CB-Funk
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.
CB Funk nimmt in seiner Bedeutung für 4x4 Fahrzeuge zwar ab, jedoch ist es immer noch eine günstige und einfache Möglichkeit zur Kommunikation mehrerer Fahrzeuge und je nach Ausstattung über weitere 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 sicherliche eine gute Alternative, da dies meistens Handgeräte sind, die man auch beim Aussteigen aus dem Fahrzeug mitnehmen kann.
Inhaltsverzeichnis
Es soll 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.
Die Wahl der Antenne
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.
Wellenlänge λ (m) = 300.000 / f (kHz)<br> 11 m = 300.000 / 27.000 kHzDie Wellenlänge bestimmt somit die ideale Größe für eine Antenne. Zusätzlich zur Wellenlänge spielt auch noch die Bauform der Antenne eine wichtige Rolle. 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 eine halbe Wellenlenge lang (λ/2) und besitzt zwei Pole. Nur die Hälfte davon ist als Antenne ausgebildet, also ¼ Wellenlänge (λ/4). Die andere Hälfte ist in der Erde gespiegelt, sofern diese gut leitet (z.B. bei feuchtem Boden). Da dies 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. Deshalb ist aus Sicht der Sendeleistung die Mitte eines Autodachs der effizienteste Ort für solch eine Antenne, da es quasi die Rolle einer gut leitenden Erdoberfläche als Reflektorspiegel übernimmt und sie den höchsten Punkt darstellt. Die Mitte, in diesem Fall der Fußpunkt der Antenne, ist der Einspeisungspunkt. Bild 1 zeigt die Strom- und Spannungsverteilung auf dem Strahler, wobei der Strom für die Abstrahlung (Sendeleistung) verantwortlich ist.
Die Marconi-Stabantenne hat eine Länge von λ/4 (1/4 Lambda) und ist faktisch ein Viertelwellen-Dipol. Im CB Funk also einen Strahlerlänge von 2,75 m. Der Strom ist dort am stärksten, wo die Einspeisung stattfindet. Bei einer Dipolantenne ist dies im Regelfall in der Mitte. Bei dem Marconi-Antennentyp ist dieser Bereich am Übergangspunkt zur Erde, die theoretische Mitte. Dort herrscht eine Art Kurzschluß: hoher Strom, wenig Spannung.
Antennenlänge
Nun stellt schon eine 2,75 m lange Antenne auf einem Fahrzeug in einigen Verkehrsbereichen durchaus ein Problem dar, die nicht überall und immer gefahren werden kann. Deshalb werden im Markt für mobile CB-Funk-Antennen werden verschiedene Versionen angeboten: λ/2, λ/4 und 5/8 Antennen. Diese liegen in einer Länge von 70 cm - 180 cm vor, sie sind also alle elektrisch verlängert um auf ihren λ/x Wert zu kommen. D.h. der als Antenne wahrnehmbare Teil ist kürzer als λ/x (z.B. kürzer als 2,75 m bei λ/4) und die fehlende Länge wird meistens durch Spulen im Antennenfuß oder deren Mitte gebildet. Diese Art auf λ/x zu kommen ist jedoch immer ein mit Verlusten behafteter Kompromiss. Der Vorteil dieser Antennen ist der einfache Aufbau und im Falle einer λ/4 die Impedanz nahe 50 Ohm, die die Verwendung eines 50 Ohm Koaxialkables zum Anschluss ermöglicht (siehe Was ist eine Stehwelle). Die 5/8 Lambda Antenne hat den günstigsten Abstrahwinkel, da sie flach strahlt.
Eine Antenne mit einer Länge von ca. 1,4 m und einer elektrischen Länge von λ/4 ist das Minimum, welches man in Bezug auf die Sendeleistung einsetzen sollte. 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, bzw. als wirklich abstrahlungsfähiger Leiter ausgebildet sein. 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 Antenne (z.B. Funk 150 von Alan/Midland) hat eine um weitere ca. 50% gekürzte Strahlerlänge und zusätzlich befindet sich im Bereich der größten Stromstärke die Spule. Dort findet also keine Abstrahlung statt und es bleibt zum Senden nur noch die tatsächlich als Antenne ausgeführten ca. 1,5 m Leiterlänge, wie Bild 2 zeigt.
Bild 3: Antennenfuß mit Spule einer elektrisch verlängerten CB Funk Antenne. (Alan Funk 90)
Bild 4: Ausgebaute Antennenspule aus dem Antennenfuß; deutlich sind die Windungen zu erkennen, die die Antenne auf Länge bringen.
Position
Wir wissen ja bereits, dass die Mitte des Dachs die bestmögliche Position darstellt, da es die höchste Position ist und meistens auch frei abgestrahlt werden kann und das Dach wie ein Spiegel wirkt, der die rundherum nach unten abgestrahlte Signale reflektiert. Nur ist dies nicht unbedingt auch die praktikabelste Lösung, denkt man z.B. an ein schnelles Umklappen. 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, nur die Motorhaube 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. Lieber eine nicht perfekte Antenne, als gar keine.
Zur Positionierung sollten also folgende Dinge beachtet werden:
- EMV Erklärung für das Fahrzeug
- Standort, möglichst hohe Position, möglichst freier Abstrahlbereich
- Antennenlänge
- Permanent oder abnehmbar
- persönliche Preferenz.
SWR - Stehwellenrelation
Was ist eine Stehwelle
Wenn Leistung in Form eines Signals auf eine Leitung gegeben wird, muss diese Leitung am Ende abgeschlossen werden. Dieses geschieht mit einem Verbraucher am Ende der Leitung, dem Abschlusswiderstand. Dieser verbraucht die Leistung am Ende des Leiters restlos. Dazu muss dieser Widerstand der Leitungsimpedanz entsprechen. So wirkt der endliche Leiter wie ein endloser in dem das Signal immmer weiter vom Sender wegläuft. Fehlt dieser Abschluss, wirkt das Leitungsende wie ein unendlich hoher Widerstand und das Signal wird dort reflektiert. Dies führt zu Überlagerungen längs des gesamten Leiters, bildlich gesprochen, laufen Teile des Signals zurück zum Sender.
Wenn ein Signal von einem Medium in ein anderes übergeht, z.B. vom zuleitenden Koaxialkabel in die Antenne und beide Medien unterschiedliche Impedanzen besitzen, entstehen also Reflektionen des Signals. Diese überlagern sich und bilden die Stehwelle. Es entsteht ein zum Funkgerät zurückfliessender Strom. Verantwortlich für die Stehwelle ist also der Übergangspunkt von der Zuleitung zum Einspeisungspunkt der Antenne (Fußpunkt).
Demnach muss idealerweise vom Sender bis zum Ende des gesamten Leitungswegs (Zuleitung und Antenne) der gleiche Leitungswiderstand (Impedanz) vorhanden sein:
Rs = Ausgangswiderstand des Senders (Im CB-Funk immer 50 Ohm)
Zkoax = Impedanz des Zuleiters (Bei RG-58 ebenfalls 50 Ohm)
Ra = Eingangswiderstand der Antenne (Bei Vertikalantennen mit λ/4 36,6 Ohm)
Ideal wäre Rs = Zkoax = Ra, praktisch findet man jedoch 50 Ohm Rs = 50 Ohm Zkoax <> 36,6 Ohm Ra.
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.
Umin = kleinste Spannung auf der Leitung
Umax = 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 überlagern sich die Signale, Umin ist = 0 und die SWR somit unendlich (∞) hoch.
Deshalb niemals ohne angeschlossene Antenne oder Abschlusswiderstand senden! Hier würde das gesamte Signal reflektiert werden.
Achtung! Oft wird bei 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
Der Strom, der wieder in die Zuleitung reflektiert wird, kann die Endstufe des Funkgeräts gefährden und er bedeutet einen Leistungsverlust, da alles was reflektiert wird nicht abgestrahlt wurde. Üblicherweise akzeptieren Funkgeräte ein Verhältnis von bis zu 2 (2:1). Wird das Verhältnis ungünstiger, regelt die Endstufe die Sendeleistung herunter, wodurch der zurückfliessende Strom ebenfalls geringer wird. Das ist im Regelfall ungewollt.
Üblicherweise wird ein Stehwellenverhältnis von 1 (1:1) angestrebt, da es maximale Sendeleistung suggeriert. Bei vertikalen Antennen, um die es ja hier primär geht, kommt dieses Verhältnis aber auf Kosten der Sendeleistung zustande. Warum? Das meistens verwendete RG-58 Koaxialkabel zwischen Funkgerät und Antenne hat eine Impedanz von 50 Ohm, eine Vertikalantenne am Fußpunkt meistens 36,6 Ohm. Ein SWR von 1 bedeutet somit eine Differenz von gut 13,4 Ohm und somit einen Verlust der Sendeleistung von gut 33%, z.B. durch Wärme.
Anpassung
Ein perfekt abgestimmtes System, wo alle Impedanzen gleich sind und somit keine Stehwelle entsteht, nennt man angepasst. Ein CB-Funkgerät mit einer λ/4 Vertikalantenne, kann somit nicht angepasst sein. Bei einem SWR von <=2 kann man aber von einem fast angepasten System sprechen.
Entweder akzeptiert man eben ein SWR von bis zu 2 und versucht es nicht mehr werden zu lassen, da sich bis hierhin das Verhältnis nicht so deutlich auf die Sendeleistung auswirkt (ca. 11% Verlust bei 2), oder man hängt einen Koppler (Anpassungsgerät) dazwischen. Dieser bietet dem Sendegerät konstant 50 Ohm und dieses sendet dann immer mit voller Leistung. Zwischen Koppler und Antenne entsteht dann irgendein SWR, welches uns aber meistens egal sein kann, da die Koaxialkabel ausreichend dimensioniert sind diese Spannungsdifferenzen zu verkraften. Normales RG-58 Kabel ist bis zu 1,9 kV und auch weitaus höher durchschlagsfest, je nach Kabelspezifikation. Sendeleistungen von weit unter 100 Watt, wie sie im mobilen Bereich üblich sind, dürften somit kein Problem darstellen. Dieses SWR stellt natürlich wieder einen Verlust in der Sendeleistung dar, nur verursacht dieses SWR dann keine Abregelung der Sendeleistung und es gefährdet auch nicht das Sendegerät.
Herstellererklärung zur EMV
Defender Td5
- 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 erlaubt
Herstellererklärung EMV zum Td5 1/2
Herstellererklärung EMV zum Td5 2/2
