CB-Funk

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CB Funk ist die Abkürzung für Citizen Band Funk. Also die Frequenzbereiche, die von jedermann genutzt werden können. Sie liegen bei 27 Mhz im 11 Meter Band, somit also im Hoch-Frequenzbereich, auch Kurzwelle genannt. Da CB-Funk von jedem benutzt werden darf, ist die Reichweite durch die maximale Leistung von 4 Watt auf wenige Kilometer begrenzt.
Wer weite Distanzen überbrücken will oder muss, z.B. bei Reisen in entlegene Gebiete, sollte sich um eine mobile Amateurfunkanlage bemühen. Hier gibt es durchaus Sendeleistungen von bis zu 750 Watt. Dazu muss man aber eine Prüfung ablegen und eine Lizenz erwerben. Das ist so geregelt, denn es ist eine weltweite Kommunikation möglich.
CB Funk nimmt in seiner Bedeutung zwar ab, jedoch ist es immer noch eine günstige und einfache Möglichkeit zur Kommunikation mehrerer Fahrzeuge und je nach Ausstattung über mittlere Entfernungen. In zunehmenden Maße findet der Einsatz von PMR-Funk-Geräten statt, welche durch die geringere Sendeleistung und die höhere Frequenz (446 MHz) eine kleinere Reichweite haben. Für Offroad Parks sind die PMR Geräte sicherlich eine gute Alternative, da dies meistens Handgeräte sind, die man auch beim Aussteigen aus dem Fahrzeug mitnehmen kann.

Es soll also CB-Funk sein

Für denjenigen, der sein Fahrzeug mit CB-Funk ausstatten möchte, stellen sich einige Fragen, die es zu beantworten gilt:

  • Für welche(n) Einsatzzweck(e) soll der Funk genutzt werden?
  • Welches Gerät schaffe ich mir an?
  • Welche Antenne nutze ich und wo bringe ich sie an?
  • Benötige ich weiteres Zubehör?
  • Gesetzliche Bedingungen, gerade bei Auslandsfahrten.

Während Fragen nach dem Einsatzzweck hier nicht beantwortet werden können, können hier aber die technischen Hintergrundinformationen gegeben werden, die bei der Auswahl und dem Betrieb helfen.

Kurz und Knapp

Antenne

  1. Eine Stehwellenrelation (SWR) von <= 2:1 ist in Ordnung.
  2. Die Antennenlänge ist wichtig.
  3. Die Antennenposition ist wichtig.
  4. Die Masseverbindung der Antenne ist wichtig.

Zu 1) Eine Antenne strahlt die gesamte Leistung, die sie erreicht, ab. Unabhängig von der Stehwelle. Die vom Funkgerät abgegebene Leistung, die nicht abgestrahlt wird geht durch Dämpfung und die Stehwelle verloren und wird zusätzlich bei angepassten Antennen in der Anpassung verbraucht (Wärme). Eine stehwellenbedingte Leistungsreduzierung, bei einer Installation mit 50 Ohm RG 58 Kabel, ist erst bei hohen SWR Verhältnissen beim Empfanger zu bemerken. Bis zu einem SWR 2:1 muss man sich also keine Gedanken machen (siehe Welche Bedeutung hat das Stehwellenverhältnis). Die richtige Antennenposition macht jedoch sehr viel aus.
Die Stehwelle reduziert die Sendeleistung weiterhin wenn die Schutzschaltung des Geräts wegen der Stehwelle eingreift, um sich vor der reflektierten Leistung zu schützen. Das passiert aber erst wenn die Stehwellenrelation SWR 2 (2:1) überschreitet. Sie regeln dann ihre Leistung herunter.
Am besten merkt man sich, dass die Stehwelle konstruktionsbedingt vorhanden ist. Die heutigen Antennen sind bei richtiger Montage aber so gut, dass sie meistens unter einem SWR von 2:1 liegen. Eine geringe Anpassung mittels Antennenverstellung ist möglich. Dies geschieht z.B. durch Längenänderung. Das SWR sollte man aber in jedem Fall messen, da ein Verhältnis größer als 2 (2:1) zu einer Beschädigung des Funkgeräts führen kann. Trotz der Schutzmechanismen.
In jedem Fall ist es wichtig auf eine sehr saubere und gute mechanische Monatge der Funkanlage zu achten und eine gute Antennenpositionierung mit gutem Masseschluß zu finden.
Hier findet man eine Rechenscheibe (ausdrucken und in der Mitte zusammenpinnen) mit der man sich bei gegebener Sendeleistung und bekannter rücklaufender Leistung (Stehwelle) die SWR, die Dämpfung und die Verstärkung anzeigen lassen kann.

Zu 2) Je länger die Antenne, je besser ist der Empfang und das Senden. 5/8 Lambda Antennen haben den besten Abstrahlwinkel. Eine "Top-Loaded" Antenne strahlt günstiger, als eine "Base-Loaded". Siehe Antennenlänge.

Zu 3) Die beste Position ist in der Mitte des Dachs. Dies ist aber auch die unhandlichste Position. Am besten ist immer eine Position mit viel Blech bzw. leitender Fläche drumherum, zu der die Antenne eine möglichst gute Verbindung hat (Masseverbindung, nicht die zur Batterie ist gemeint, sondern die zur Fläche). Siehe Position.

Zu 4) Mit Masseverbindung ist die Verbindung zu der in 3) erwähnten möglichst großen, leitenden Fläche (z.B. Dach) gemeint. Diese Fläche ist Teil der Antenne. Der Fuß der Antenne sollte eine sehr gute leitende Verbindung mit dieser Fläche haben.

Kabel

Ein grundlegendes System besteht aus einem CB-Funkgerät, einem Koaxialkabel und der Antenne. Die Funkgeräte sind auf eine Impedanz von 50 Ohm eingestellt. Daher nimmt man am besten ein Koaxialkabel mit 50 Ohm Impedanz und möglichst geringer Dämpfung. So hat RG 213 eine geringere Dämpfung als das üblicherweise mitgelieferte RG 58. Hier sollten die angegeben Werte der Hersteller zu den Kabeltypen verglichen werden.
Alle CB-Funk Antennen sollten ebenfalls auf 50 Ohm eingestellt sein, wobei dies nicht ihrer echten Impedanz entspricht, sondern sie sind angepasst worden. Das reduziert die Stehwelle, aber ein Leistungsverlust ist immer gegeben.
Hat man das System so aufgebaut, wäre es theoretisch in Resonanz (durchgängig 50 Ohm), in der Praxis schafft man dies jedoch ohne zusätzliche Technik nie genau, es gibt immer Blindanteile, die dann auch für ein Stehwellenverhältnis (SWR) von > 1 verantwortlich sind. Und letztendlich ist die Antenne ja nur angepasst und hat nicht wirklich eine Impedanz von 50 Ohm. Aber wie gesagt, bis zu einem SWR von 2:1 ist das kein Problem.

Das Funkgerät

In Bezug auf die Leistung sind so ziemlich alle CB-Funk Geräte gleich, 4 Watt, da gesetztlich nach oben abgeregelt. Weniger würde auch kaum mehr sinnvoll sein. Bleiben also die abgedeckten Frequenzbereiche, Funktionen, Baugröße, Bedienbarkeit und natürlich die Qualität.

Funktionen

Als sinnvoll haben sich folgende Funktionen herausgestellt:

  • Kanaltasten
    Frei belegbare (programmierbare) Tasten, die mit einem Kanal belegt werden können, um so schnell zwischen häufig benutzten Kanälen wechseln zu können.
  • DW, Dual Watch
    Mit dieser Funktion lassen sich zwei Kanäle abhören. Das Gerät wechselt in kurzen Abständen zwischen zwei Kanälen hin und her und bleibt bei Empfang auf dem entsprechenden Kanal stehen.
  • Not-Taste
    Diese auffällig markierte Taste schaltet auf Kanal 9, dem Trucker-Kanal, ohne das lange gesucht werden muss, um so einen Notruf absetzen zu können.

Handfunkgeräte

Mobile Handgeräte haben den Vorteil, dass man sie mitnehmen kann, z.B. wenn das Fahrzeug verlassen oder aufgegeben werden muss. Allerdings haben sie nur kurze Reichweiten, auch wenn die meisten mittlerweile ebenfalls 4 Watt Sendeleistung haben. Dies liegt an der fehlenden Verbindung zur reflektierenden Erde, die sich bei dem Frequenzbereich von 27 Mhz stark bemerkbar macht. Eine gute Lösung sind hier Handfunkgeräte mit der Möglichkeit eine externe Antenne anzuschliessen (z.B. Alan 42 Multi). Im Fahrzeug kann so die äussere Antenne genutzt werden und es kann dennoch mitgenommen werden.

Fazit

Auch bei den Geräten gibt es wieder einige Faktoren, die die Wahl beinflussen. Neben persönlich als sinnvoll erachteten Funktion (z.B. Dual-Watch) spielt auch der gewünschte Einbauort und somit die Größe des Gerätes eine Rolle. Gleiches gilt für die Bedienbarkeit, da ja auch mal während der Fahrt das Gerät bedient werden muss. Für manche ist es sogar wichtig, dass die Farbe der Beleuchtung zu der Instrumentenbeleuchtung des Fahrzeugs passt.
Auf jeden Fall wichtig sind die angebotenen Frequenzbereiche und deren Kanalanzahl. In der Regel sollten mind. 40 Kanäle für die Frequenzen angeboten werden. Sind Fahrten inm das Auslang geplant, sollte in Erfahrung gebracht werden (Handbuch, Hänlder) für welche Länder das Gerät umgeschaltet werden kann. Nicht überall liegt der CB-Funk auf exakt den gleichen Frequenzen.
Die am häufigsten verwendeten Geräte mit denen gute Erfahrungen gemacht wurden sind die von Alan/Midland und President.

Grundlagen

Für die, die es genauer wissen wollen.

Wellenlänge

Wie bereits erwähnt benutzt der CB Funk eine Frequenz von 27 MHz. Bei einer Ausbreitung mit Lichtgeschwindigkeit von schlappen 300.000 km/s ergibt sich somit eine Wellenlänge (Lambda, Formelzeichen λ) von 11 Metern. Die Wellenlänge bestimmt die Länge für eine Antenne. Als ideale Größe gilt die halbe Wellenlänge (λ/2).

Wellenlänge λ (m) =  300.000.000 m/s / f (Hz)
11 m = 300.000.000 m/s / 27.000.000 Hz

Vertikaler Antennentyp

Bild 1: Prinzip einer Marconi-Antenne (Stabantenne)
Bild 2: Abstrahlung im Verhältnis zur leitfähigkeit der Erde/Autodach
Zusätzlich zur Wellenlänge spielt auch die Bauform der Antenne eine wichtige Rolle. Als eine der häufigsten Grundformen einer Antenne gilt die Halbdipolantenne. Die meisten Mobilantennen sind vertikale Rundstrahler (Stabantennen), d.h. ihre Polarisation ist für das vertikale Empfangen und Senden ausgelegt. Daher sollten diese auch immer vertikal montiert werden. Ihr Prinzip beruht auf der Marconi-Antenne. Diese ist theoretisch eine Halbdipolantenne, d.h. sie ist ½ Wellenlänge lang (λ/2). Die Einspeisung des Signals findet in der Mitte statt. Diese Mitte des gedachten Halbdipols, ist der Fußpunkt der Antenne. Da aber nur eine Hälfte physikalisch als Strahler vorhanden ist, gibt es auch nur diesen einen Einspeisungpunkt, man nennt sie daher auch Monopol (ein echter Dipol hat zwei Einspeisungen).

Der Strahler der Marconi-Stabantenne hat, wie oben erörtert, eine Länge von λ/4 (¼ Lambda) und ist damit faktisch eine Viertelwellenantenne. Im CB Funk entspricht das einer Strahlerlänge von 2,75 m. Der Strom ist dort am stärksten, wo die Einspeisung stattfindet. Bei dem Marconi-Antennentyp ist dieser Bereich am Fußpunkt. Dort herrscht hoher Strom und wenig Spannung: Bild 1 zeigt die Strom- und Spannungsverteilung auf dem Strahler, wobei der Strom für die Abstrahlung (Sendeleistung) verantwortlich ist.
Das andere Viertel einer Antenne von Marconi-Typ ist in der Erde gespiegelt. Dazu muss diese gut leiten (z.B. bei feuchtem Boden). Die abgesendete Leistung trifft auf den Boden und fliesst dort zur Antenne zurück. Ist der Widerstand dort hoch, entstehen Leistungsverluste durch Erwärmung. Bild 2 zeigt dieses Verhalten. Die Linien stellen vereinfacht die abgestrahlte Leistung dar:

  • A = idealer Zustand, sehr gut leitende Erde
    Z.B. eine Antenne in der Dachmitte
  • B = guter Zustand, normal leitenden Erde
  • C = schlechter Zustand, schlecht leitende Erde.
    Z.B. eine masselose Antenne (No-Ground)

Da die gute Leitfähigkeit nicht vorausgesetzt werden kann, werden oftmals Leiter auf dem Boden um die Antenne ausgelegt oder sogenannte Radials angebracht, die dann den Part des Erdleiters übernehmen.
Wenn man nun die CB-Funk Antennen als Marconi-Typ nimmt, wird klar warum aus Sicht der Sendeleistung die Mitte eines Autodachs der effizienteste Ort ist. Es übernimmt quasi die Rolle einer gut leitenden Erdoberfläche als Reflektorspiegel. Zusätzlich stellt das Dach den höchsten Punkt dar.



Antennenlänge

Bild 3: Stromverteilung bei einer über eine Spule im Fuß elektrisch verlängerten Stabantenne
Nun stellt eine 2,75 m lange Antenne auf einem Fahrzeug in einigen Verkehrsbereichen durchaus ein Problem dar. Sie kann nicht ohne Weiteres überall und immer gefahren werden kann. Deshalb werden im Markt für mobile CB-Funk-Antennen verschiedene Versionen angeboten: λ/2, λ/4 und 5/8 Antennen. Diese liegen in einer Länge von 70 cm bis 185 cm vor, sie sind also alle elektrisch verlängert um auf ihren λ/x Wert zu kommen. D.h. der als Strahler wahrnehmbare Teil ist kürzer als λ/x (z.B. kürzer als 2,75 m bei λ/4) und die fehlende Länge wird durch Spulen im Antennenfuß (Base-Loaded), am Ende (Top-Loaded) oder deren Mitte gebildet. Die Spule bildet auch den notwendigen induktiven Widerstand, der die Antenne auf 50 Ohm Impedanz bringt. Diese Art auf λ/x zu kommen ist jedoch immer ein mit Verlusten behafteter Kompromiss (Verluste durch den Skineffekt der Spule). Der Vorteil dieser Antennen ist der einfache Aufbau und im Falle einer λ/4 die unagepasste Impedanz nahe 50 Ohm. Das verringert den Leistungsverlust in der Anpassung (siehe Was ist eine Stehwelle). Die 5/8 Lambda Antenne hat den günstigsten Abstrahlwinkel.

Prinzipiell kann man sagen, dass je länger der physikalische Strahler ist (also nicht die elektrische Länge) desto mehr Abstrahlfläche hat man und desto mehr Reichweite erzielt man beim Senden. Auch die Position der Spule (die elektrische Verlängerung) ist entscheidend. Dies erkennt man, wenn man sich folgendes vor Augen führt:
Bei einer vertikalen Viertelwellen-Antenne würde der Strahler normalerweise 1/4 der Wellenlänge, also 2,75 m, aus der Erde ragen. Es kann also über diese 2,75 m abgestrahlt werden. Dabei liegt der maximale Strombereich und somit die stärkste Strahlung direkt über der Erde, also an dem Punkt an dem das Signal in die Antenne eingespeist wird (siehe Bild 1, theoretische Strahlermitte). Eine 1,5 m lange λ/4 Antenne hat eine um ca. 50% gekürzte Abstrahlfläche. Befindet sich zusätzlich im Bereich der größten Stromstärke (am Fuß) auch noch die Spule, verliert man im wichtigsten Bereich noch zusätzlich Leistung, wie Bild 3 zeigt.


Fazit

Große Antenne mit Antennenfuß auf dem Kotflügel, abnehmbar
Letztendlich bestimmt der Einsatzzweck über die Antennenlänge. Sie sollte ausreichend sein, den Zweck zu erfüllen und kurz genug um kein zu großes Hindernis zu werden.
  • Benötigt man nur den Wald- und Wiesenfunk in Offroad Parks oder zur Verständigung bei Kolonnenfahrten reicht eine kleinere, um die 90 cm können da schon ausreichend sein.
  • Für Reisen, wo eine Gruppenkommunikation über für CB-Funk größere Distanzen (bis 20 KM bei idealem Gelände und Standpunkt) möglich sein soll, sollte es schon eine eine λ/4 ab 140 cm oder 5/8 mit rund 2 Metern länge sein. Diese benötigen auch eine entsprechend robuste Befestigung. Wobei zu beachten bleibt, dass vertikale Strahler relativ flach abstrahlen und somit ein Tal-zu-Tal Funk eher schwierig wird.
  • Für weite Reisen die auch in abgelegenere Gegenden führen, sollte man sich dann überlegen, ob man den CB-Funk Bereich verlässt und eine Amateurfunkanlage montiert. Dieser Bereich ist nicht auf 4 Watt limitiert und bietet viele Frequenzbereiche. So kann man z.B. niedrige Freuenzen nutzen und Reichweiten von mehreren hundert bis tausend Kilometern erreichen. Dabei sind die Regularien usw. der aufgesuchten Länder zu beachten.
  • Verwendet man eine "top-loaded" Antenne, deren Spule am Antennenende und nicht am Fuß sitzt (z.b. die CB 27S), steht der sendestärkste Bereich zur Abstrahlung zur Verfügung.

Position

Wir wissen ja bereits, dass die Mitte des Dachs die bestmögliche Position darstellt. Es ist die höchste Position und wirkt wie ein Spiegel, der die rundherum nach unten abgestrahlte Signale reflektiert. Eine gute Masseverbindung alleine reicht nicht aus, sondern diese muss idealerweise eine gut leitende Fläche sein (siehe Marconi Antenne).
Nur ist dies nicht unbedingt auch die praktikabelste Lösung, denkt man z.B. an ein schnelles Umklappen oder einen Dachgepäckträger. Bei neueren Fahrzeugen muss zudem die mögliche Wechselwirkung mit der Fahrzeugelektronik beachtet werden. Hier ist der Hersteller gefordert entsprechende Positionen für die jeweiligen Geräte, wie CB Funk, Handy usw. festzulegen, EMV Erklärung genannt. Diese gibt an, welches Gerät bzw. dessen Sender wo angebracht und betrieben werden darf.
Weiterhin sollte man bei Wahl auch beachten, dass z.B. bei der Anbringung auf dem Kotflügel eines Serie/Defender die Motorhaube nur bedingt als Reflektor arbeitet (kaum Masseverbindung) und der restliche Aufbau eher ein Abstrahlhindernis bildet. Hinten oben am Dach, kann dieses nur nach vorne als Reflektor benutzt werden. Neben den Herstellervorgaben und dem Einsatzzweck werden also die räumlichen und konstruktiven Möglichkeiten die Grenzen setzen.

Fazit

Zur Positionierung sollten folgende Dinge beachtet werden:

  • EMV Erklärung für das Fahrzeug
    Beim Hersteller anfordern, ggf. auf der Webseite nachsehen.
  • Möglichst hohe Position, möglichst freier Abstrahlbereich
    Ideal: Dachmitte. Weniger geeignet sind Orte, wo trotz Masse keine Reflektionsfläche vorhanden ist, z.B. Rammschutz.
  • Antennenlänge
    Dem Einsatzzweck (siehe Antennenlänge) und den täglichen Anforderungen anpassen.
  • Stabilität
    Der Platz wo die Antenne hinkommt, muss ihre Bewegungen bei Fahrt aushalten können, ggf. verstärken.
  • Permanent oder abnehmbar
    Bei seltenem Gebrauch und großer Bauart abnehmbar, bei kleinerer Bauart oder häufigem Gebrauch permanent aber umklappbar.
  • Lambda Typ
    5/8 Lambda Antennen strahlen am günstigsten (horizontal) ab.
  • Masse oder masselos
    No-Ground (masselose Antennen) strahlen ungünstig ab, benötigen aber keine Reflektionsfläche um auf ihre Leistung zu kommen.

Geht man die oberen Punkte durch, merkt man dass man einen Kompromiss eingehen muss, der von den Gegebenheiten am Fahrzeug bzw. den zukünftigen Plänen abhängt. Wenn z.b. eine Lichtleiste geplant ist, könnte man mit der Antenne warten, bis diese montiert ist und die Antenne dort anbringen. Jedoch sollte eine gute Masseverbindung zum Dach gewährleistet sein.

SWR - Stehwellenrelation

Was ist eine Stehwelle

Wenn Leistung (Leistung P = Strom I x Spannung U) in Form eines Signals auf eine Leitung gegeben wird, kann man sich das wie eine Welle vorstellen, die den Leiter (Koaxialkabel) zum Verbraucher (Antenne) entlangläuft und im Idealfall dort abgestrahlt bzw. verbraucht wird. Dazu muss diese Leitung am Ende abgeschlossen werden. Die Antenne bildet also den (idealerweise alles) verbrauchenden Abschlusswiderstand.
Wird so ein wellenförmiges Signal auf einen Leiter gegeben, setzt dieser der Welle einen Widerstand entgegen, der von der Frequenz des Signals abhängt, den Wellenwiderstand (Impedanz). Weicht die Impedanz irgendwo in dem System von der Impedanz des Senders ab, wird dort das Signal zurück reflektiert. Die zurückgeworfene Welle und die hinlaufende Welle überlagern sich. Es entstehen stehende Wellen.
Bezüglich des Leitungsabschlusses gibt es vier Fälle:

  1. Offene Leitung
    Am Ende befindet sich kein Verbraucher, das Kabel ist offen (keine Antenne). Dies wirkt wie ein unendlich hoher Widerstand und das gesamte Signal, die gesamte Leistung wird zurück reflektiert. Das kann den Sender zerstören. Daher nie ohne Antenne senden!
  2. Kurzgeschlossene Leitung
    Die Kabelenden berühren sich ohne Verbraucher. Es kann sich keine Spannung aufbauen, aber dafür fliesst ein hoher Strom. Auch das kann den Sender zerstören.
  3. Ideal abgeschlossene Leitung
    In diesem Fall ist die Impedanz des Verbrauchers (Antenne) gleich der des Senders und des Kabels. So wirkt der endliche Leiter wie ein endloser in dem das Signal immmer weiter vom Sender wegläuft. Alle Widerstände sind reel, d.h. sie sind echte Widerstände die Leistung verbrauchen. Im Falle der Antenne also durch die Abstrahlung. Es gibt keine Blindwiderstände, die das Signal zurückreflektieren. Somit gibt es keine Stehwelle. Dieser Fall nennt sich Resonanzfall, die Antenne wird in Resonanz betrieben. Die gesamte Leistung wird abgestrahlt. Es gibt zwar noch Verlustwiderstände die immer vorhanden sind, diese sind aber sehr klein und brauchen hier nicht weiter betrachtet zu werden.
  4. Nicht ideal abgeschlossene Leitung
    Das ist der übliche Praxisfall. Die Leitung ist zwar abgeschlossen, jedoch mit einer Antenne, deren Impedanz ungleich der des Senders und der Leitung ist. Jetzt sind nicht mehr alle Widerstände reel, es entstehen Blindanteile. Diese Anteile werfen das Signal teilweise zurück, eine Stehwelle entsteht.

Im CB-Funk Bereich arbeiten die Sender immer mit 50 Ohm Impedanz. Dazu nimmt man sich ein passendes Koaxialkabel, ebenfalls mit 50 Ohm Impedanz, z.B. RG 58. Hier entsteht also keine Stehwelle. Wenn nun das Signal von diesem Medium in das nächste, die Antenne, übergeht welches eine andere Impedanz besitzt, wirkt dies wie ein falscher Abschlusswiderstand (Fall 4). Es kommt zur Reflektion in das zuleitende Kabel. Beide Signale überlagern sich dort (ein Teil läuft weiter, wird gesendet und ein Teil läuft zurück) und bildet die Stehwelle. Es entsteht ein zum Funkgerät zurückfliessender Strom. Verantwortlich für Stehwellen im CB-Funk ist also der Einspeisungspunkt der Antenne (Fußpunkt).

Fazit

Idealerweise besteht vom Sender bis zum Ende der gesamten Leitung der gleiche Leitungswiderstand (Impedanz):

Rs = Ausgangswiderstand des Senders (Im CB-Funk immer 50 Ohm)
Zkoax = Impedanz des Zuleiters (Bei RG-58 ebenfalls 50 Ohm)
Ra = Eingangswiderstand der Antenne (Abhängig von der unangepassten Antenne, dann aber immer <> 50 Ohm)
Ideal wäre:
Rs = Zkoax = Ra, praktisch findet man jedoch 50 Ohm Rs = 50 Ohm Zkoax <> x Ohm Ra.

Der Resonanzfall ist aber in der Praxis nie so gegeben, da Antennen bauart- und freuenzbedingt immer eine von 50 Ohm abweichende Impedanz haben. Die heutzutage erhätlichen Antennen sind deshalb werksseitig an 50 Ohm angepasst, d.h. sie wirken so, als hätten sie 50 Ohm Impedanz. Diese Anpassung erfolgt aber auf Kosten der Sendeleistung (siehe Welche Bedeutung hat das Stehwellenverhältnis).

Was ist das Stehwellenverhältnis

Durch das reflektierte Signal gibt es mehrere Spannungsverhältnisse in dem Leiter. Das SWR gibt das Verhältnis der größten Spannung zu der kleinsten Spannung auf dem selben Leiter an.

UHmax = größte Spannung des hinlaufenden Signals auf dem Leiter
URmax = größte Spannung des rücklaufenden Signals auf dem Leiter

Umin = UHmax - URmax = kleinste Spannung auf der Leitung
Umax = UHmax + URmax = größte Spannung auf der Leitung

SWR = Stehwellenverhältnis SWR = Umax / Umin

Somit ist üblicherweise die SWR >= 1. Bei einer ideal angepassten Leitung, d.h. durchgängig die gleiche Impedanz, wäre die SWR demnach = 1.
Bei einer Leitung ohne jeglichen Verbraucher (Antenne) überlagern sich die Signale mit 180 Grad Versatz, Umin ist = 0 und die SWR somit unendlich hoch.

Achtung! Oft wird das Verhältnis in der Notation 1:n (z.B. SWR 1:2) angegeben, was falsch herum ist. Wenn man sich die o.a. Formel ansieht, erkennt man, dass z.B. ein SWR von 1:2 einem Wert 0,5 entspricht, was nicht möglich ist. Richtig wäre n:1, (2:1 ergibt dann ein SWR von 2).

Welche Bedeutung hat das Stehwellenverhältnis

Generell kann man sagen, dass ein SWR von bis zu 2:1 für den Amateurbereich tolerierbar ist. Das entspricht ungefähr einem Verlust von 0,45 Watt (bei 4 Watt Sendeleistung):

Sendeleistung = Pvor
Reflektierte Leistung = Prück
SWR = √Pvor + √Prück / √Pvor - √Prück
2 = √4W + √0,45W / √P4W - √P0,45W

Das SWR wird wichtig, wenn es um hohe Frequenzen und hohe Leistung geht. Dort kann ein ungünstiges SWR zu Zerstörungen führen. Das SWR fügt der bereits durch Bauart und Material bedingten Eigendämpfung eines Kabels weitere Dämpfung hinzu. Die Dämpfung reduziert die Sendeleistung.

RG 58 Kabel hat eine Dämpfung von ca. 2,5 dB auf ca. 30 m Kabel bei einem 27 Mhz Signal.

2,5 dB bei 30 m entspricht 0,33 dB bei den üblichen 4 Meter RG 58 Kabel:
2,5 db x 4 m / 30 = 0,33 db
Die Eigendämpfung des Kabels liegt also bei ca. 0,33 dB. Mit anderen Kabeltypen (z.B. RG 213) kann man diese Dämpfung weiter reduzieren.

Misst man nun am Antennenfuß einen SWR von 2:1 macht dies etwa 0,1 dB zusätzliche Dämpfung aus:
0,33 dB + 0,1 dB = 0,43 dB
Würde man ein SWR von 9:1 messen, kämen zu der Kabeldämpfung noch 1 dB Verlust durch die stehende Welle hinzu:
0,33 dB + 1 dB = 1,33 dB
Liegt nun ein gedämpftes Signal auf der Leitung an, muss man den Wirkungsgrad betrachten. Die Dämpfung reduziert die Spannung und somit die Leistung, die bei der Antenne noch ankommt. Der Wirkungsgrad nimmt mit steigender Dämpfung stark ab: Bei 0,43 dB beträgt der Wirkungsgrad noch ca. 90%. Bei 1,33 dB beträgt der Wirkungsgrad nur noch ca. 70%

Erst ab ca. 1 dB Dämpfung der beim Empfänger eingehenden Leistung ist eine Leistungsminderung beim Empfänger zu bemerken. In der Funkbranche wird eine Herabstufung der Qualität (S-Stufe) sogar erst ab einer Differenz von 6 dB vorgenommen.

Mit einem geringen SWR und den daraus resultierenden Reflektionsverlusten kann man also gut leben. Bei einem SWR größer 2 besteht jedoch Handlungsbedarf. Ein SWR von 1:1 bedeutet andererseits nicht zwangsweise, dass die volle Sendeleistung zur Verfügung steht, auch wenn es maximale Sendeleistung suggeriert. Warum trifft das also bei vertikalen CB-Funk Antennen, die ja werksseitig auf 50 Ohm angepasst sind, nicht zu?
Die Sendeleistung wird durch den Sender und die Bauart der Antenne vorgegeben. Der Sender ist auf 4 Watt begrenzt, die Bauart kann nicht geändert werden. Die Antenne strahlt ab, was bei ihr an Leistung ankommt. Ist sie nicht in Resonanz, gibt es Reflektions- und Dämpfungsverluste. Diese Leistung geht verloren. Das dies nicht viel sein muss, konnte man oben nachlesen. Benutzt man nun eine werksseitig angepasste Antenne, geht die verlorene Leistung zwar nicht durch Reflektion und Dämpfung verloren, wohl aber durch den Anpassungswiderstand der Antenne. Dieser wandelt die Leistung einfach in Wärme um:

Das ist der allgemeine angestrebte Idealzustand:
s = 1 = 50 OhmZuleitung / 50 OhmAntenne

Nehmen wir nun als Beispiel eine 1/4 Lambda Antenne. Diese hat am Fußpunkt einen Widerstand von 33,6 Ohm. Bei einer nicht angepassten Lambda 1/4 Antenne hätten wir ein SWR (s) von ca. 1,5:
s = 1,5 = 50 OhmZuleitung / 33,6 OhmAntenne

Dem Funkgerät zeigt die Antenne jedoch durch die Anpassung 50 Ohm, also eine Differenz von 13,4 Ohm:
s = 1 = 50 OhmZuleitung / (33,6 Ohm + 13,4 Ohm)Antenne

Ohne Anpassung entsteht also eine Stehwelle SWR 1,5, diese Leistung wird nicht abgestrahlt. Passt man die Antenne auf 50 Ohm an, wird immer noch die gleiche Leistung abgestrahlt, denn die Leistung von gut 33% die ansonsten in der Stehwelle zurückgegangen wäre, wird jetzt in der Anpassung von 13,4 Ohm in Wärme umgewandelt.

Anpassung

Ein perfekt abgestimmtes System, wo alle Impedanzen gleich sind und somit keine Stehwelle entsteht, nennt man angepasst. Die Antenne arbeitet in Resonanz. Bauartbedingt gibt es kaum eine Antenne, die ohne Hilfsmittel die nötigen 50 Ohm Impedanz aufweist, die nötig wären um einen Stehwelle zu vermeiden. Ausserdem gibt es immer Toleranzen.
Die durch die Antenne hervorgerufene Stehwelle kann man nur durch konstruktive Anpassung der Impedanz ändern, z.B. durch Längenveränderung. Eine andere Möglichkeit ist die Kompensation durch weitere reele Widerstände (kapazitive oder induktive). Letzteres wird normalerweise bei den angepassten CB-Funk Antennen gemacht. Bei λ/4 Antennen wird dies z.B. mit der Spule (induktiv) der elektrischen Verlängerung gemacht. Diese sorgt dafür, dass dem Funkgerät ein Wirkwiderstand (Impedanz) von 50 Ohm gezeigt wird. Die Impedanz der Antenne jedoch hat sich nicht geändert, da ja der Strahler immer noch der gleiche ist. Die Leistung die sonst zurückreflektiert worden wäre, wird also einfach in dem Anpassungswiderstand verbraucht. Die abgestrahlte Leistung steigert sich in diesem Anpassungsfall also nicht.
Toleranzen, Montage oder leichten Frequenzänderungen je nach verwendetem Kanal lassen zusätzlich Blindwiderstände und somit Stehwellenanteile entstehen. Diese kann man durch saubere Montage, Anpassungen innerhalb des Funkgeräts an die tatsächlich gegebenen Impedanzen oder kleineren Verstellungen an der Antenne reduzieren. Übrigens, die Längenänderung, die an Antennen zum Anpassen möglich ist, dient der Reduzierung solcher Blindwiderständen.

Rufen wir uns noch einmal kurz in Erinnerung, das der Lambda-Typ die Impedanz bei gegebener Frequenz (27 Mhz) vorgibt. Angeboten werden λ/2 (73,2 Ohm), λ/4 (36,6 Ohm) und 5/8 Antennen (ca. 112 Ohm). Ohne jegliche Anpassung kann man so gerade noch die λ/4 Antennen akzeptieren, da sie den 50 Ohm am nächsten kommen. Darum müssen wir uns aber nicht sorgen, die erhältlichen CB-Funk Antennen sind in der Regel auf 50 Ohm angepasst.

SWR messen

Dazu wird ein Stehwellenmessgerät benötigt. Die Messung für den am häufigsten verwendeten Kanal durchführen. Das Messgerät wird entweder zwischen Funkgerät und Kabel oder zwischen Kabel und Antenne geschaltet, wenn man das Kabel in die Messung mit einbeziehen möchte. Niemals ohne Antenne senden!.

Die Handhabung des Messgeräts kann unterschiedlich sein. Dazu das Handbuch lesen. Ein einfaches Gerät kann z.B. so funktionieren:

  1. Messgerät einschleifen, also anschließen
  2. Schalter auf "FWD" (Forward) stellen
  3. Sendetaste drücken und halten
  4. Mit dem Regler den Zeiger auf die Markierung (Set) am Ende stellen
  5. Den Schalter auf "REF" stellen, der SWR bzw. die reflektierte Leistung wird angezeigt

Fazit

Praktisch hat man nur die Wahl zwischen unangepassten Antennen, die je nach Zweck, eine akzeptable Stehwelle erzeugen, angepassten Modellen, die nur eine geringe bis keine Stehwelle erzeugen und der Nutzung von Koppeltechnik, was mit Zusatzkosten verbunden ist. In den meisten Fällen wird eine werksseitig auf 50 Ohm angepasste CB-Funk Antenne zum Einsatz kommen.
Nach dem Motto "Fit for Purpose" sollte man sich die Variante wählen, die den besten Kompromiss zwischen Kosten und Nutzen abgestimmt auf den Einsatzzweck bietet. Beachten: Lambda und Antennenlänge bedingen einander.

  • Für den Flurfunk in Kolonnen und in Offroad Parks sind sicherlich kleine bis mittellange verkürzte λ/4 Antennen oder 5/8 Antennen die richtige Wahl.
  • Diese sind in der Regel schon auf 50 Ohm angepasst.
  • Wer weiter senden will, braucht eine größere Antenne.

Herstellererklärung zur EMV

In den EMV Erklärungen finden sich die Angaben zu:

  • Spannungsversorgung für das Funkgerät nur über eine eigene Leitung
  • Verkabelung und Installation gemäß Richtline MPT 1362
  • Die Antenne muss an ihrer Befestigung eine Masseverbindung erhalten
  • Antennenmontage an Glas und Scheiben ist nicht erlaubt
  • Antennenmontage ist nur an festen Karosserieteilen

Die EMV Erklärungen für den Defender finden sich unter EMV Erklärung Land Rover Defender.

Montage

Literatur

  • Karl Rothammel: Antennenbuch. Militärverlag der Deutschen Demokratischen Republik, 1984, B001TADHQ4.

Weiterführende Links