Quelltext der Seite Rahmenantenne

Eine '''Rahmenantenne''' ist eine meist auf einem Rahmen mit möglichst großem Querschnitt (bis ca. 30&nbsp;cm) montierte [[Luftspule]], welche als Empfangsantenne für [[Längstwelle|Längst-]], [[Langwelle|Lang-]], [[Mittelwelle|Mittel-]] und [[Kurzwelle]]n verwendet wird. Sie ist eine [[Magnetantenne]], erzeugt oder empfängt also primär den magnetischen Teil des elektromagnetischen Feldes.
[[Datei:Rahmenantenne1.png|mini|Rahmenantenne aus der Frühzeit des Radioempfangs]]
[[Datei:Lc circuit.svg|mini|Die Drahtspule ist Induktivität L, sie muss an einen Kondensator C angeschlossen werden]]
[[Datei:Corn cob pipe catwhisker radio 1922.png|miniatur|Rahmenantenne für den Detektorempfang]]

== Aufbau und Funktion ==
Da der Umfang in der Regel wesentlich kleiner als eine halbe Wellenlänge ist, weist eine Rahmenantenne eine homogene Stromverteilung entlang des Leiters auf, anders als bei einem [[Dipolantenne|Halbwellendipol]], der an den Dipolenden ein Spannungsmaximum und in der Mitte ein Strommaximum aufweist. Ihr [[Antenne#Fußpunktwiderstand|Fußpunktwiderstand]] ist prinzipiell [[Komplexe Zahl|komplex]] und liegt je nach Windungszahl zwischen 130 und unter 1&nbsp;Ohm. Rahmenantennen können entweder breitbandig ausgeführt sein und sind dann relativ unempfindlich oder sie sind abstimmbar, indem ein [[Variabler Kondensator|Drehkondensator]] parallel geschaltet ist. Abgestimmte Antennen sind infolge der [[Resonanz]]überhöhung empfindlicher, jedoch nur bei einer Frequenz. Abgestimmte Rahmenantennen haben sehr hohe reelle Fußpunktwiderstände.

Wie alle magnetischen Antennen weist die Rahmenantenne eine Richtwirkung auf – eine Spule mit waagerechter Wickelachse hat in waagerechter Ebene für senkrecht [[Polarisation|polarisierte]] Wellen eine [[Richtcharakteristik]] und empfängt keine waagerecht polarisierten Wellen. Da Wellen von Funktürmen/-masten senkrecht polarisiert sind, muss die Antenne nur um die senkrechte Achse gedreht werden, um auf den Sender ausgerichtet zu sein – sie steht dann mit ihrer Wickelachse quer zur Empfangsrichtung.

Die Rahmenantenne ist von ihrer Theorie her eine sehr direkte Veranschaulichung des [[Elektromagnetische Induktion|Induktionsprinzips]], wonach die induzierte Spannung der Änderung des magnetischen Flusses proportional ist: Hier ist die Fläche A besonders groß (und normalerweise auch die Windungszahl n), um einen großen Effekt (eine hohe Induktionsspannung) zu erzielen. Die Änderung des magnetischen Flusses stammt von der vom Sender eintreffenden elektromagnetischen Strahlung; deren elektrisches Feld, magnetisches Feld und die Ausbreitungsrichtung stehen jeweils senkrecht zueinander.

Zum Senden mit einer Rahmenantenne erzeugt ein Hochfrequenzstrom in der Spule seinerseits ein magnetisches Wechselfeld im Raum und in der Folge eine elektromagnetische Welle.

Rahmenantennen können in einen unterbrochenen Metallrohr-Ring eingebaut werden und sind dann weitestgehend unempfindlich gegen elektrische Störfelder oder auch Blitzeinschläge.

== Anwendungen ==
Rahmenantennen wurden zumindest früher für den [[Kurzwelle]]nfunk auf Schiffen verwendet, wobei deren Richtwirkung durch eine drehbare Montage zusätzlich ausgenutzt wurde. Drehbare Rahmenantennen werden zur [[Funkpeilung]] benutzt. Das Empfangssignal hat genau dann ein Maximum, wenn die Spulenebene in Richtung Sender weist. Bei quer zur Empfangsrichtung stehender Spule ist es null.

Es gibt vereinzelt auch [[Radio]]empfänger, die als Empfangsantenne für die [[Amplitudenmodulation|AM]]-Bereiche keine Ferritantenne, sondern eine kleine Rahmenantenne (Durchmesser hier nur ca. 10 cm) besitzen, die separat neben dem Gerät aufgestellt wird und auf den gewünschten Sender ausgerichtet werden kann.

Selbstbauten großer Rahmenantennen finden heute vor allem unter Rundfunkhörern im Mittelwellenbereich und unter Funkamateuren im Kurzwellenbereich Anwendung. Diese Rahmenantennen weisen Größen bis zu anderthalb Meter auf und werden an [[Weltempfänger]]n oder eigenen Stationen betrieben. Rahmenantennen finden sich auch in [[RFID]]-Transpondern. Eine weitere Anwendung sind Messungen der [[Elektromagnetische Verträglichkeit|elektromagnetischen Verträglichkeit]].

== Grundgleichungen ==
Für die Rahmenantenne ergibt sich die Klemmenspannung ''U<sub>e</sub>'' näherungsweise nach folgender Gleichung:<ref> Zinke, O., Brunswig: ''Hochfrequenztechnik 1''. Hochfrequenzfilter, Leitungen, Antennen. Springer-Verlag, 5. Auflage.</ref>

:<math> U_\mathrm{e} \approx \frac{2 \pi n A }{\lambda} E  </math>

mit ''E'' für die einfallende [[elektrische Feldstärke]] [V/m], ''&lambda;'' für die [[Wellenlänge]] der Strahlung [m], ''A'' für die Antennenfläche [m²] und ''n'' für die [[Spulenwindungszahl|Windungszahl]].

Für den Strahlungswiderstand ''R<sub>s</sub>'' [Ohm] gilt näherungsweise:
:<math>R_\mathrm{s} \approx \frac{2}{3} Z_\mathrm{0} \pi \left( \frac{ 2 \pi n A}{\lambda^2}\right)^2 </math>

und für die Induktivität ''L'' [H] in Näherung:
:<math>L \approx \mu_0 n^2 \frac{d_\mathrm{r}}{2} \ln\!\!\left(\frac{d_\mathrm{r}}{d_\mathrm{D}}\right) </math>

Mit <math>d_\mathrm{r}</math> als Durchmesser des Rahmens [m] und <math>d_\mathrm{D}</math>, dem Durchmesser des Drahtes [m] und der [[Magnetische Feldkonstante|magnetischen Feldkonstante]] ''µ<sub>o .</sub>''

Daraus lässt sich unter der Annahme, dass die Drahtlänge <math> l < \frac{\lambda}{6} </math> ist, mit dem Widerstandsbelag k' des Drahtes die entnehmbare Generatorleistung ''P<sub>gmax</sub>'' anschreiben.

:<math> P_\mathrm{gmax} = \frac{\pi^3 n d_\mathrm{r}^3}{16 k' \lambda^2} *E^2 </math>

Aus diesen Gleichungen lassen sich folgende Ableitungen formulieren:
* Der Leitungswiderstand überwiegt bei allen praktischen Bauformen den Strahlungswiderstand bei weitem.
* Die entnehmbare Generatorleistung lässt sich stark durch die Fläche der Antenne beeinflussen. Die Windungszahl n geht nur linear in das Ergebnis ein.
* Der Wirkungsgrad ist, besonders bei Aufbauten mit geringer Fläche, extrem klein.

Der Einsatz von Rahmenantennen ist daher nur im Bereich niederer Frequenzen und großer Feldstärken (>&nbsp;20&nbsp;μV/m) sinnvoll möglich. Als Sendeantenne ist sie wegen des kleinen Wirkungsgrades nicht geeignet. Bei höheren Frequenzen verbessert [[Spule (Elektrotechnik)#Hochfrequenzspulen|Litze]] [[Hochfrequenzlitze|anstelle Draht]] die magnetische Eigenschaft der Spule.

== Schleifenantenne ==
[[Datei:Loop antenna.jpg|mini|Schleifenantenne (''Loop'') mit Tuner für 1,75 bis 30&nbsp;MHz (Durchmesser 2&nbsp;m)]]
Eine Sonderform der Rahmenantenne stellt die sogenannte ''Loop'' (engl. für „Schleife“) dar. Dabei handelt es sich um eine Rahmenantenne mit meist nur einer, gelegentlich auch zwei Windungen. Die Resonanzfrequenz solch einer Schleifenantenne liegt aufgrund der geringeren Induktivität der Spule deutlich höher als die der Rahmenantenne und kann bis in den [[GHz]]&#8209;Bereich reichen.

Zur Erhöhung des Antennengewinns und Verbesserung des Vor-Rück-Verhältnisses, können mehrere Schleifenanntennen kombiniert werden (ähnlich wie man bei einer [[Yagi-Uda-Antenne]] mehrere [[Dipolantenne]]n zu einer Dimensionierung einer Ringbeam- bzw. EZO-Antenne kombiniert).<ref> https://n8ppq.net/Antenna/E-Z-O_Antenna.aspx</ref>
[[Datei:E-Z-O Antenna.jpg | mini | rechts | Dimensionierung einer Ringbeam- bzw. EZO-Antenne bestehend aus drei Schleifenantennen]]

[[Datei:Ring-beam-RSD.png | mini | rechts | Dimensionierung einer Ringbeam- bzw. EZO-Antenne]]
[[Datei:Baby-Loop von Ciro Mazzoni Radiocomunicazioni 05.jpg|mini|Baby-Loop 6.6 - 30 MHz]]
Die Umfänge der drei Strahler berechnet man folgendermaßen:
<ref>{{Literatur |Autor=[[Karl Rothammel]] |Titel=Rothammels Antennenbuch |Auflage=12 |Verlag=DARC Verlag |Ort=Baunatal |Datum=2001 |ISBN=3-88692-033-X}} </ref>

<math>K_R=\frac{329}{f} </math>

<math>K_S=\frac{307}{f}</math>

<math>K_D=\frac{289}{f}</math>

Mit:
* ''f'' – Frequenz(MHz)
* ''λ'' – Wellenlänge (m)
* ''K<sub>R</sub>'' – Umfang des Reflektors (m)
* ''K<sub>S</sub>'' – Umfang des aktiven Strahlers (m)
* ''K<sub>D</sub>'' – Umfang des Direktors (m)

Die Abstände ermittelt man, wie folgt:

<math>l_{R-S}\approx 0.21\lambda</math>

<math>l_{S-D} \approx 0.14 \lambda </math>

<math>l_{R-S}=\frac{\lambda}{4}</math>

Mit:
* ''l<sub>R-S</sub>'' – Abstand zwischen Reflektor und Strahler (m)
* ''l<sub>S-D</sub>'' – Abstand zwischen Strahler und Direktor (m)

== Siehe auch ==
* [[Kreuzrahmen (Antenne)|Kreuzrahmen]] – zwei gekreuzte Rahmenantennen zur Funkpeilung
* [[Quadantenne]] – Antenne aus einem, oder mehreren quadratischen Rahmen

== Literatur ==
* Ulrich Freyer: ''Antennentechnik für Funkpraktiker.'' 1. Auflage, Franzis-Verlag GmbH, Poing 2000, ISBN 3-7723-4693-6
* Gerd Klawitter: ''Antennenratgeber Empfangsantennen für alle Wellenbereiche.'' 6. Auflage, Verlag für Technik und Handwerk, Baden-Baden 2005, ISBN 3-88180-613-X
* Klaus Karg: ''Antennen und Strahlungsfelder'', 10. Auflage, Springer Fachmedien-Verlag, Wiesbaden 2025, ISBN 978-3-658-49996-9

== Weblinks ==
{{commonscat|Loop antennas|Rahmenantennen}}
* [https://www.fading.de/antennentechnik/bauanleitung_rahmenantenne Berechnung und Bauanleitung einer MW-Rahmenantenne]
* [http://www.hobby-bastelecke.de/projekte/mw_rahmenantenne.htm MW-Rahmenantenne und passender Antennenverstärker] oder [http://www.noding.com/la8ak/L2.htm FET-Antennenverstärker]
* [http://www.bastler-beutel.de/HTML/Projekte/Rahmenantenne/Rahmen-1/index_1.htm umschaltbare Rahmenantenne für MW und LW]

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Normdaten|TYP=s|GND=4296266-3}}

[[Kategorie:Magnetische Antenne]]
[[Kategorie:Funkpeilung]]