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 Leitung 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 Sendeleitungen von bis zu 750 Watt. Dazu muss man aber eine Prüfung ablegen und eine Lizenz erwerben. Das ist so geregelt, denn es ist durchaus eine weltweite Kommunikation möglich.
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.

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.

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 kHz

Bild 1: Prinzip einer Marconi-Antenne (Stabantenne)

Die Wellenlänge bestimmt die Größe für eine Antenne. Als ideale Größe gilt die halbe Wellenlänge (λ/2). Als Grundform aller Antennen gilt daher die Halbdipolantenne.

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 Wellenlänge lang (λ/2). Nur die Hälfte davon ist tatsächlich die mechanische Antenne, mit einer Länge von 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 elektrische Mitte, in diesem Fall der Fußpunkt der Antenne, ist der Einspeisungspunkt. Man nennt sie daher auch Monopol, da sie nur diese eine Einspeisung besitzt. Bild 1 zeigt die Strom- und Spannungsverteilung auf dem Strahler, wobei der Strom für die Abstrahlung (Sendeleistung) verantwortlich ist.

Die Marconi-Stabantenne hat eine mechanische Länge von λ/4 (1/4 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 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 hoher Strom und wenig Spannung: <Hier noch Bild Ersatzschaltung Antenne einfügen>

Antennenlänge

Bild 2: Stromverteilung bei über Spule elektrisch verlängerte Stabantenne

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 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 Antenne 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, am Ende (Top-Loaded) 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 ohne weitere Anpassungstechnik ermöglicht (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 weitere 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 2 zeigt.

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  Bild 3: Antennenfuß mit Spule einer elektrisch verlängerten CB Funk Antenne. (Alan Funk 90)

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  Bild 4: Ausgebaute Antennenspule aus dem Antennenfuß; deutlich sind die Windungen zu erkennen, die die Antenne auf Länge bringen.

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, 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 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.

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 und der Impedanz des Senders 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 im CB-Funk ist also der Übergangspunkt von der Zuleitung zum Einspeisungspunkt der Antenne (Fußpunkt), denn die Sender und das Koaxialkabel (sofern RG-58 verwendet wird) haben immer 50 Ohm.
Idealerweise besteht vom Sender bis zum Ende der gesamten Leitungs der gleiche Leitungswiderstand (Impedanz):

R_s = Ausgangswiderstand des Senders (Im CB-Funk immer 50 Ohm)
Z_koax = Impedanz des Zuleiters (Bei RG-58 ebenfalls 50 Ohm)
R_a = Eingangswiderstand der Antenne (Bei Vertikalantennen mit λ/4 36,6 Ohm)
Ideal wäre R_s = Z_koax = R_a, praktisch findet man jedoch 50 Ohm R_s = 50 Ohm Z_koax <> x Ohm R_a.

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.

U_min = kleinste Spannung auf der Leitung
U_max = größte Spannung auf der Leitung
SWR = Stehwellenverhältnis

SWR = U_max / U_min

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, U_min ist = 0 und die SWR somit unendlich (∞) hoch.
Deshalb niemals ohne angeschlossene Antenne oder Abschlusswiderstand senden! Hier würde das gesamte Signal reflektiert werden, was zu einer Beschädigung des Sender führen kann.

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. Bauartbedingt gibt es keine Antenne, die ohne Hilfsmittel die nötigen 50 Ohm Impedanz aufweist, die nötig wären um einen Stehwelle zu vermeiden. Ausserdem gibt es immer Toleranzen. Daher werden verschiedene Lösungen angeboten, diesem Ideal möglichst nahe zu kommen. Rufen wir uns noch einmal kurz in Erinnerung, das der Lambda-Typ die Impedanz vorgibt. Angeboten werden λ/2 (73,2 Ohm), λ/4 (36,6 Ohm) und 5/8 Antennen. Ohne jegliche Anpassung kann man so gerade noch die λ/4 Antennen akzeptieren, da sie den 50 Ohm am nächsten kommen.
In den anderen Fällen ist immer eine Anpassung notwendig. Folgende Anpassungen werden angeboten:

• Längenveränderung

  Hier wird der Strahler aus dem Halter weiter herausgezogen oder reingesteckt. Damit wird die Antenne möglichst nah auf die Länge gebracht, die zum Erreichen der Resonanz nötig ist. Dadurch werden weitere Widerstände vermieden und die Antenne liegt möglichst nah bei der bauartbedingten Impedanz. Meistens findet man diese Art der Anpassung nur bei λ/4 Antennen mit 36,6 Ohm.

• Anpassung durch Koppler

  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.

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.
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 können angepasst (ein Muss, wenn das Funkgerät keine Stehwellen toleriert) oder unangepasst sein.
• Wer häufig funkt, sollte sich zur Schonung des Senders für eine an 50 Ohm angepasste Löung entscheiden.

Preislich liegen diese Antennen nahe beieinander, so dass die angepasste Antenne die bessere Wahl wäre.

Montage

Was beachtet werden sollte

• Alle Teile sollten fest montiert sein und in einer Art, dass sie den Fahrer nicht stören können.
• Überlanges Koaxialkabel nicht aufrollen.

  Grundsätzlich kann das Kabel gekürzt werden. Ist die Antenne nur schlecht angepasst, kann eine Verkürzung sich jedoch sowohl positiv als auch negativ auf das SWR auswirken. Am besten ein zweites Kabel verwenden und die Auswirkung des Kürzens mit einem SWR-Messgerät feststellen. Je nach Auswirkung das Originalkabel ungekürzt montieren. Stückelungen, also das Verbinden mehrerer Kabelsegmente mittels Verlängerungsstücken vermeiden.

• Vor dem Bohren einer Durchführung beide Seiten der Fläche ansehen, eventuell sind auf der Innenseite Schrauben, Stege, Kabel oder ähnliches die man beschädigen könnte.
• Ohne Bohren

  Oftmals muss eine Durchführung für das Kabel oder den ganzen Antennenfuß gebohrt werden. Das entfällt, wenn man einen Magnetfuß auf einer Stahlfläche verwendet und eine vorhandene Durchführung nutzt, z.B. bei Magnetfußhalterung auf Stahl-Riffelblechen auf dem Kotflügel. Hier kann das Antennenkabel durch die vorhandene Durchführung, etwa in der Mitte der Spritzwand gesteckt werden.

• Auf guten Masseschluß achten!

  Der Antennenfuß sollte guten Massekontakt besitzen. Dies ist sehr wichtig.

Defender

Antenne - Montage rückwärts am Dach

Funk 150, rückseitig am Dach befestigt. Spule am Fuß, keine ideale aber für den Flurfunk ausreichende Lösung.

Antenne - Montage Stirnseite des Dachgepäckträgers

Antenne - Montage auf dem Kotflügel

Funkgerät - Hinter der Cubbybox

Funkgerät - Unter dem Armaturenbrett

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.

Weiterführende Links

• CB-Funk bei Wikipedia
• SWR bei Wikipedia