Antennentechnik für Modellflieger

...oder: Warum sind bei 2,4Ghz 2 Antennen besser als eine?!?

Was macht eine Antenne überhaupt?
Simpel ausgedrückt wird zwischen 2 (oder mehr) Antennen eine Information übertragen.*
*Auch hier befinden wir uns nicht in der Berufsschule.
HF-Technikern muss ich das hier sowieso nicht erklären. ;-)

Erst mal ein kleiner Rückblick.
Zu 35Mhz-Zeiten funktionierte das Ganze wie beim schönen, alten Dampfradio.
Irgendwo steht einer mit nem Sender und schickt Informationen (Impulse) an alle Empfänger, die auf der gleichen Frequenz (Kanal) arbeiten. Der entsprechende Empfänger sammelt alles wieder ein und verteilt es im Idealfall an die richtigen Servos. So weit so gut. An diesem Prinzip hat sich bis heute nicht viel geändert. Aber bei der Übertragung hat sich einiges getan!
Erstens: Die Frequenz und damit die Länge der Funkwellen hat sich geändert - und zwar gravierend.
Zum Vergleich in Hertz:

Frequenz in Hertz Wellenlänge in cm
35.000.000 Hz 856,0 cm
2.400.000.000 Hz 12,5 cm

Vergleich für Modellflieger: ein 8,5m-Segler zu einem 12,5cm Balsagleiter.

Zweitens: Bei den meisten Systemen gibts jetzt eine Übertragung von Informationen in beide Richtungen.
Der Punkt eins ist für uns erstmal wichtiger. Er sorgt nämlich dafür, dass die Antenne schön kurz wird und man sich diese am Hang fast nicht mehr abfliegen kann ;-)
Wie Alles im Leben hat aber auch diese eigentlich positive Sache einen Pferdefuß. Wird doch die Auswirkung der Polarisation der Antennen mit steigender Frequenz immer kritischer. Einfach ausgedrückt kommuniziert eine senkrecht aufgestellte Antenne nur mit den Kumpels, die genauso senkrecht stehen. Bei den Waagerechten gehts genauso...Wen wundert's :-)
Dann heisst das jetzt also, wenn mein Flieger horizontal fliegt, ist alles ok, wenn ich aber einen Looping fliegen will, muss ich meinen Sender dann mit dem Flieger mitdrehen?!? Da brech ich mir beide Arme! Keine Panik. Erstmal ist es bei 2,4Ghz doch noch nicht ganz so schlimm und zweitens sagt ja niemand, dass man nur mit einer Antenne fliegen darf.
Wir montieren also 2 Antennen am Empfänger und unser schlauer Computer in demselben sucht sich einfach die mit der besten Feldstärke (Empfang) heraus. Jetzt haben wir schon mal zufällig nebenher den hochkomplizierten? Begriff "Empfangsdiversity" erklärt. Noch nicht ganz - es gibt nämlich die Antennen- und noch besser, die Empfängerdiverstiy. Im ersten Fall ist nur ein Empfangsteil, aber zwei Antennen im Empfänger verbaut. Hier wird zwischen den Antenen umgeschaltet und die "Beste" ausgewählt. Im Besseren Fall hat der Empfänger zwei komplette Empfangsteile mit je einer Antenne integriert. Hier wird von denen das jeweils "Beste" ausgewählt. Puhh... Starker Tobak! ;-)
Es geht sogar noch besser: Zwei Empfangsteile von denen jedes zwischen zwei eigenen Antennen "wählen" darf und dahinter dann die Empfängerdiversity. Also 4 Antennen am Empfänger. Eine davon wird's ja dann hoffentlich packen! (z.B. Graupner HOTT GR-32-Empfänger) Das müssen wir uns aber nicht merken, der Hersteller, der Empfängerdiversity verwendet, wird's uns stolz erklären.
Wer bis hierher noch nicht abgeschaltet hat, darf jetzt weiterlesen :-)
Weiter zum Sender:
Ganz Schlaue bauen jetzt an den Sender auch noch 2 Antennen. Doppelt gemoppelt? Mitnichten!
Man stelle sich mal bildlich vor: Mit einer vertikal polarisierten Senderantene und zwei um 90 Grad verdrehten Empfängerantennen bewege ich mich schon mal öfter in einem Bereich wo diese beiden Antennen jede für sich um 45Grad zum Sender verdreht sind. Das spielt bei schlechten Empfangsbedingungen schon eine ziemlich grosse Geige. Deshalb baut der Fachmann am Sender seine 2 Antennen auch um 90 Grad zueinander verdreht an. Jetzt ist der maximale Winkel zwischen den Polrichtungen nochmal halbiert. Für einen Modellflieger unschwer auszurechnen: 22,5 Grad. Das sieht doch mal richtig gut aus. Aber es geht noch witziger: Eine Antenne am Sender in zirkularer Polarisation. Jetzt gibts den komischen Winkel gar nicht mehr! Da haben wir aber auch schon den nächsten "hochkomplizierten" Begriff. "Zirkulare Polarisation" !? Es soll Leute geben, die können das nicht mal aussprechen. Für uns reicht erstmal die laienhafte Information, dass hier das Feld etwa halbkugelförmig und mit rotierender Polarisation von einer Antenne mit flacher Bauweise abgestrahlt wird. Oft ist das eine sog. Patch-Antenne. Bei dieser Bauform pappt der eigentliche Strahler (der Patch) isoliert durch ein Keramiksubstrat (Dielektrikum), auf einer Grundplatte aus elektrisch leitendem Material (Ground).
Und damit's nicht zu einfach wird - viele Patchantennen sind doch tatsächlich linear polarisiert?!!
Weil diese Polarisation sich aber in X - und Y-Richtung verteilt, haben wir trotzdem fast ein Kreisförmiges Feld.
Wir sollten das deshalb hier einfach mal so hinnehmen, sonst wird das hier doch noch eine Vorlesung in HF-Technik.

Patchantenne der Mc20
Die Patchantenne der Mc20 HoTT

Wenn wir jetzt die Antenne (gedanklich) flach auf den Boden legen, baut sich über dem Patch ein Feld in der Form eines Iglus auf. Dessen Durchmesser ergibt sich aus 2mal der max. Reichweite, die uns der Hersteller angibt.
Wir fliegen also in einem Iglu mit ca 2 bis 4km Radius! Das müsste auch für Leute mit sehr guten Augen reichen.

Hier noch ein paar erklärende Grafiken zum Abstrahlverhalten von Antennen:

So sieht ein Schnitt durch die Felder um zwei "Stabantennen" aus.
(Danke an "Averse" aus de.wikipedia.org)

So ist's richtig gut!

Eine Stabantenne wird um sich herum ein Torusförmiges Feld aufbauen. Das sieht etwa so aus, als wenn man einen überdimensionalen Donut (die amerikanischen, mit Loch) mit der Antenne aufspiesst. Das Loch ist wichtig, denn es sagt uns, dass in Richtung des Antennenstabes praktisch nix abgestrahlt wird. Die höchste Feldstärke "sieht" der Empfänger, wenn er den Stab von der Seite "anschaut". Das lässt sich leicht merken: Uns geht's da genauso. Stellen wir uns vor, wir sind die Empfangsantenne. Wenn wir den kompletten Sender-Antennenstab von der Seite sehen, kommt am meisten Feldenergie bei uns an.
Wenn wir nur das "Spitzle" von vorne sehen, haben wir Pech gehabt.

z.B. wie in diesem Fall.
Gar nicht gut!


Wenn beide Antennen genau zueinander ausgerichtet sind, ist absolut Essig! Rien ne va plus :-(

Das wäre dann der Gau! Hier geht gar nix mehr.
Der Gau!


Nochmal für die Praxis:

Falsch gezielt
So ist's falsch!!
Der Stab zeigt Ri. Flieger.
Richtig gezielt
So ist's richtig!
Das Feld zeigt Ri. Flieger
Feld der Patchantenne
Hier noch die Patchantenne
(halt nit ganz so schön ;-)

Das Ganze lässt sich zeichnerisch nur schwer darstellen. Ihr müsst Euch vorstellen, dass das Feld sich wie Licht unendlich ausbreitet, wobei es natürlich mit zunehmender Entfernung immer schwächer wird. (Aber nur solange es nicht an ein Hindernis stösst und dort evtl. reflektiert wird. Dazu kommen wir vielleicht später mal.)

Hier ein guter Tip von Guntmar Rüb, GRAUPNER-"Werkspilot" und mehrfacher F5B-Meister:
"Die Antenne mit der Spitze genau auf den Kopf des Piloten ausrichten." Dann zeigt diese nie zum Flugmodell und ausserdem kriegt man selbst recht wenig von der abgestrahlten Sendeenergie ab.

Also grundsätzlich: Bei zwei Antennen diese immer V-Förmig anordnen, wenn's geht natürlich bei Sender und Empfänger. Und grundsätzlich NIE mit der Antenne auf das Flugmodell zielen!!!

Und auch hier gibt's diese berühmte Ausnahme, ohne die nix geht. - Die Patchantenne - Mit der sollten wir zumindest ungefähr in Richtung des Modells zielen.

Noch ein Link zu einer pdf-Datei der Firma Kathrein mit sehr schönen Richtdiagrammen und tiefer gehenden Erklärungen zur Antenentechnik im Ghz-Bereich.
http://www.kathrein.de/de/mcs/techn-infos/download/mobilfunk-antennentechnik.pdf

Kleine Anekdote zur Erklärung gefällig?
Ein schöner Sommertag, der Mais ist etwa 1,5 Meter hoch. Genau in diesen Mais verabschiedet sich mein Schaumwaffel-Fox. Mein WEATRONIC-HF-Teil am Sender zeigt "Kein Empfang" an. Ich gehe mein Modell suchen. Warum ich den Sender immer noch mit mir rumschleppe, weiß ich zu dem Zeitpunkt eigentlich auch nicht. Nachdem ich eine ganze Zeit erfolglos rumgesucht habe, schaue ich zufällig auf meinen Sender. Die Anzeige lautet "Empfang i.O." Was'n das?!? Ich drehe mich mit dem Sender einmal im Kreis. Ergebnis: Richtung Osten reisst der Empfang ab. Jetz will ich's genau wissen. Ich bedecke das HF-Teil mit zwei Händen gerade so viel, dass ein Schlitz von 2cm in Senderichtung zeigt. Jetzt kannn ich Richtung Westen in einem Kreisbogen von ca. 30 Grad eine Verbindung aufbauen. Der Rest ist tot. Also Richtung Westen marschieren, ab und zu das gleiche Spielchen wiederholen und irgendwann höre ich dann die Servos. Flieger gefunden! Übrigens dort, wo ich nie gesucht hätte. Vielen Dank Patchantenne!
Hier gibt's noch einen Link, wie man auch eine einzelne Stabantenne mit wenig Aufwand zum Peilen verwenden kann.
http://www.heise.de/netze/artikel/Die-0-Euro-Antenne-223704.html

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Achim Mathieu, aktualisiert 24.03.2020

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