Satellitenempfang stabil einrichten

Du siehst auf vielen Dächern im Wiesental eine runde Schüssel in Richtung Süden, und du fragst dich, was sie wirklich leistet. Du lernst hier, wie der Spiegel die Wellen sammelt, welche Bauform zu einem Haus passt und wie du die Ausrichtung und die Oberfläche richtig einordnest.

Die hier genannten Details hat die Redaktion auf Parabolantenne im Überblick nachgelesen.

Was bündelt deine Schüssel im Brennpunkt?

Eine Parabolantenne heisst im Alltag Antennenschüssel oder Satellitenschüssel, und sie bündelt elektromagnetische Strahlung im Brennpunkt eines metallischen Parabolspiegels. Dort sitzt ein Detektor, meist eine Hornantenne, die die Strahlung erfasst und weiterleitet. Der Spiegel selbst empfängt nichts aktiv, er sammelt nur Energie aus einer Richtung und führt sie zu diesem einen Punkt. Wenn du das Prinzip verstanden hast, verstehst du auch, warum jede Verformung und jede Verschiebung des Erregers aus dem Fokus direkt Signal kostet. Dazu passt der Überblick zum Fernsehempfang im Haus: Satellit, Kabel und Streaming, der die Wege ins Wohnzimmer einordnet.

Warum bestimmt die Fläche den Gewinn?

Der Gewinn steigt mit der Antennenfläche und sinkt mit der Wellenlänge, und ein dimensionsloser Wert für die Apertureffizienz beschreibt, wie gut die Fläche genutzt wird. In der Regel entspricht bei Parabolspiegeln die geometrische Fläche der wirksamen Fläche, doch bei Verformung der Parabel oder bei Verschiebung des Erregers aus dem Brennpunkt wird die wirksame Fläche kleiner als die Öffnung des Reflektors. Typische Werte für Parabolantennen liegen zwischen 0,8 und 0,99. Ein Rechenbeispiel macht das greifbar: Eine Antenne mit 70 cm Durchmesser erreicht bei 10 GHz, also 3 cm Wellenlänge, und mit einem Wirkungsgrad von 0,8 einen linearen Gewinn von 4300, was 36 dBi entspricht.

Welche Bauform passt zu deinem Haus?

Der Reflektor ist ein Ausschnitt aus einem Rotationsparaboloid, also aus einem rotationssymmetrischen Körper mit einer Parabel als Schnittbild, und der Erreger sitzt auf der Rotationsachse im Brennpunkt. Der Ausschnitt kann mittig um die Achse liegen, dann spricht man von einer Form ohne Offset, oder seitlich ausserhalb der Achse, dann handelt es sich um eine Offset-Ausführung. Die Form ohne Offset wird besonders bei grossen Antennen angewandt. Für die Kommunikation mit erdnahen Satelliten verwendet man Reflektoren mit Durchmessern von 10 m und mehr, und in Bodenstationen zur Überwachung und Steuerung von interplanetaren Flugkörpern, bei Radioteleskopen und beim Radar zur extraterrestrischen Anwendung findet man Schüsseln mit Durchmessern von bis zu 100 Metern.

Warum sieht man hier fast nur Offsetspiegel?

Bei der Form ohne Offset liegt der Primärstrahler zwischen Reflektor und einfallender Welle, und er wirft mit seinem Arm einen Schatten auf den Spiegel. Dieser Bereich bleibt unwirksam, und bei Sonnenlicht kannst du das optisch nachvollziehen, weil die Abschattung bei Licht ähnlich wirkt wie bei den empfangenen Wellen. Je kleiner die Antennenfläche ist, desto grösser wird diese störende Abschattung. Die Offset-Bauweise löst das Problem, weil nur ein kleiner seitlicher Teilabschnitt des Rotationsparaboloids verwendet wird, sodass der Fokuspunkt neben der eintreffenden Wellenfront liegt und sich der Einfallswinkel ändert. Durch die Neigung lässt sich in unseren Breiten eine fast senkrechte Aufstellung erreichen, und Schnee rutscht eher ab, der sonst die Wellen dämpfen würde.

Was unterscheidet Cassegrain und Gregory?

Bei der Zentral- oder Primärfokusantenne, auf Englisch „prime focus antenna“ genannt, sitzt das Sende- oder Empfangsteil im Hauptbrennpunkt des Paraboloids, und als wichtige Kenngrösse gilt das Verhältnis von Brennweite zu Durchmesser. Bei Cassegrain-Antennen sitzt an der Stelle des Erregers ein hyperbolisch-konvex geformter Subreflektor mit zwei Brennpunkten, wobei der eine mit dem Brennpunkt des Parabolspiegels zusammenfällt und hinter dem Subreflektor liegt, während der zweite dort liegt, wo der Erreger sitzt, meist in einem Loch im Zentrum der Parabolfläche. Weitere Hintergründe fasst die Parabolantenne im Überblick zusammen, die auch die Spiegelformen erklärt. Gregory-Antennen nutzen ebenfalls einen Subreflektor, doch er ist ellipsoid und konkav geformt, dessen einer Brennpunkt mit dem Brennpunkt des Paraboloids zusammenfällt und zwischen beiden Reflektoren liegt, der zweite liegt wieder am Erreger, meist in einem Loch in der Mitte.

Für wen sind Torus und Segment gedacht?

Bei der Torus-Antenne wird die formgebende Parabel nicht um die Achse der Hauptstrahlrichtung gedreht, sondern um eine Achse, die dazu senkrecht steht, und so entsteht ein kreisbogenförmiger Reflektor. Diese Geometrie erlaubt Verbindungen mit mehreren geostationären Satelliten, ohne den grossen Spiegel ständig zu drehen. Die Segmentantenne wird mit den Worten „Käseantenne“ oder „Tortenschachtelantenne“ umschrieben und wurde in frühen Radargeräten für die maritime Navigation verwendet. Auch beim Richtfunk kommen Parabolantennen zum Einsatz. ESTRACK nimmt diese Aufgaben für die ESA wahr, und das vom JPL der NASA betriebene Deep Space Network verwendet für interplanetare Sonden Antennen mit 34 Metern Durchmesser und bis 2025 noch solche mit 70 Metern Durchmesser.

Wie genau musst du ausrichten?

Mit steigendem Gewinn wächst die Bündelung und der Öffnungswinkel wird kleiner, denn aus dem Verhältnis von Wellenlänge und Durchmesser folgt näherungsweise die Halbwertsbreite, also der Winkel, bei dem die Intensität gegenüber der Hauptstrahlrichtung um 3 dB sinkt. Die 70 cm Antenne aus dem Beispiel erreicht folglich einen Öffnungswinkel von etwa 4 Grad, sodass Satelliten, die enger zusammenstehen, nicht mehr unabhängig voneinander empfangen werden können. Allgemein gilt: Die Halbwertsbreite ist proportional zum Kehrwert des Durchmessers, je grösser der Spiegel, desto mehr Energie landet im Brennpunkt, und desto genauer musst du auf die Gegenstelle zielen, zum Beispiel auf einen Satelliten. Wer sein Haus als Ganzes betrachtet, findet dazu die Elektroinstallation im Haus sicher verstehen und planen als ruhige Ergänzung.

Was hält der Spiegel bei Wind und Wetter aus?

Mit abnehmender Wellenlänge nähern sich Mikrowellen den Eigenschaften von Licht, deshalb müssen Rauheit und Strukturmasse der reflektierenden Flächen unter etwa einem Viertel der Wellenlänge liegen, bei Mikrowellen also im Millimeter- bis Zentimeterbereich. Oft genügen daher auch Metallgitter, um die Strahlung zu reflektieren, und dadurch sinken Windlast und Masse. Die ehemalige Antenne des Arecibo-Observatoriums mit 304,8 m Durchmesser war keine Parabolantenne, sondern eine sphärische Antenne, und das Gleiche gilt für den Hauptspiegel des chinesischen FAST mit 520 m Durchmesser. Ein Hornstrahler erreicht einen Wirkungsgrad von über 80 Prozent, doch sein Maximalgewinn bleibt auf 25 dBi begrenzt, während die Parabolantenne einen Wirkungsgrad von 50 bis 70 Prozent erreicht und nur sinnvoll ist, wenn ein hoher Gewinn und ein kleiner Öffnungswinkel gefordert sind.

Warum muss der Lack matt bleiben?

Der Durchmesser sollte gross im Verhältnis zur übertragenen Wellenlänge sein, als untere Grenze gilt etwa das Achtfache der Wellenlänge. Geostationäre Satelliten senden mit Hornstrahlern ohne Reflektor, wenn sie einen möglichst grossen Teil der Erdoberfläche ausleuchten wollen, denn vom Satelliten aus erscheint die Erde unter einem Winkel von rund 17 Grad. Eine Parabolantenne könnte diesen grossen Öffnungswinkel nur bei einem Durchmesser von 4 Wellenlängen erreichen, allerdings mit deutlich schlechterem Wirkungsgrad und unschöner Strahlungscharakteristik. Die Oberfläche des Parabolspiegels kann zum Schutz vor Korrosion oder zur Anpassung an die Umgebung mit Lacken oder Pulverbeschichtungen behandelt werden, doch Klebefolien und Kunstharzlacke sind ungeeignet, weil sie zusätzliche Dämpfung im Empfangsweg verursachen. Der Lack sollte matt sein, weil bei einem Sun-Outage die Sonnenstrahlung auf das Horn reflektiert wird, wenn die Sonne hinter dem Satelliten steht, und die gebündelten Strahlen das Horn sonst überhitzen und zerstören.

Stelle deinen Spiegel so auf, dass er freie Sicht zum Himmel hat, fast senkrecht steht und kein Schnee liegen bleibt, und richte ihn in kleinen Schritten auf den gewünschten Satelliten aus und prüfe nach jedem Schritt Bild und Pegel am Empfänger.