Magnetantenne

Die Magnetantenne, auch Magnetic Loop oder Magloop, verwendet, anders als etwa ein Dipol, primär die magnetische Komponente des elektromagnetischen Felds zur Erzeugung der elektromagnetischen Wellen. Im Fernfeld sind die Felder beider Antennenformen nicht zu unterscheiden. Zu den Magnetantennen gehören z. B. Ferritantenne und Rahmenantenne.

Eine magnetische Antenne im engeren Sinn – eine Rahmenantenne – besteht aus einer, seltener einigen wenigen Windungen mit möglichst großer Spulenfläche, und u. U. einem Kondensator. Ohne Kondensator ist eine solche Antenne sehr breitbandig; mit Kondensator wird sie zu einem Schwingkreis und sehr schmalbandig.

Ferritantenne mit Kondensator zum Empfang von DCF77

Aufbau

HF-Empfangsrahmen, Durchmesser 100 mm, 50 kHz – 120 MHz (breitbandige Magnetfeldsonde). Sichtbar ist oben die Unterbrechung des abschirmenden Rohres, um einen Kurzschluss der innenliegenden Spule zu verhindern.

Die Magnetantenne besteht aus einer Spule. Die Windungszahl ist 1 oder größer.

Magnetische Antennen werden vorzugsweise im Frequenzbereich unter 30 MHz benutzt, weil ihre wesentlich kleineren Abmessungen im Vergleich zu einem Dipol sie trotz des begrenzten Wirkungsgrades attraktiv erscheinen lassen. Empfangsseitig spielt der Wirkungsgrad in diesem Frequenzbereich sowieso keine große Rolle, weil die Rauschtemperatur der Atmosphäre zu Ausgangsspannungen führt, die weit über dem Empfängerrauschen liegen.

Eine magnetische Antenne eignet sich gut als Empfangsantenne innerhalb von Räumen, weil die magnetischen Felder in der Regel bedeutend weniger gestört werden als die elektrischen. Das gilt sowohl für die Abstrahlung aus Stromversorgungskabeln als auch für die Dämpfung durch Baumaterialien.

Die besten Ergebnisse liefert ein möglichst kurzer Leiter, der eine möglichst große Fläche einschließt. Deshalb sollte die Schleife möglichst kreisförmig sein. Aus konstruktiven Gründen werden aber auch Rechteck- und Quadratform sowie Fünf-, Sechs- und andere Vielecke benutzt.

Magnetantennen besitzen eine oder mehrere Windungen und die gebildete Spule kann entweder eine Luftspule sein oder auf einem Ferritstab sitzen. Soll ganz ausschließlich das Magnetfeld empfangen werden, kann die Spule abgeschirmt sein, indem sie von einem Rohr mit einer Unterbrechung umschlossen wird. Hätte das Rohr keine Unterbrechung, würde es als Kurzschlusswindung den Empfang unterbinden.

Parallel geschaltete Kondensatoren schränken das Frequenzband des Empfanges ein, indem sie mit der Antenneninduktivität einen Schwingkreis bilden. Typisch hierfür sind Ferritantennen von Kofferradios oder Empfangsmodule für den Zeitzeichensender DCF77. In beiden Fällen dient der gebildete Schwingkreis der Vorselektion der Empfangsfrequenz, beim Radio ist der Kondensator ein Drehkondensator.

MagLoop-Antennen

Diese Antennen haben lediglich eine Windung und sind keine reinen Magnetantennen, sondern können gleichermaßen als mit einem Kondensator stark verkürzte Dipole angesehen werden. Sie sind grundsätzlich abgestimmt und können bei entsprechend spannungsfester Ausführung des Kondensators auch als Sendeantenne verwendet werden. Als Material der Schleife wird Aluminium oder Kupfer verwendet. Rohre, Quadrat- und Flachprofile sowie die Außenleiter von Koaxialkabeln werden ebenfalls verwendet. Zur Antennenankopplung werden kleine Leiterschleifen verwendet (induktive Kopplung) oder das Rohr besitzt eine „Anzapfung“, von der aus ein Leiter zur Speisung führt. Diese wird oft als Gamma-Match bezeichnet, hat jedoch eine andere Wirkungsweise als diese an Dipolen so bezeichneten Anpasskonstruktionen.

Wirkungsweise und Eigenschaften

Magnetantennen besitzen eine Richtcharakteristik ähnlich einer liegenden Acht, wenn die Spulenachse waagerecht ist. Daher ist die beste Empfangsrichtung quer zum Ferritstab bzw. zur Spulenachse. Wird die Antenne gedreht, löscht sich das Empfangssignal genau dann aus, wenn die Spulenachse in Richtung Sender weist. Das macht man sich bei Peilempfängern zunutze.

Die Magnetantennen sind stets klein gegenüber der Wellenlänge. Magnetantennen ermöglichen daher einen sehr kompakten und raumsparenden Aufbau, allerdings nimmt mit der Verkleinerung der Antennen auch deren Wirkungsgrad ab, da der umschlossene Feldquerschnitt sinkt. Daher sind sie für Sendezwecke meist nicht geeignet. Magnetantennen sind, wenn sie einen Kondensator tragen, selektiv und wirken vorteilhaft auf die Trennschärfe des Empfängers, das Signal-Rausch-Verhältnis wird günstiger und der Empfänger wird bei starken Nachbarsignalen weniger überfordert. Wegen der ausschließlich wirksamen magnetischen Feldkomponente reagiert die Magnetantenne in vielen Fällen weniger empfindlich auf Störungen, die oft aus elektrischen Feldern bestehen.

Die Richtwirkung kann zur Positionsermittlung und zur Ausblendung störender Signale genutzt werden, für eine hohe Empfangsfeldstärke muss die Antenne korrekt ausgerichtet sein.

Selektive Magnetantennen sind an die Kabel- bzw. Empfängerimpedanz anpassbar. Dazu kann ein Transformator benutzt werden oder die Spule/der Schwingkreis wird so dimensioniert, dass sich Anpassung ergibt.

Breitbandige Magnetantennen sind niederohmig abgeschlossen, um einen möglichst ebenen Frequenzgang zu erhalten. Um Kabelanpassung zu vermeiden, werden teilweise Verstärker unmittelbar an der Antenne angebracht.

Anwendung

Magnetantennen wurden früher für den Kurzwellenfunk auf Schiffen und Luftfahrzeugen in Peileinrichtungen und zur Flugsicherung verwendet. Verwendet werden sie auch im Amateurfunk und für RFID. Teilweise wird deren Richtwirkung durch eine drehbare Montage ausgenutzt.

Der Empfang von Lang- und Mittelwelle erfolgt zweckmäßigerweise mit Ferritantennen. Auch im Kurzwellenbereich sind sie in Radioempfängern anzutreffen. Röhrenradios hatten oft ergänzend zu einer anzuschließenden Langdrahtantenne eine eingebaute, teilweise mittels Handrad drehbare Ferritantenne. Kofferradios sind typische Beispiele, bei denen der Empfang von Lang- und Mittelwelle auf kleinstem Raum mit einer Ferritantenne erfolgt.

Funkuhren besitzen einen Empfänger für Zeitzeichensender, zum Beispiel den DCF77 bei 77 kHz. Auch hier ist eine selektive Ferritantenne typisch.

Messgeräte zur Bestimmung der elektromagnetischen Verträglichkeit verwenden teilweise Magnetantennen, um auf kleinem Bauraum sehr breitbandigen Empfang zu gewährleisten.

Magnetantennen werden bei der Speläologie zur Kommunikation und für Sensordaten eingesetzt, wie beim System Cave-Link.

Literatur

• Alois Krischke und Karl Rothammel: Rothammels Antennenbuch. 13. aktualisierte und erweiterte Auflage. DARC-Verlag, Baunatal 2013, ISBN 978-3-88692-065-5, Kapitel 14. Schleifen-Antennen. 

Weblinks

Commons: Ferritstabantennen – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Commons: Rahmen- und Ferritstabantennen – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Passive Magnetische Empfangs-Rahmenantenne (PDF; 189 kB)
• Berechnungsprogramm für Magnetantennen