und empfangsseitige Kanalweichenketten über einen Antennenzirkulator gemeinsam über einen Hohlleiter auf die gleiche Polarisationsebene zu führen. In letzteren Fall könnte die zweite polarisationsebene für ein weiteres Paar von Kanalweichenketten genutzt werden.

Bild.3

Richtfunkverbindungen

Eine Richtfunkverbindung kann aus der Hintereinanderschaltung mehrerer Richtfunkfelder, also einzelner Strecken bestehen (Bild.4). Man bezeichnet dies als eine sogenannte Grundleitung. Eine Grundleitung ist definiert als ein Übertragungsweg, der die Übertragung eines Signals von der Stelle wo es gebildet wird, bis zu der Stelle, wo es wieder aufgelöst wird, ohne Änderung seiner Zusammensetzung ermöglicht.

Umlenkanordnungen

Beim Aufbau von Richtfunkverbindungen ist es nicht immer möglich, zwischen den Endstellen Aufstellungsorte zu finden, zwischen denen optische Sicht besteht. Wo dies nicht gegeben ist, kann die Übertragung statt über eine dritte (aktive) Funkübertragungsstelle (siehe Bild.5) eventuell auch mit Hilfe eines passiven Relais (Abb. a & b), z.B. einer ebenen Metallplatte ausreichender Größe, durchgeführt werden. Die ist der Fall, wenn eine Richtfunkverbindung über hügeliges Gelände führt und eine Funkübertragungsstelle abgeschattet in einem Talkessel aufgebaut werden muss. Im allgemeinen betragt die Entfernung zwischen einem Umlenkspiegel und der nahegelegenen Endstelle einige hundert Meter.

Abb. a & b

Die Wirkfläche eines Umlenkspiegels wird von seiner geometrischen Größe bestimmt, das heißt je größer der Spiegel, um so kleiner die Umlenkdämpfung, also der Signalverlust.

Die Form eines Umlenkspiegels hat bei gleichbleibender Fläche lediglich Einfluss auf seine Richtcharakteristik.

Umlenkspiegel haben normalerweise eine Fläche von 1.4 m² bis 32 m². Ab 16 m² sind die Spiegel in Teile gegliedert, die durch Dehnfugen voneinander getrennt sind. Damit können die meisten Klimabedingungen gut eingehalten werden.

Ersatzschaltungskonzepte

Um die geforderte Übertragungsqualität und Verfügbarkeit sicherzustellen, haben Richtfunkverbindungen des Netzes in der Regel einen Ersatz- oder Schutzkanal sowie in gewissem Umfang ev. auch eine Geräteersatzschaltung. Während die Geräteersatzschaltung, z.B. eine Doppelung wichtiger Systemteile mit automatischer Umschaltung (‘hot standby’), nur die Systemzuverlässigkeit und damit die Verfügbarkeit des Übertragungsweges verbessern kann, steigert eine Ersatzkanaltechnik zusätzlich gegebenenfalls auch die Übertragungsqualität. Nicht nur bei Gerätefehlern, sondern auch bei ausbreitungsbedingten kurzzeitigen Pegeleinbrüchen oder Geräuschanstiegen in einem Richtfunkkanal wird auf den Ersatzkanal automatisch umgeschaltet. Da die Störungen durch Mehrwegeschwung nicht gleichzeitig alle RF-Kanäle eines Systems im gleichen Masse beeinflussen, genügt es meist, anstelle jeden Kanal zu doppeln (1+1 Ersatzschaltung), nur einen oder zwei Ersatzkanäle für mehrere (n) Richtfunkkanäle vorzusehen (n+1 beziehungsweise n+2-Ersatzschaltung). Um unterschiedliche Signalarten (TV od. Telefonie) ersatzschalten zu können, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Schaltungen in der sogenannten Zwischenfrequenzebene durchzuführen. Das Bild.6 zeigt ein Beispiel für eine 2+1 Ersatzkanaltechnik mit der Umschaltung in der Zwischenfrequenzebene (ZF-Ebene). Zwischen den Schaltstellen A und B bzw. B und C verläuft die Richtfunkverbindung jeweils über mehrere Funkfelder.

Bild.6

Equipment

Richtstrahlantennen

Die Richtfunktechnik bedient sich des freien Raumes als Übertragungsmittel. Dabei ist es die Aufgabe der Sendeantenne, die vom Richtfunksendern abgegebene elektromagnetische Energie - die Leitungswelle - in eine Raumwelle umzuwandeln, das heißt in den freien Raum abzustrahlen und dabei zu bündeln. Die Empfangsantenne nimmt einen Bruchteil der ausgesandten Strahlungsleistung der elektromagnetischen Raumwelle auf und wandelt sie zurück in eine Leitungswelle, die über eine Antennenleitung (meist Holleiter) an den Richtfunkempfänger abgegeben wird.

Die ausgestrahlte Energie muss so scharf gebündelt sein, dass die im Richtfunk kostengünstigen kleinen Sendeleistungen ausreichen. Außerdem sollen die außerhalb des scheinwerferartigen gebündelten Hauptstrahles ausgesandten und empfangenen Energienanteile möglichst klein sein, damit die dem Richtfunk zugewiesenen Frequenzen in einem eng vermaschten Nachrichtennetz in verhältnismäßig geringen räumlichen Abständen wiederholt ausgenutzt werden können.

Für Richtfunkantennen typisch ist ihre gleichzeitige Mehrfachausnutzung durch mehrere Sender und Empfänger über Kanalweichenketten (siehe auch Bild.3 Kapitel Aufbau von Richtfunksystemen). Das heißt, dass über eine Antenne gleichzeitig mehrere (verschieden polarisierte) Signale sowohl gesendet, als auch empfangen werden können. Die vorstehenden Möglichkeiten der Mehrfachausnutzung erhöht die Wirtschaftlichkeit und ermöglichen eine sparsamere Nutzung der Stellplätze auf Antennenträgern. Durch den Einsatz von sogenannten Mehrbandantennen, also Antennen die verschiedene Frequenzbereich abstrahlen können, kann die Platzausnutzung weiter gesteigert werden. Aus der Vielfalt der für die funktechnischen Spezialgebiete entwickelten Antennentypen werden in der Richtfunktechnik im Frequenzbereich oberhalb 1 GHz vorwiegend Parabol-, Muschel-, und (allerdings nunmehr auslaufend) Hornparabolantennen eingesetzt. Hierbei handelt es sich um sogenannte Flächenstrahler, bei denen die Energie nach den Gesetzen der Optik gebündelt wird. Die Fläche, durch die die Strahlung gebündelt austritt wird Apertur und ein Flächenstrahler deshalb auch Aperturstrahler genannt. Weil die Energie durch den parabolisch geformte Hohlspiegel gebündelt wird, ist auch der Ausdruck Spiegelantenne gebräuchlich.

Im Allgemeinen gilt folgendes : Mit zunehmender Frequenz des zu abstrahlenden Signals können kleinere Richtfunkantennen eingesetzt werden. Dabei steigen auch die Anforderungen an die Genauigkeit in der Produktion und bei der Montage der Antennen. Wie wir aus den Kapitel 1 (Übertragungsqualität und Verfügbarkeit) wissen, nimmt mit zunehmender Frequenz aber auch der dämpfende und störende Einfluss durch Niederschlag zu. In unmittelbarer Nähe des Strahlers wirken sich Regen und Schnee besonders stark aus. Deshalb wird die Apertur, abhängig natürlich vom Einsatzstandort und den Einsatzbedingungen, häufig mit Material abgedeckt. Solche Abdeckungen werden oft Radom genannt. Kleine Antennen bis 60 cm Durchmesser können auch zusammen mit einem Wetterschutzgehäuse eine kompakte Einheit für den Außeneinsatz bilden. Die Verluste durch die Abdeckungen sind vernachlässigbar klein.

Begriffe

Die Strahlungsleistung wird von Richtstahlantennen nicht gleichmäßig kugelförmig (isotrop) in den Raum abgegeben. Es gibt bevorzugte Richtungen, die Haupt- und Nebenkeulen und solche, in denen wenig Energie abgestrahlt wird, die sog. Nullstellen. Diese Eigenschaft der Antennen wird durch den Antennengewinn ausgedrückt.

Die Wirkfläche einer Antenne, auch Absorptionsfläche genannt, ist im Empfangsfall die zur Ausbreitungsrichtung senkrechte Fläche, durch die bei einer einfallenden Welle die maximale Empfangsleistung durch die Antenne hindurchtreten würde. Umgekehrt ist im Sendefall die Wirkfläche die gedachte, strahlende Fläche, deren Strahlstärke in Hauptstrahlrichtung gleich der Strahlstärke der Sendeantenne im Strahlungsmaximum des Funkfeldes bei gleicher Strahlungsleistung ist. Je größer die Wirkfläche einer Richtantenne ist, desto größer ist ihr Gewinn, also desto mehr Energie kann sie aufnehmen.

Die Richtcharakteristik beschreibt die Verteilung der von einer Antenne abgestrahlten Energie im Raume. Ein Richtdiagramm ist die zeichnerische Darstellung eines Schnittes durch die Richtcharakteristik. Im allgemeinen werden Richtdiagramme in einem logarithmischen Maßstab mit dB-Werten dargestellt. Die Winkel können bei der Darstellung entweder anschaulich in einem Bogen eines Kreisdiagramms oder mittels eines rechtwinkligen Koordinationssystems aufgetragen werden (siehe Bild.7 & Bild.8).

 

Bild.7	Bild.8

 

Zur Bestimmung des Horizontal- und des Vertikaldiagramms werden durch die Richtcharakteristik einer Antenne zwei senkrecht aufeinander stehende Schnitte gelegt.

Dabei ist das Horizontaldiagramm die zeichnerische Darstellung der Feldstärke oder Feldstärkekomponenten in der horizontalen Ebene, das Vertikaldiagramm die entsprechende Darstellung in der vertikalen Ebene senkrecht zur Erdoberfläche.

Richtstrahlantennen haben ein keulenförmiges Richtdiagramm, das in die Hauptstrahlrichtung zeigt. Der Winkel zwischen der Richtung des Maximums der Strahlung und der Richtung, in der die Dichte der Strahlung auf die Hälfte der Feldstärke zurückgeht ist als Halbwertswinkel bezeichnet. Der Winkelbereich, innerhalb dessen die Strahlungsdichte auf nicht weniger als die Hälfte des Maximums absinkt, wird Halbwertsbreite oder 3 dB-Breite genannt. Dezibel bezeichnet das Verhältnis zwischen zwei gemessenen Zuständen. In diesem Fall das Verhältnis der ausgestrahlten Leistung zu dem Verhältnis der gemessenen Leistung an einem bestimmten Punkt. Bei 3 dB ist die gemessene Leistung die Hälfte der ausgestrahlten Leistung.

Die Winkeldämpfung gibt die Abnahme der Strahlungsenergie in einem bestimmten Winkel zur Hauptstrahlungsrichtung an.

Keine Richtstrahlantenne besitzt eine ideale Richtwirkung. Ein Teil der Energie wird immer seitlich der Hauptkeule und nach rückwärts abgestrahlt, d.h. es treten unerwünschte Nebenkeulen oder Nebenzipfel auf, die durch Nullstellen untereinander von der Hauptkeule abgegrenzt sind.

Das Verhältnis der Strahlungsdichte in Hauptstrahlrichtung zu der entgegengesetzten Richtung wird Vor-Rückverhältnis genannt (vergleiche auch Kapitel Kenngrößen von Richtantennen).

Die Nullwertsbreite ist der Winkelbereich zwischen den ersten Nullstellen zu beiden Seiten der Hauptkeule. Die Richtungen des Strahlungsmaximums und der ersten Nullstelle schließen den Nullwertswinkel ein. Auf der nächsten Seite sind aus den Diagramm deutlich die vorher aufgezählten Größen ersichtlich (Bild.9).

Bild.9

Leistungsgrößen

Um Streckendämpfungen zwischen dem Funksender und dem Funkempfänger zu überwinden, muss die Antenne eine bestimmte Strahlungsleistung aufbringen. Diese Leistung addiert sich aus der Sendeleistung des Senders und dem Antennengewinn, vermindert um die Antennenleitungsverluste, also die Verluste die im Hohlleiter auftreten. Die Strahlungsleistung ist die Gesamte von der Antenne in den Raum abgestrahlte Leistung.

Beim Durchgang eines aus vielen Signalen bestehenden breitbandigen Frequenzgemisches durch eine Antennenanlage entstehen unerwünschte Signalprodukte, deren Frequenzen alle möglichen Summen und Differenzen aus den im Eingangssignal enthaltenen Frequenzen und ihren Oberwellen sind. Diese Schwingungen nennt man Intermodulationsprodukte, die die Qualität des zu übertragenden Signals vermindern. Sie treten meist erst nach jahrelangen Einsatz einer Anlage auf. Darum ist ihre Ermittlung so schwierig. Der beste Schutz dagegen ist die möglichst weitgehende Vermeidung von Kontaktstellen im Leitungszug.

Elektrische Anforderungen

Die elektrischen Eigenschaften wie die Frequenzbandbreite, die Güte und die Entkopplung müssen im wesentlichen auf das zu übertragende Richtfunksystem abgestimmt sein und auch die Einsatzbedingungen im Netz berücksichtigen. Die geplante Häufigkeit und der räumliche Abstand der Funkübertragungsstellen und hier besonders die vorgesehene Breite zwischen benachbarten Abstrahleinrichtungen sowie das vorgesehene Einsatzgebiet mit seinen klimatischen Bedingungen bestimmen die weiteren elektrischen Anforderungen an die Richtcharakteristik und den Gewinn sowie die Entscheidung über einen Einsatz von Radomen.

Mechanische Leistungsgrößen

Nicht weniger wichtig sind bei Richtstrahlantennen die konstruktiven und mechanischen Eigenschaften. Diese Anforderungen werden beeinflusst von den klimatischen Verhältnissen in örtlichen Einsatzgebiet, der geforderten Brauchbarkeitsdauer und dem Antennenträger.

Richtfunkantennen müssen in Freien an exponierten Stellen auf Türmen, hohen Gebäuden oder Bergstationen aufgestellt werden. Deshalb sind Antennen und deren Befestigungseinrichtungen meist für maximale Windgeschwindigkeiten von 210 km/h ausgelegt. Außerdem muss mit einer Zusatzlast durch allseitige Vereisung von 25 mm Dicke gerechnet werden. Bei diesen Belastungen dürfen die zugelassenen mechanischen Spannungen nicht überschritten werden.

Die Antennenanlage muss mindesten so bemessen sein, dass bei 130 km/h Windgeschwindigkeit nicht mehr als ein Drittel der jeweiligen Halbwertsbreite aus der Hauptstrahlrichtung abgelenkt wird. Die Halbwertsbreiten betragen je nach Antennengröße oder Antennenart sowie Frequenzbereich zwischen 0.7° und 5°.

Antennenarten

Im Allgemeinen werden über 600 MHz Antennen verwendet, die eine parabolische Reflektoroberfläche besitzen. Nachfolgend sind die verschienenen Konstruktionstypen sichtbar :

Die Parabolantenne besteht aus einem rotationssymmetrischen parabolischen Reflektor, in dessen Brennpunkt sich der Erreger befindet. Eine auf die Antennenöffnung senkrecht auftreffende Wellenfront wird so in den Brennpunkt reflektiert, dass sich dort alle Strahlen Addieren. Mit der Wahl des Verhältnisses von Brennweite zu Antennendurchmesser lassen sich Gewinn und Charakteristik einer Parabolantenne auf die Anforderungen abstimmen.

Der Reflektor einer Muschelantenne besteht aus einem exzentrischen Parabolausschnitt, der von einem schräg nach oben gerichteten Erregersystem angestrahlt wird. Mit der Neigung des Anstrahlwinkels lässt sich die Ausleuchtung der Kalotte und damit das Richtdiagramm beeinflussen. Vorgezogene metallische Seitenwände bewirken eine Verbesserung des horizontalen Richtdiagramms und ermöglichen die Apertur faltenfrei einzuspannen. Durch weiteres Vorziehen der Seitenwände lässt sich die Winkeldämpfung noch steigern. Muschelantennen werden überall dort in Richtfunk eingesetzt, wo hohe Anforderungen zu erfüllen sind, da sie gegenüber der Parabolantenne kleinere Reflexionen und eine bessere Richtcharakteristik aufweisen. Das Schnittbild einer Muschelantenne ist in Bild.10 ersichtlich.

Der Reflektor einer Hornparabolantenne besteht aus einem exzentrischen Parabolausschnitt, der von einem senkrecht darunter angeordneten Hornstrahler ausgeleuchtet wird. Die in den Erreger eingespeiste Welle wird bis kurz vor den Auftreffen auf den Reflektor in den langen Trichter geführt. Diese Strahlführung und die ebenfalls vorgezogenen Seitenwände bewirken ein günstiges Horizontaldiagramm der Hornparabolantenne und eine Breitbandigkeit, die die Nutzung als Mehrbandantenne erlauben.

Um die von der Endstufe des Senders aufgebrachte Energie abstrahlen zu können, benötigt man außer der Antenne natürlich auch einen Strahler. Bei neueren Anlagen werden meist Ringhornstrahler eingesetzt. Damit diese möglichst gut untergebracht werden können, sollen sie möglichst kurz sein. Ihre Größe ist Frequenzabhängig. Je höher die zu abstrahlende Frequenz, desto kleiner können sie gebaut werden. Die Maximalabmessungen liegen etwa bei 400 mm Durchmesser und 300 mm Länge. Das Bild.11 zeigt einen solchen Strahler mit integrierter Polarisationsweiche.

Antennenweichen

Durch den Einsatz von Weichen lassen sich Antennen mehrfach ausnutzen. Wenn das Erregersystem (Strahler) der Antenne die notwendigen Voraussetzungen für die Entkopplung erfüllt, können die Frequenzen mit Hilfe einer Polarisationsweiche (Trennung Vertikal- und Horizontalpolarisation) durch Nutzung zweier Polarisationsebenen besser genutzt werden. Wenn die Breitbandigkeit des Strahlersystems mit der Weiche hinreichend ist, können darüber hinaus zwei Richtfunksysteme in unterschiedlichen Frequenzbereichen  auf eine Antenne geschaltet werden. Antennennahe Frequenzweichen, also Weichen die direkt bei der Antenne platziert sind, heißen Systemweichen.

Systemweichen

Die Notwendigkeit zur wirtschaftlichen Ausnutzung knapper Antennenstellflächen ermöglichte nach der Entwicklung ausreichend breitbandiger Erregersysteme (Strahler) die Einführung von Systemweichen für doppeltpolarisierte Zweibandantennen. Eine Systemweiche trennt a.) Frequenzen und b.) die Polarisation. Siehe Bild.12.

Polarisationsweichen

Mit Hilfe von Polarisationsweichen lassen sich die von einer Antenne aufgenommenen, horizontal und vertikal polarisierten Wellen wieder aufspalten und getrennten Verbrauchern zuführen oder von mehreren Sendern abgegebene Signale so zusammenfassen, dass sie unterschiedlich polarisiert über das Funkfeld übertragen werden. Polarisationsantennen werden bei Analogrichtfunksystemen auch dann benötigt, wenn Antennen gleichzeitig als Sende- und Empfangsantennen eingesetzt und die Signale zur besseren Entkopplung unterschiedlich polarisiert übertragen werden.

Das Zusammenspiel des Ganzen

In der nachfolgenden Zeichnung ist das Zusammenspiel des Ganzen deutlich ersichtlich :

Hohlleiter

Ab ca. 3 GHz werden generell zwei Arten von Hohlleitern verwendet :

Starre Hohlleiter :

Starre Hohlleiter werden vorwiegend aus hochleitfähigem Aluminiumlegierungen hergestellt die ihnen bei geringem Gewicht eine gute Korrosionsbeständigkeit und eine hohe mechanische Festigkeit verleihen. Die Außenhaut des Hohlleiters wird mit einem Schutzlack überzogen. Bei vertikaler Führung muss das Hohlleitergewicht an einer Stelle abgefangen werden. Dort, wo mechanische Spannungen nicht ausgeschlossen werden können (z.B. Eingang Antenne oder Ausgang Sender) werden flexible Hohlleiterstücke eingefügt.

Die Typenreihe der Recheckhohlleiter ist so abgestimmt, dass für jeden Frequenzbereich ein Hohlleiter zur Verfügung steht, der im eindeutigen Übertragungsbereich betrieben werden kann.

Da Rundhohlleiter mit größerer Präzision als Recheckholleiter hergestellt werden können, werden sie, gerade geführt, auch in einem Frequenzbereich eingesetzt in dem gleichpolarisierte Wellen übertragen werden. Allerdings wird er wegen seiner hohen Material - und Verlegekosten nur in Ausnahmefällen verwendet.

Biegbare Hohlleiter :

Die Verlegung starrer Hohlleiter ist aufwendig und erfordert eine detaillierte Vorplanung. Besser lassen sich biegbare Hohlleiter verlegen. Dies sind Hohlleiter mit recheckigem oder elliptischen Querschnitt aus Aluminium oder Kupfer. Sie dienen im Allgemeinen zur Übertragung von RF-Signalen nur einer Polarisationsrichtung.

Die Bewegung der Feldlinien bei Rechteck-, Rund-, und Ellipsenhohlleitern ist in den nächsten drei Abbildungen sichtbar (Bild 14, 15 & 16).

Drucklufteinrichtungen

Um Wassereindringen und Kondenswasserbildung zu verhindern, werden Hohlleiter mit getrockneter Luft, die unter leichtem Überdruck steht, gefüllt. Von einem Kompressor wird Raumluft über ein Trocknungsmittel geführt und in die Antennenleitung bis zum Druckfenster im Strahler der Antenne gedrückt. Der Druckabfall wird überwacht. Das Trocknungsmittel muss von Zeit zu Zeit regeneriert werden, damit kein Wasser in der Antennenleitung (Hohlleiter) kondensieren kann. Die Trocknung der Luft wird von einem Feinindikator angezeigt, in dem Trockenperlen ihre Farbe von tiefblau (trocken) nach rosa (feucht) ändern. Über einen Luftverteiler können mehrere Hohlleiterzüge und Antennen ein eine Drucklufteinrichtung angeschlossen werden.

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