Z3, Hochfrequenztechnik, Antennensysteme

• Niedefrequenz: 3 Hz - 100 kHz
• Hochfrequenz: 100 kHz - 110 MHz

• Sender erzeugt mittels Frequenzgenerator eine Trägerfrequenz im HF-Bereich
• Das Nutzsignal wird mithilfe der Frequenzmodulation auf die Trägerfrequenz übertragen
• Empfänger nimmt Signal über Antenne auf und trennt mittels Demodulation das Nutzsignal von Trägerfrequenz. 

• Senden: 
  • vom Sender erzeugte, modulierte Wechselspannung als elektromagnetische Wellen an die Umwelt
• Empfangen: 
  • die elektromagnetischen Wellen aufnehmen in eine Wechselspannung umwandeln

• Antennenspitze und Antennefuss wie ein Kondenstator, dazwischen wie eine Spule (Bild links)
• Liegt eine el. Spannung zwischen Spitue und Fuss an entsteht ein el. Feld parallel zu Antennenstab (Bild 1, rechts)
• Steigt oder sinkt die Spannung in Wecheslspannungsperiode, fliesst durch Stab ein Strom (Bild 2, rechts)
  • es entsteht ein Magnetfeld um Antenne (Spule)
• Da sich elektrische und magnetisches Feld abwechseln (senkrecht zueinander), spricht man von elektromagnetischen Wellen.

• Stabantenne:
  • Gelangen elektromagnetische Wellen zu einer senkrechten Empfangsantenne erzeugt das elektrische Feld in ihr eine HF-Wechselspannung
• Spulenantenne: 
  • nimmt magnetische Wellen (Funksignal) auf und erzeugt durch das magnetische Feld eine HF-Wechselspannung. 

• Länge der Antenne muss auf Trägerwelle abgestimmt sein. 
• Länge ¼ der Wellenlänge (λ), spricht man von einer abgestimmten Antenne
• Antennespitze = höchste Spannung
• Antennfuss = höchster Strom
• Empfangsfrequenz in Resonanz = grösste Empfangsleistung

• Faktor 300 (300'000km/s Ausbreitung) : Frequenz in MHz : 4 

• Faktor 300 : 100 MHz : 4 = 0.75 m 

• Antennenleitung über Koaxialkabel, Abschirmung geht auf Fahrzeugmasse
  • Impedanz von 50 Ω 
  • Fusspunktwiderstand von 50 Ω nötig
• Anderes Gerät, falsches Kabel, falsche Antenne kommt zu Fehlanpassung = Verlustleistung
• Nur OEM Teile verwenden

• Langwellen = Bodenwellen: Je tiefer die Frequenz desto weiter die Wellen (- 1000 km)
  • Frequenzbereich von 30 - 300 kHz
• Kurzwellen = Raumwellen (AM): durch Reflexion an Ionosphäre mehere 1000km Übertragung möglich
  • Frequenzbereich von 3 - 30 MHz
• Ultrakurzwellen (FM, DAB) = nahezu geradlinig, Sichtweite ca. 80 km. 
  • Frequenzberich von 30 - 300 MHz
  • Je höher Frequenz desot mehr Eigenschaft wie Licht
  • Wird an Gebäuden reflektiert, durch Berge behindert

• Empfängerantenne greift sinusförmige elektrische Feld mit dem Antennenstab ab. 
• Das elektrische Feld erzeugt eine Spannung, die über den offenen Schwingkreis an den Empfänger abgegeben wird.  
• (das elektrische Feld bewegt die elektronen in Antenne vom einen zum anderen Ende

• Funkschatten: Sichtbehinderung
• Mehrwegempfang (Reflexion): Wenn Signal ein oder mehrmals reflekiert an Empfänerantenne eintrifft

• Vorteile: 
  • Optimaler Empfang
  • Kostengünstig
  • Geringer Montageaufwand
• Nachteile: 
  • Optischer Eindruck
  • Windgeräusche
  • Kann beschädigt werden
• Optimierung: 
  • 100MHz = 0.75m
  • Kann nun spiralförmig aufgewickelt werden, so kann die Antenne in der Länge verkürzt werden. 

• Vorteile: 
  • auf kleinem Raum, höchste Anforderungen an Form und Funktion
  • Können vorallem auf Kunststoffteile geklebt werden
    • Heckklappen, Spoilern, Stossstangen, Aussenspiegeln
  • Gute Nachrüstlösung (DAB+) 
• Nachteile: 
  • Abschirmung bei metallischen Teilen
  • Abschirmung bei wärmedämmendem Glas
  • Optik, wenn auf Scheiben

• Vorteile:
  • "unsichtbar"
  • Können in den meinten Scheiben eingelassen sein
  • Multiantennenfunktion
  • Geschützt gegen Vandalen
• Nachteile: 
  • Teuer bei Defekt
  • Haben deutliche Richtwirkung

• möglichst viele Funkdienste über eine Antenne empfangen werden
• sollte sie der Leistungsfähigkeit von Einzelantennen entsprechen
• Multiband-Antenne besteht aus mehreren Einzelantennen, die in ihrer Funktion voneinander entkoppelt sind.
• Dies geschieht durch Frequenzweichen. 
• Je mehr Einzelantennen, desto schwieriger der Entkoppelung, da unterschiedliche Anforderungen
  • Vertikale und horizontale Polarisation
  • Unterschiedliche Frequenzbereiche
  • Signale aus unterschiedliche Empfangsrichtungen
  • Hohe Empfangqualität im Radiobereich
  • Hohe Sendeleistung im Mobilbereich 

• Vorteile:
  • Optimaler Empfang (Dach)
  • Geringe Baugrösse für eine Multiband-Antenne
  • Kostengünstig
  • Geringer Montageaufwand 
• Nachteile: 
  • Negativen optischen Eindruck «stört»
  • Erzeugt Windgeräusche
  • Antenne kann beschädigt werden z. B. Waschanlage 

• Passiv: 
  • Antenne bestehend aus "Spule und Kondensator"
  • Empfangsleistung abhängig von Konstruktion und Einbauort
  • Hochfrequenzverstärker = Antenne selbst
  • Vorteile: 
    • Sehr guter Empfang
    • Kostengünstig
    • Einfache Konstruktion
  • Nachteile:
    • Optik
    • Windgeräusche
• Aktiv: 
  • Antenne mit ingetriertem Verstärker
  • Für genügend Signalstärke muss das schwächere Signal verstärkt werden. 
  • Vorteile: 
    • Hohe Signalstärke Kostengünstig
    • kleine, versteckte Antennen möglich
  • Nachteile: 
    • Teuer
    • Hohe Konstruktionsaufwand
    • Braucht Spannungsversorgung

• schwaches Antennsignal verstärken (Faktor 100'000)
• Position möglichst Nahe an Antenne, damit nur Antennsignal verstärkt wird
• Spannungsversorgung über Kl. 15 oder direkt Radio (Phantomspeisung)
  • Zwei Kondensatoren (Radio/Antenne) sperren Gleichspannung und lassen HF-Wechselspannung durch

• empfangene Trägerwelle z. B. Radio, Telefon zu splittern und den betreffenden Empfangsgeräten zuführen
• Passiv (selten da Leistungsverlust): 
  • Kondensatoren "sperren tiefe Frequenzen
  • Spulen "sperren hohe Frequenzen"
  • ohmschen Widerständen
• Aktiv: 
  • arbeiten elektronisch
  • für Aufbau sind Kondensatoren, Widerstände und Operationsverstärker nötig
  •  können fast jede Frequenz „herausfiltern“, dies ermöglicht einen optimalen Empfängerbetrieb. 
  • meistens mit Antenneverstärker (auch als Nachrüstlösung DAB+)

Die Aufgabe des Antennen-Diversity ist es z. B. 4 Antennensignale zu verstärken, auszuwerten und das stärkste Antennensignal weiterzuleiten.

Die Aufgabe des Phasen-Diversity ist es z. B. 4 Antennensignale zu verstärken, auszuwerten und zusammenzuführen und das Summen-Antennensignal weiterzuleiten.

• Ein von Antenne 1 erfasstes Signal geht über Antennen-Umschalter zum Radio
• Qulität wird geprüft und als Steuersignal (Zwischenfrequenz ZF) an Diversity zurückgeschickt
• Ist das Signal zu schwach schaltet Diversity auf die nächste Antenne um, solange bis Empfang gut
• Umschaltung so schnell, für Mensch nicht hörbar. 

• Sämtliche Antennesignale werden verstärkt und digitalisiert
• Auswert-Elektronik addiert die Antennsignale phasenrichtig zu einem Gesamtsignal

• die verschobenen Phasenlagen werden von Auswert-Elektronik korrigiert
• Auch bei schwierigsten Empfangsbedingungen noch befriedigender Empfang