Sendeanlage
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Eine Sendeanlage (kurz Sender) ist eine Einrichtung zur Erzeugung und Abstrahlung von elektromagnetischen Wellen. Sie besteht grundsätzlich mindestens aus einem Oszillator und einer Sendeantenne. Ist eine Nutzung zur Nachrichtenübermittlung vorgesehen, so ist auch stets eine Einrichtung zur Modulation der Schwingung nötig.
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[Bearbeiten] Geschichte
In der Anfangszeit der Funktechnik wurden Sendeanlagen gebaut, bei denen die Schwingungserzeugung mit Lichtbögen oder Maschinen erfolgt (z. B. Längstwellensender Grimeton). Aber schon in den 1920er Jahren setzte sich in diesem Bereich die Elektronik (mit Vakuumröhren) durch.
[Bearbeiten] Elektromagnetische Vorgänge
Prinzipiell kann eine Oszillatorschwingung direkt auf die Antenne gegeben werden. Da aber der Oszillator im allgemeinen eine zu geringe Leistung erzeugt, befinden sich zwischen Oszillator und Antenne meistens noch mehrere Verstärkerstufen, um die Sendeleistung zu erhöhen. Häufig wird nicht die vom Oszillator erzeugte Frequenz als Sendefrequenz verwendet, sondern eine Oberwelle. Diese wird aus der Schwingung hinter einer Verzerrerschaltung in Form eines übersteuerten Verstärkers mit LC-Gliedern herausgefiltert und dann verstärkt. In modernen Anlagen kommen auch Oszillatoren nach dem Synthesizerprinzip zum Einsatz. Bei Normalfrequenzsendern wird die Trägerfrequenz des Senders von einer Atomuhr erzeugt und durch Frequenzteilung und -vervielfachung auf den gewünschten Wert gebracht. Da dieses Verfahren, welches höchste Konstanz der Trägerfrequenz liefert, sehr aufwendig ist, kommt es für die meisten Anlagen nicht in Frage. Bei der Erzeugung und Verstärkung entstehen Oberwellen. Diese dürfen im Regelfall nicht über die Antenne abgestrahlt werden und müssen mit Sperrkreisen abgeblockt werden. Als Verstärkerelemente kommen insbesondere in Endstufen hoher Leistungen noch Röhren zum Einsatz. Bei hohen Sendeleistungen werden diese häufig mit Wasser gekühlt. Für Mikrowellen-Sendeanlagen sind spezielle Halbleiterbauelemente oder Laufzeitröhren, wie Klystrons oder Magnetrons nötig. Die zu übertragenden Informationen werden dann durch Modulation der Trägerfrequenz aufgeprägt.
[Bearbeiten] Kühlung der Endstufe
Sendeanlagen für kleine Leistungen benötigen keine besondere Kühleinrichtungen. Für mittlere Sendeleistungen wird die herkömmliche Luftkühlung verwendet. Für große Leistungen wird schon seit 1930 die Wasserkühlung der Endstufe angewandt. Da in diesen hohe elektrische Spannungen zum Einsatz kommen, kann nur destilliertes deionisiertes Wasser im Kühlkreislauf verwendet werden. Dieses Wasser gibt in einem Wärmetauscher seine Wärme an einem zweiten Kreislauf ab, in dem das Wasser keinen besonderen Reinheitsanforderungen genügen muss, da es mit keinen spannungsführenden Komponenten in Kontakt kommt.
Bei Hochleistungsröhren wird heute die Siedekondensationskühlung angewandt. Bei dieser Technik sind Dampferzeugung und Kondensation räumlich nicht voneinander getrennt. Das Kühlmittel durchfließt den Kühlkanal, der mit zur Anodeninnenseite hin orientierten Nuten ausgestattet ist. Der in diesen Nuten entstehende Dampf gerät in den Hauptkühlkanal, wo er verwirbelt wird und wieder kondensiert. Da sich dieser Vorgang bei Temperaturen von über 100 Grad Celsius abspielt, können mit diesem Kühlverfahren mit relativ kleinen Röhren große Leistungen erzeugt werden.
[Bearbeiten] Stromversorgung
Manchmal werden Sendeanlagen zur Erhöhung der Versorgungssicherheit aus einer weitaus höheren Spannungsebene als nötig gespeist. So werden bzw. wurden die französischen Großsender Allouis und Roumoules, sowie Konstantynow in Polen aus dem Hochspannungsnetz (110 kV in Allouis und Konstantynow, 150 kV in Roumoules) gespeist, obwohl eine Stromversorgung aus der Mittelspannungsebene (ca. 20 kV) auch den Leistungsbedarf hätte decken können. [1], [2]
[Bearbeiten] Antenne
Der Typ der Antenne hängt vom Frequenzbereich ab. Für Längstwellen werden meistens Schirmantennen, für Lang- und Mittelwellen selbststrahlende Sendemaste, für Kurzwellen und UKW Dipolantennen sowie für Mikrowellen Parabolantennen verwendet.
Für weitere Informationen siehe Sendeantenne.
[Bearbeiten] Schutzschaltungen
Da in Sendeanlagen größerer Leistungen große Ströme bei hohen Spannungen (bis zu 20 kV) fließen können und Sendeanlagen einem erhöhten Überspannungsrisiko, bedingt durch den meistens exponierten Antennenträger, ausgesetzt sind, müssen umfangreiche Schutzschaltungen vorgesehen werden, um den Betrieb der Anlage zu gewährleisten und um teure Anlagenkomponenten so gut wie möglich vor Zerstörung zu schützen. So muss zum Beispiel bei fast allen Anlagen sehr sorgfältig darauf geachtet werden, dass der Sender stets mit angeschlossener Last (Antenne) betrieben wird. Ist dies durch eine Störung nicht der Fall, muss dieser sofort abgeschaltet werden. Ansonsten kann die Endstufe zerstört werden. Bei röhrenbestückten Sendern ist durch eine Automatik dafür zu sorgen, dass zuerst die Heizspannung an den Röhren anliegt und die Anodenspannung erst nach dem Aufheizen angelegt wird. Andernfalls unterliegen die Röhren erhöhtem Verschleiß. Wichtig ist auch eine Überwachung des Stehwellenverhältnisses. Es beschreibt, wie groß der Anteil der abgestrahlten Hochfrequenzleistung im Verhältnis zur erzeugten Hochfrequenzleistung ist. Es soll möglichst nahe 1 liegen. Ist dies nicht der Fall, kann im Antennenkreis ein (versteckter) Überschlag stattgefunden haben. Der Sender wird dann unverzüglich abgeschaltet. Der Schutz vor Überspannungen ist von großer Wichtigkeit, insbesondere bei Verwendung eines isolierten selbststrahlenden Sendemasten als Sendeantenne oder bei Sendeantennen an der Spitze des Antennenträgers. Hier wird als Grobschutz eine Funkenstrecke zwischen Antenne und Erde geschaltet, die bei Blitzschlag zündet. Einen Feinschutz gewähren zusätzliche gasgefüllte Überspannungsableiter. Das oben erwähnte Überwachungsgerät zur Messung des Stehwellenverhältnisses schaltet den Sender kurzzeitig ab, falls nach einen Blitzschlag das Stehwellenverhältnis nicht mehr stimmt. Es unternimmt mehrere Einschaltversuche. Stimmt es auch nach diesen nicht, ist die Antenne schadhaft und der Sender bleibt abgeschaltet. In manchen Sendeanlagen befinden sich an kritischen Stellen auch UV-Detektoren. Tritt an diesen kritischen Stellen ein Lichtbogen auf, wird über diese Sensoren der Sender abgeschaltet, so dass der Lichtbogen erlischt. Er wird nach einer bestimmten Zeit wiedereingeschaltet. Bei wassergekühlten Endstufen muss die elektrische Leitfähigkeit des Wassers sorgfältig überwacht werden. Übersteigt sie einen bestimmten Wert, müssen geeignete Gegenmaßnahmen (Zufüllen von hochreinen Wasser oder Abschalten des Senders) durchgeführt werden. Weiterhin werden auch der Modulationsgrad, die Betriebsspannung, die Sendefrequenz und weitere Betriebsparameter überwacht. Die Auswertung geschieht entweder vor Ort oder von einer entfernten Leitstelle, zu der diese Werte (drahtgebunden oder drahtlos) übermittelt werden.
[Bearbeiten] Gebäude
Bei großen stationären Anlagen ist für die Unterbringung der technischen Geräte ein entsprechendes Gebäude, das Sendergebäude vonnöten. Dieses meistens als reiner Zweckbau ausgefürte Bauwerk befindet sich bei Sendeanlagen für UKW und TV unmittelbar neben den Antennenträger, bei Sendeanlagen für Längst-, Lang-, Mittel- und Kurzwelle aus strahlungstechnischen Gründen häufig 30 bis 600 Meter von der Sendeantenne entfernt. Es gibt auch Sendetürme, in denen Räume für die Aufnahme von Sendegeräten vorhanden sind. Solche Bauwerke werden für Richtfunk- und UKW-Sender eingesetzt.
[Bearbeiten] Rechtliches
Da sich Funkwellen über Grenzen hinweg ausbreiten, ist für Sendeanlagen in Frequenzbereichen, in denen große Reichweiten möglich sind, eine internationale Koordinierung, wie sie zum Beispiel im Genfer Wellenplan festgelegt ist, nötig. In Deutschland kontrolliert die Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen diesen Bereich. Eine illegale Sendeanlage wird auch als Schwarzsender bezeichnet. Seit 2006 ist in Deutschland der Betrieb von UKW-Sendern mit kurzer Reichweite von einigen Metern (bis zu 50 nW ERP) erlaubt, z.B. zur Übertragung der Signale eines MP3-Spielers zum Autoradio (Griffin iTrip für iPod, Belkin Tunecast II).
[Bearbeiten] Planung
Die Planung einer Sendeanlage großer Leistung erfordert große Sorgfalt, denn Fehlplanungen können sehr teuer werden. Dies beginnt bei der Wahl des Standorts. Aus Gründen der EMVU und des Schutzes vor Elektrosmog ist ein Mindestabstand zu Wohnhäusern einzuhalten, der von der Sendefrequenz und der Bauart der Sendeantenne abhängt. Sender für Lang- und Mittelwelle errichtet man an einem Standort von hoher elektrischer Bodenleitfähigkeit, um eine gute Erdung zu gewährleisten. Hierfür sind Standorte am Meer oder in Flussniederungen ideal, wobei natürlich stets die Hochwassergefahr bedacht werden muss. Sendeanlagen für UKW baut man am besten auf hohen Bergen. Man kann von dort mit niedrigen Antennenträgern größere Gebiete versorgen. Es ist auch wichtig zu klären, ob ein Sender mit einem gegebenen Richtstrahldiagramm auch in Zukunft betrieben werden kann. Eine Änderung des Richtstrahldiagramms kann insbesondere bei Lang- und Mittelwellensendern sehr teuer werden, wenn hierfür Antennenmasten auf- und abgebaut werden müssen.
Als Sendeantennen für Lang- und Mittelwellensender werden meistens selbststrahlende Sendemasten verwendet, die entweder gegen Erde isoliert sind und am Fußpunkt gespeist werden oder auch als geerdete Konstruktionen ausgeführt sind, die über mit den Pardunen verbundene Hilfsseile gespeist werden. Auch Reusenantennen und Langdrahtantennen an geerdeten Türmen und Masten kommen zum Einsatz. Gelegentlich kommen auch T-, L- und Dreieckflächenantennen zum Einsatz. Sendeantennen für Lang- und Mittelwelle werden meistens als abgespannte Masten ausgeführt. Ähnliche Antennen mit kleineren Abmessungen werden auch für Kurzwellensender verwendet, wenn diese im Rundstrahlbetrieb senden. Für Richtstrahlung werden an freistehenden Stahltürmen befestigte Dipolwände verwendet. Antennenträger für UKW- und TV-Sender können grundsätzlich als geerdete Konstruktionen ausgeführt werden. Es kommen sowohl abgespannte Stahlfachwerkmasten als auch freistehende Stahl- und Stahlbetontürme zum Einsatz, wobei sich die Sendeantennen auf der Spitze befinden. Manche Sendetürme für UKW verfügen über hochgelegene Betriebsräume und/oder über touristische Einrichtungen wie Restaurants und Aussichtsplattformen, die über einen Aufzug zugänglich sind. Solche Türme werden meistens als Fernsehturm bezeichnet. Für Mikrowellen verwendet man häufig Parabolantennen. Diese können für Richtfunkanwendungen auf Sendetürmen für UKW auf speziellen Plattformen aufgestellt werden. Für die Programmzuspielung von Fernsehsatelliten und den Funkkontakt zu Raumflugkörpern sind große Parabolantennen mit Durchmessern von 3 bis 100 Metern Durchmesser nötig. Diese Anlagen, die ggf. auch als Radioteleskop genutzt werden können, werden auf freistehenden Konstruktionen errichtet, wobei es auch zahlreiche Sonderkonstruktionen gibt, wie das Radioteleskop in Arecibo.
[Bearbeiten] Standortangaben
Da Sendeanlagen meistens außerhalb geschlossener Ortschaften liegen, ist es weit verbreitet, bei der Angabe des Standorts von Sendeanlagen auch die geographischen Koordinaten anzugeben. Es wird hierbei meistens der Standort der (im Regelbetrieb verwendeten) Sendeantenne verwendet. Bei der Bezeichnung des Ortsnamens sollte stets der Ort genannt werden, auf dessen Gemarkung sich die Sendeanlage befindet. Aus Verschleierungsgründen wurde dies in der ehemaligen Sowjetunion und den Staaten des ehemaligen Ostblocks meistens nicht gemacht, sondern der nächstgrößere Ort genannt. Bei Sendeanlagen auf Berggipfeln wird meistens der Name des Gipfels genannt, manchmal aber auch die Gemarkung des Ortes, auf dem sich dieser Gipfel befindet. Aus diesem Grund gibt es für zahlreiche Sendeanlagen oft mehrere Standortbezeichnungen.
[Bearbeiten] Kulturelle Bedeutung
Manche Städte, wie Mühlacker, Ismaning, Langenberg, Kalundborg, Hörby und Allouis wurden als Standorte leistungsfähiger Sendeanlagen weit bekannt. Manche Sendetürme wie der Berliner Fernsehturm oder der Stuttgarter Fernsehturm wurden zu Wahrzeichen von Städten. Viele Sendeanlagen verfügen über sehr hohe Antennenträger, deren Realisierung oft eine bautechnische Höchstleistung war. Sie sind darum auch in der Rubrik Hohe Bauwerke aufgeführt.
[Bearbeiten] Rekorde
- Höchster Sendemast
- 1974–1991, Sendemast Radio Warschau in Konstantynów für 2000 Kilowatt Langwellensender, 648,38 Meter
- 1963–1974 und seit 1991, KVLY-Tower 628,8 Meter
- Höchste Sendeleistungen
- Langwelle, Sender Taldom 2500 Kilowatt
- Mittelwelle, Sender Bolshakovo 2500 Kilowatt
[Bearbeiten] Radiosender
Der Begriff Radiosender bezeichnet auch eine spezielle Sendeanlage, welche Musik, Sprache oder Daten mittels eines Modulators auf eine Sendefrequenz aufmoduliert, verstärkt und einer Antenne zuführt. Damit können Signale über große Distanzen übertragen und mit einem Radioempfänger empfangen werden. In Deutschland bedarf der Betrieb (nicht der Bau) einer Sendeanlage zum Zweck der Rundfunkübertragung einer Genehmigung durch die zuständige Landesmedienanstalt.
Als FM-Transmitter bezeichnet man schwächere, frequenzmodulierte Radiosender. Sie werden zur Übertragung von Musik und Sprache über kurze Distanzen benutzt. Anwendung finden derartige Radiosender z. B. im Autokino und bei tragbaren Musikabspielgeräten. Ein Beispiel hierfür ist der iTrip für den Apple iPod. Seit März 2006 sind diese Geräte auch in Deutschland von der Bundesnetzagentur zugelassen worden (sofern sie den Vorgaben entsprechen). Hauptanwendungsfall ist hier z. B. die Übertragung vom MP3-Player zum Autoradio.
