Zubehörtest - UKW-AntennenFoto: Olaf Schmidt

TechnikZubehörtest - UKW-Antennen

Olaf Schmidt  

4.10.2020, Lesezeit: 8 Minuten

Meist geht es bei ihrer Anschaffung mehr um Optik als um Funktion. Doch für die Kommunikation sind sie wichtiger als das Funkgerät selbst

Ob die Antenne schick aussieht und zur Optik des Boots passt, lässt sich mit dem Auge beurteilen. Aber was leistet eine Antenne wirklich? 14 Motoryacht-Modelle von vier Herstellern haben wir auf den Prüfstand im Freifeld-Messlabor der Firma HF-Kompetenz in Handewitt gebracht. Die Preise reichen von 60 bis zu stolzen 360 Euro, die Längen liegen zwischen 0,25 und 2,7 Metern.

Drei davon, die kompaktesten, wollten uns die Importeure eigentlich gar nicht mitgeben. Wir haben sie nur deshalb mit auf den Prüfstand genommen, um Ihnen die Unzulänglichkeiten von zu kleinen Antennen aufzuzeigen. Doch zunächst ein kleiner Abstecher zur Funktionsweise.

Vom Draht zur Antenne

Jedes Stück Draht kann eine Antenne sein. Es muss lediglich die Länge zur Frequenz der Funksignale passen, Funker sprechen dann von Resonanz. Den Effekt können Sie ausprobieren: Lassen Sie einen Tampen locker aus der Hand schwingen. Bei einer bestimmten Schlagzahl bewegen sich nur die Enden des Tampens, die Mitte bleibt fast still. Sie haben die Resonanz des Tampens dieser Länge getroffen.

Der UKW-See- und Schiffsfunk arbeitet um 157 MHz, das sind 157 Millionen Schwingungen pro Sekunde. Müssen Sie sich nicht merken, das macht schon das Funkgerät. Die Wellenlänge von Signalen dieser Frequenz liegt knapp unter zwei Metern. Resonanz tritt bei der halben Wellenlänge und vielfachen davon auf, darum sind gute UKW-Antennen mindestens einen Meter lang, der sogenannte Dipol.

Wer es kleiner braucht, kann diesen Dipol auf einen GFK-Stab wickeln, das nennt man einen Wendeldipol. Allerdings nimmt dessen Wirkung mit kürzerem Stab schnell ab: Die einzige Halbmeter-Antenne im Test bringt nur ein Viertel des Signals gegenüber der Fullsize-Version desselben Modells. Immerhin ergibt sich so noch eine einwandfrei funktionierende, resonante Antenne.

Die andere Methode für kurze Antennen: Man schneidet die untere Hälfte des Dipols ab und stellt den Rest auf eine ausreichend große Metallfläche. Es bleibt noch ein Viertel der Wellenlänge vom Strahler übrig, daher lautet der Name: Viertelwellenantenne. Die drei Modelle, welche die Importeure lieber nicht aufs Boot bringen, sind von dieser Bauart, keins hat brauchbare Werte geliefert. Das ist systembedingt: Um die Antenne auf Resonanz zu bekommen, müsste die Metallfläche entweder genau das andere Viertel der Wellenlänge messen oder sehr viel größer sein – was an Bord nie passt. Da der Hersteller die Verhältnisse auf dem Boot nicht kennt, kann so eine Antenne auch nicht ab Werk richtig abgestimmt sein. In der Tabelle sind die Werte für die "Banten Yachtantenne 0,25m" aufgeführt, Glomex RA111 und Scout KM10 liegen ähnlich.

Gewinn oder Verlust

Jede reale Antenne arbeitet in bestimmte Richtungen besser, in andere schlechter. Praktischerweise gibt ein senkrecht stehender Dipol die Sendeenergie bevorzugt in der Horizontalen ab. Wie Sie sich das von der Seite gesehen vorstellen können, zeigt die Zeichnung auf Seite 54. Das ist für den Funk auf dem Boot erst einmal gut, unsere bevorzugten Funkpartner befinden sich ja ebenfalls auf dem Wasser. Raumstationen haben keine Seefunk-Ausrüstung, und der Kontakt zu getauchten U-Booten ist auf UKW ohnehin nicht möglich. Von oben gesehen wollen wir dagegen in alle Richtungen gleich gut zu hören sein, das erfüllt der senkrechte Dipol eigentlich perfekt (s. o.). Hier ist jedoch zu beachten, dass sich auf dem Boot leicht eine Richtwirkung ergeben kann, denn alle Metallteile, die zufällig auf UKW resonant sind, beeinflussen die Abstrahlung.

Wie stark eine Antenne das Signal bündelt, wird als Gewinn bezeichnet, der Effekt ist bei Senden und Empfang gleich. Der Funker bezieht sich dabei auf eine ideale Antenne. Diese arbeitet in alle Richtungen gleich gut, sie strahlt das Signal kugelförmig (isotrop) ab. Tatsächlich lässt sich so eine Antenne nicht bauen, und praktisch wird sie auch nie benötigt. Es handelt sich nur um ein genormtes, theoretisches Vergleichsobjekt.

Das Verhältnis von Prüfling zur Norm­an­ten­ne wird in Dezibel (dB) angegeben. Das ist eine in der Funktechnik übliche logarithmische Skala, mit der sowohl kleine als auch sehr große Verhältnisse handliche Zahlen ergeben. Bei 0 dB sind die beiden verglichenen Antennen gleich gut, 3 dB heißt doppelt so gut, 6 dB sind Faktor vier, 10 db sind dann schon Faktor 100.

Ergebnisse schlechter als das Vergleichsobjekt haben negative dB-Werte: Die Hälfte sind -3 dB, ein Viertel -6 dB.
Der einfache Dipol ist theoretisch aufgrund seiner Ausrichtung in die Horizontale um 2,1 dB besser als die Kugel-Vergleichsantenne. Er wirkt aber auch nach schräg oben und unten noch nennenswert. Eine stärkere Bündelung in die Horizontale lässt sich erreichen, indem man zwei Dipole im richtigen Abstand übereinandersetzt, so sind die drei langen Motorboot-Antennen aufgebaut. Das ist in der Hauptrichtung theoretisch noch mal um
3 dB besser als der Dipol, man könnte so auf 5,1 dBi kommen, das kleine i steht hier für den Vergleich mit der Normantenne.

Zusätzliche Energie kann die Antenne nicht erzeugen, daher muss, was in der Horizontalen gewonnen wird, in anderen Richtungen fehlen. Das Diagramm oben zeigt, wie die Wirkung jenseits der Horizontalen schnell abnimmt. Steht so eine Antenne nicht senkrecht, dann sinkt die Reichweite in der Neigerichtung rapide.

Mehr Informationen? Den Artikel "UKW-Antennen" mit differenzierten Testergebnissen und Hintergrundwissen finden Sie in BOOTE-Ausgabe 10/2020 seit dem 16.09.2020 am Kiosk oder online im Delius-Klasing-Shop.

Erstaunliche Ergebnisse

Im Test haben wie den Gewinn der Antennen genau in der Horizontalen gemessen, wo theoretisch die maximale Wirkung zu erwarten wäre und sich praktisch die Gegenstationen befinden. Die Probanden sind beim Gewinn weit von der Theorie entfernt. Das kommt hauptsächlich durch Verschieben der Hauptstrahlrichtung nach oben oder unten. Gründe dafür sind vielfältig, oft ist es eine nicht ideale An­kop­pe­lung des Antennenkabels an den eigentlichen Strahler. Dadurch werden Kabel und der Mast ein wirksamer Teil der Antenne, mit nicht vorhersehbarer Beeinflussung der Abstrahlung.

Bei den einfachen Dipolen liegen zwischen bester und schlechtester Antenne rund 2 dB oder der Faktor 1,5. In der Praxis macht sich das aber kaum bemerkbar, der Grund liegt in der Auslegung des Seefunk-Systems: Alle Funkanlagen der letzten 30 Jahre haben mindestens 20 von den 25 Watt erlaubter Sendeleistung, damit schaffen sie mit allen Dipolen die doppelte Entfernung zum Horizont. Und weiter geht UKW ohnehin nicht. Wenn die Antenne der Gegenstation unter der Kimm verschwindet, ist Schluss, die Funkwellen folgen der Erdkrümmung nicht.

Eine Abweichung der Rundum-Ab­strah­lung in der horizontalen Ebene vom idealen Kreis war messbar, doch in der Praxis sind Änderungen des Signals von weniger als 1,5 dB mit Sportboot-Funkgeräten nicht wahrnehmbar. Nur die ohnehin ungenügenden extrem kurzen Antennen kamen in diese Größenordnung.

Die Anpassung gibt Auskunft darüber, wie gut die Antenne Leistung vom Sender aufnimmt. Gemessen wurde das Stehwellenverhältnis (SWR) im Frequenzbereich der Sprechkanäle (Voice) und für AIS (162 MHz). Der Wert soll unter 1,6 liegen. Beachtenswert ist, dass wegen ungenügender Anpassung auf den AIS-Frequenzen sich nicht alle Antennen für den Betrieb von AIS-Transpondern eignen.

Kabel und Stecker

Für die Funkanlage muss Koaxialkabel vom richtigen Typ verwendet werden. Sonst wirkt das ganze Bordnetz als Antenne, es gibt die tollsten Nebeneffekte und Störungen – nur keinen vernünftigen Funkkontakt. Elektrisch hat Koaxialkabel zwei Kennwerte: Wichtigster ist der Wellenwiderstand, für Funk wird immer 50 Ohm verwendet. Der lässt sich nicht messen, sondern ergibt sich aus den geometrischen Verhältnissen von Innen- zu Außenleiter. Den Messschieber können Sie stecken lassen: Auch das Material der Isolation spielt eine Rolle. Kabel ohne lesbare Typbezeichnung sind daher ein Fall für die Altmetall-Sammlung.

Der zweite Kennwert ist die Dämpfung, sie bezeichnet, wie viel Energie pro Meter Kabel verloren geht, dies ist übrigens für Senden und Empfang gleich. Hier gilt: je dicker, desto besser. Im Marinebereich sind zwei Typen gängig: RG58 mit ca. 5 Millimeter und RG214 mit 11 Millimeter Außendurchmesser.

Auf dem Boot kommt es auch noch auf die mechanischen Eigenschaften des Kabels an, es muss für den Einsatz auf Fahrzeugen und die Seeluft geeignet sein – auch Binnen. Diese Voraussetzungen erfüllt nur Kabel mit verzinnten oder versilberten, flexiblen Leitern, nicht blankes Starrkupfer. Bei der dünnen Version trägt die richtige Variante die Bezeichnung RG58C/U. Das dickere RG214 wird nur in der marinetauglichen Version produziert.

Meist kommen Sie mit RG58 aus. Damit gehen auf fünf Meter Leitung zwi­schen Funkgerät und Antenne akzeptable 20 Prozent des Signals verloren. Rechnen Sie mit etwa 1,50 Euro pro Meter. Ab zehn Metern ist RG214 zu empfehlen. Die Verluste werden dadurch halbiert, der Preis jedoch vervierfacht sich.

Am Ende des Antennenkabels wird ein Stecker benötigt. Welche Type an welches Ende muss, können Sie anhand der Bilder oben identifizieren. Etwas verwirrend sind die Bezeichnungen beim PL-System: Die Buchse heißt offiziell SO239, der Stecker PL259. Einen weiterer Name ist UHF-Verbinder.

Steckermontage an Koaxialkabeln ist nicht ganz einfach, für manche Typen ist Spezialwerkzeug erforderlich. Fehler dabei beeinträchtigen die Funktion der Funkanlage massiv, bis zu Schäden am Funkgerät. Wer nur die geringsten Zweifel am eigenen Werkzeug hat, holt sich dafür besser eine Fachfirma an Bord.

Aufgrund von Vibrationen und Umwelteinflüssen wie UV-Licht sind Antennenkabel aller Bauarten ein Verschleißteil. Durch Risse eingedrungenes Wasser beispielsweise bewirkt, dass Sie noch empfangen, das Sendesignal aber nicht mehr bei der Antenne ankommt. Teilreparaturen helfen dann nicht, tauschen Sie besser das ganze Kabel aus.

Fazit:

Montagehöhe ist der beste Weg zu mehr Reichweite. Gerade flache Boote profitieren von dem Höhenzuwachs der 1,5-Meter-Antennen. Die langen Modelle mit hohem Gewinn sind wegen ihrer horizontalen Bündelung nur für ruhig laufende Yachten geeignet, die wenig vertrimmen. Der Halbmeter-Wendeldipol ist die kompakteste akzeptable Antenne.

Mehr Informationen? Den Artikel "UKW-Antennen" mit differenzierten Testergebnissen und Hintergrundwissen finden Sie in BOOTE-Ausgabe 10/2020 seit dem 16.09.2020 am Kiosk oder online im Delius-Klasing-Shop.