Dachkapazität

Als Dachkapazität bezeichnet man eine ausgedehnte Struktur aus Metall, die auf der Spitze einer Antenne oder eines selbststrahlenden Sendemastes montiert ist. Da die Dachkapazität die Antenne elektrisch verlängert, kann sie niedriger gebaut werden, als es für eine Monopolantenne (ohne „Dach“) nötig wäre. Ein Beispiel ist die Schirmantenne.

Beispiel einer elektrisch verlängerten Antenne (senkrechter Draht in der Mitte) mit Dachkapazität (oben): T-Antenne.

Oben: Leitungsmodell einer kurzen Vertikalantenne, unten: Leitungsmodell einer mit einer Dachkapazität elektrisch verlängerten Vertikalantenne.

An der Spitze einer Vertikalantenne, welche durch die Größe der abzustrahlenden Wellenlänge nicht die notwendige Länge λ/4 erreichen kann, werden horizontale Drähte oder Drahtnetze gespannt, die wie eine Kapazität gegen Erde wirken und somit den Strahler elektrisch verlängern. Damit der Gegenpol des λ/4-Strahlers einen geringen elektrischen Widerstand hat, wird in die Erde um den Antennenfußpunkt herum entweder ein Erdnetz aus (zumeist radial angeordneten) Drähten eingegraben oder, oberhalb des Erdbodens, eine Drahtstruktur als sogenanntes Gegengewicht angeordnet. Nur so wird möglichst die komplette HF-Energie abgestrahlt und erwärmt nicht das Erdreich.

Durch die geeignete Wahl der Dachkapazität $C_{D}$ wird die Höhe der Antenne um einen Wert $l_{c}$ elektrisch verlängert

h+l_{c}={\frac {\lambda }{4}}

,

und zusätzlich mit Hilfe einer Verlängerungsspule am unteren Ende auf Resonanz eingestellt. Der Antennenstrom $I_{0}$ ist entlang der Antennenhöhe nahezu gleichförmig verteilt und gegenüber einer Antenne ohne Dachkapazität um den Anteil des Kondensatorstromes $I_{c}$ vergrößert. Deshalb ergibt sich ein Strahlungswiderstand, der bis zu viermal so groß ist, wie bei einer kurzen Vertikalantenne ohne Dachkapazität.

Die Dachkapazität trägt aber nichts zur Abstrahlung der elektromagnetischen Welle bei, da die Dachkapazität nicht der genutzten Polarisationsebene entspricht. Dies geschieht nur durch den in der Grafik als Antenne angedeuteten vertikalen Draht, dessen elektrischer Querschnitt üblicherweise durch mehrere parallel geschaltete Drähte vergrößert wird. Trotz dieser Maßnahme ist der verkürzte Dipol gegenüber einer Antenne mit einer realen Antennenhöhe von etwa λ/4 im Wirkungsgrad benachteiligt.

Eine Dachkapazität besonderer Bauart wurde beim Sendemast des Deutschlandsenders in Herzberg (Elster) verwendet. Sie bestand aus einer innen begehbaren Linse mit einem Durchmesser von 25 m und einer Höhe von 4 m. Als Antenne diente ein 325 Meter hoher, gegen Erde isolierter abgespannter selbststrahlender Sendemast. Zur Verringerung der Erdverluste wurden um den Antennenfußpunkt strahlenförmig insgesamt 35 km verzinkte Bandeisen verlegt. Die Anlage wurde im Zweiten Weltkrieg zerstört und später demontiert.

Antenne des AFN in Hirschlanden (Ditzingen)
Spinnennetzartige Dachkapazität an der Spitze des Senders Hirschlanden (Ditzingen)
Spitze des Blosenbergturms mit Dachkapazität
Die linsenförmige Dachkapazität am Sendemast des Deutschlandsenders III
Dachkapazität (horizontales Seilfeld zwischen den Mastspitzen) der Sendeanlagen in Mainflingen

Alternative

Eine Alternative mit gleichem Ziel der elektrischen Verlängerung der Antenne (beziehungsweise mechanischen Verkürzung), ist eine Verlängerungsspule, angebracht nahe dem Fußpunkt oder der Mitte der Antenne. Diese kann allerdings zumeist nicht so verlustarm realisiert werden wie eine Dachkapazität.

Siehe auch

Verkürzungskondensator, mit gegenteiligem Effekt.

Literatur

Jürgen Detlefsen, Uwe Siart: Grundlagen der Hochfrequenztechnik. 2. Auflage, Oldenbourg Verlag, München Wien 2006, ISBN 3-486-57866-9

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