E5.1 Rundstrahl- und Richtantennen
Niveau: Anwenden (K2) ·
Zeitbedarf: ca. 40 Minuten
Einstiegsfrage:
Brauchst du für den Satellitenempfang eine drehbare Richtantenne – oder reicht ein fester Rundstrahler auf dem Dach?
Zwei Antennenfamilien
Die Antenne ist das erste Glied deiner Bodenstation. Was sie nicht einfängt, kann kein Empfänger zurückholen.
Dazu eine Feststellung: Ein CubeSat sendet mit nur 500 mW, und trotzdem lässt sich sein Signal mit einem handelsüblichen Handfunkgerät aus dem LEO Orbit mit über 1000 Km Distanz empfangen. Mit einer guten Empfangsstation hörst du noch deutlich schwächere Signale.
Wie viel Leistung man umgekehrt zum Senden braucht, ist Thema im Kurs HB3.
Für den Satellitenempfang gibt es zwei Familien: Rundstrahler und Richtantennen. Beide haben ihren Platz.
Der wichtigste Unterschied ist der Antennengewinn. Er sagt, wie stark eine Antenne die Empfindlichkeit in eine Richtung bündelt. Man gibt ihn in dBi an (Vergleich mit einem Kugelstrahler), bei zirkularer Polarisation auch in dBic.
Gewinn gibt es nicht gratis: Je mehr eine Antenne bündelt, desto schmaler ist ihre Keule. Den Winkel, in dem die Leistung um höchstens 3 dB abfällt, nennt man Öffnungswinkel.
Prinzipskizze (eigene Darstellung, nicht massstäblich): Ein Rundstrahler verteilt die Empfindlichkeit über den ganzen Himmel. Eine Richtantenne bündelt sie in eine schmale Keule und muss dem Satelliten folgen.
Rundstrahler
Ein Rundstrahler steht fest und «sieht» einen grossen Teil des Himmels. Du brauchst keinen Rotor und keine Nachführung.
Das passt gut zum Einstieg: FM-Satelliten, Telemetrie von LEO-Satelliten und Empfang rund um die Uhr, zum Beispiel für eine automatische Station.
Der Preis ist der kleine Gewinn. Vor allem bei tiefen Elevationen, wenn der Satellit weit weg ist, wird das Signal schwach.
Stationäre Rundstrahlantennen für VHF/UHF
| Typ | Polarisation | Aufbau (Prinzip) | Typische Stärke | Selbstbau |
|---|---|---|---|---|
| GP (Groundplane) | linear, vertikal | senkrechter λ/4-Strahler mit Radials | flache Strahlung zum Horizont; direkt über Kopf schwach | sehr einfach |
| Lindenblad | zirkular | vier schräg gestellte Dipole im Kreis | rundum, flache Elevationen betont | mittel |
| Eggbeater | zirkular | zwei gekreuzte Ganzwellen-Schleifen, oft mit Reflektor | rundum, Hüllkurve abhängig vom Reflektorabstand | mittel |
| QFH (Quadrifilar-Helix) | zirkular | vier gewendelte Leiter auf einem Rohr | halbkugelförmig, über Kopf stark | mittel (genaues Arbeiten nötig) |
| Skew Planar | zirkular | mehrere schräg gestellte Schleifen um einen Mittelpunkt | rundum, kompakt [PRÜFEN: Elevationsverhalten] | mittel |
| Turnstile | zirkular (nach oben) | zwei gekreuzte Dipole, 90° phasenverschoben gespeist, meist über Reflektor | über Kopf stark, am Horizont eher linear | einfach |
Eigenschaften qualitativ, aus dem Prinzip der Bauform. Das Strahlungsdiagramm einer realen Antenne hängt stark von Montagehöhe und Umgebung ab.
Strahlungsdiagramme beachten
Rundstrahler strahlen nicht überall gleich. Folie 10 vergleicht berechnete Diagramme von Lindenblad, Turnstile, QFH und einer weiteren Bauform in 7 m Höhe über Boden.
Die Kurven unterscheiden sich deutlich: Manche Antennen sind über Kopf stark, andere am Horizont. Über dem Boden entstehen zusätzlich Zipfel und Einbrüche durch Reflexionen.
Überlege deshalb vor der Wahl: Wo am Himmel verbringt «dein» Satellit die meiste Zeit? Ein LEO-Satellit ist während eines Überflugs oft länger bei tiefen als bei hohen Elevationen (siehe Kapitel E2).
Richtantennen
Eine Richtantenne bündelt die Empfindlichkeit in eine schmale Keule. Sie hat dadurch deutlich mehr Gewinn als ein Rundstrahler.
Dafür muss sie dem Satelliten folgen: von Hand (portabel, E5.7) oder mit einem Azimut-Elevations-Rotor (E5.6).
Klassisch für den OSCAR-Betrieb ist die Kreuzyagi: zwei Yagi-Antennen auf einem gemeinsamen Boom, um 90° gegeneinander gedreht. Je nach Beschaltung empfängt sie linear oder zirkular.
Die Zirkular-Wendel (Helix) ist von Natur aus zirkular polarisiert.
Stationäre Richtantennen (Auswahl aus Folie 11)
| Typ | Prinzip | Polarisation | Bemerkung |
|---|---|---|---|
| Zirkular-Wendel (Helix) | gewendelter Leiter über Reflektor; historisches Beispiel HB9LU 1952 | zirkular (Drehsinn durch Wickelrichtung festgelegt) | gross auf VHF, handlich ab UHF/1,3 GHz |
| Kreuzyagi | zwei um 90° gedrehte Yagis auf einem Boom | linear oder zirkular (je nach Beschaltung) | Klassiker für OSCAR-Betrieb |
| M2 AMSAT LEO-Pack | Kreuzyagis für 2 m und 70 cm als Paket | zirkular | Stand 2017; [PRÜFEN: Verfügbarkeit, aktuelle Bezeichnung] |
| WIMO X-Quad | gekreuzte Quad-Elemente | linear oder zirkular (je nach Beschaltung) | Stand 2017; [PRÜFEN: Verfügbarkeit] |
| Kombinationen (z. B. bei DK5EC) | mehrere Antennen für 2 m, 70 cm, 23 cm auf einem Träger | je nach Antenne | Beispiel auf Folie 11; [PRÜFEN: Quelle noch online] |
Geräteangaben ohne Gewähr, Stand der Folien November 2017. Vor dem Kauf Verfügbarkeit beim Hersteller prüfen.
Antennen zum Selberbauen
Viele Satellitenantennen kannst du mit Werkzeug aus dem Baumarkt selbst bauen. Gut dokumentiert sind zum Beispiel Turnstile, Eggbeater, QFH und die Tape-Measure-Yagi aus Rollmeterband (E5.7).
Das Projekt SatNOGS stellt ausserdem 3D-Druckvorlagen für Rotor und Antennen bereit
Hinweis: Prüfe einen Selbstbau immer mit einem Antennenanalysator oder SWR-Messgerät. Kleine Masstoleranzen verschieben die Resonanz, besonders auf 70 cm.
Kontrollfrage: Du willst vor allem FM-Satelliten und Telemetrie von LEO-Satelliten hören, hast keinen Rotor und nur einen Balkon. Welche Antennenart passt, und warum?
Lösung anzeigen
Ein zirkular polarisierter Rundstrahler (z. B. Eggbeater, Lindenblad oder QFH). Er deckt den ganzen Himmel ab und braucht keinen Rotor. Die zirkulare Polarisation vermeidet tiefe Signaleinbrüche, wenn der Satellit sich dreht (E5.2). Den kleineren Gewinn gleichst du mit einem rauscharmen Vorverstärker direkt an der Antenne teilweise aus (E5.4).