Radio 24

Der weltweit stärkste und am höchsten gelegene Sender

Damals wurde die Sendeantenne von Radio 24 von der Firma Kathrein-Werke KG (heute KATHREIN Broadcast GmbH) aufgebaut. Unten folgt ein Ausschnitt aus einem E-Mail-Kontakt mit Dipl.-Ing. (FH) Wolfgang Niedhammer, KATHREIN Broadcast GmbH, mit Sitz in Rohrdorf und mit Dipl.-Ing. Hans Niedermayr, der damals dieses Projekt direkt betreut hat und sich heute im Ruhestand befindet. Herr Niedhammer hat auch einige Dokumente im Archiv gefunden und freundlicherweise zur Verfügung gestellt.
 
Bild: Sendeantenne von Radio 24 auf dem Pizzo Groppera. Wiedergabe mit freundlicher Genehmigung KATHREIN Broadcast GmbH.

Allgemeines

Große analoge UKW-Hörfunksender versorgen üblicherweise eine Fläche mit einem Radius von nicht mehr als ca. 50-60 km rund um eine zentral im Versorgungsgebiet befindliche Sendeantennenanordnung. Bei den großen Anlagen wird der UKW-Radio-Sendeantennenanordnung eine Senderausgangsleistung von etwa 5 kW bis 20 kW zugeführt.[2] Für Reichweitenabschätzungen sollte als Minimalfeldstärke ein Pegel von 40 dB/(1µV/m) für Monoempfang angestrebt werden. Kommerzielle oder öffentlich-rechtliche Sendeanstalten nehmen als Minimum 60 dB/(1µV/m) an.[1] Nach ARD/DBP Richtlinien wurden 48 dB(1µV/m) für Mono-, bzw. 54 dB(1µV/m) für Stereo-Empfang im Versorgungsgebiet, zugrunde gelegt.[8] Wir werden auf diese Werte weiter unten noch zu sprechen kommen.

Wichtig ist die Fähigkeit der Sendeantenne die eingespeiste Leistung bevorzugt in Richtung zum Versorgungsgebiet auszusenden. Also Himmelsrichtung (Azimuth), und Neigung (Elevation) bei einer Sendeantenne mit Richtwirkung. Und selbst wenn es gelänge eine Antennenanlage zu konstruieren, welche die Hochfrequenzenergie in alle Raumrichtungen gleichmäßig verteilt (isotroper Kugelstrahler) - wäre der Einsatz einer solchen Antenne wohl nicht sonderlich hilfreich, da die meisten Rundfunkempfänger in Bodennähe vermutet werden können. Befindet sich der Senderstandort gar dicht bei einem Flughafen, und sendet dort ein Programm am oberen Ende des UKW-Hörfunkbandes, so muß die UKW-Abstrahlung nach oben sogar um bis zu 25 dB gedämpft werden, damit der oberhalb anschließende Frequenzbereich des Instrumenten-Lande-Systems (ILS) nicht gestört wird.[6]

In der Praxis werden daher mehr oder weniger vertikal bündelnde Antennenanordnungen verwendet. Betrachtet man deren Antennendiagramm von oben (Azimutaldiagramm) so erscheint dies weiterhin wie die eines Rundstrahlers. Von der Seite betrachtet jedoch wird die Verteilung der Sendeenergie in vertikaler Richtung deutlich (Elevationsdiagramm). Oft wird eine möglichst flache Bündelung angestrebt - um mit der teuren Sendeleistung ein möglichst großes (bodennahes) Gebiet mit dem UKW-Radioprogramm zu versorgen. "Um die Senderleistung optimal zu nutzen, muß die Hauptkeule so weit abgesenkt werden, daß die maximale Leistung zum Rand des Versorgungsgebietes abgestrahlt wird […] "[4] Diagramm

Schließlich spielen Beugungserscheinungen bei der Ausbreitung von Rundfunkwellen eine Rolle: "Als Beugung bezeichnet man den Effekt, daß el.-mag. Wellen auch in die geometrische Schattenzone eines Hindernisses eindringen. Je größer die Wellenlänge, desto stärker dringt das Feld in den Schattenbereich (z.B. Gebirgstäler) ein."[3] In der Praxis breiten sich somit auch die UKW-Frequenzen etwas über den Horizont hinaus aus, und nicht wie oft angenommen wird, nur bis zu dessen Rand.[1] Neben der Beugung an festen Hindernissen spielt auch der Dichtegradient innerhalb der Troposphäre eine Rolle. Deren Auswirkungen können anhand eines empirisch ermittelten Modell "Standardatmosphäre" abgeschätzt werden. Für die den theoretischen Krümmungsfaktor einer el.-magn. Welle über den geografischen Horizont hinaus, gilt dann k= 4/3.[3]

Eine weitere Rolle spielt die verwendete Antennenpolarisation. Alte Hasen der Antennen- und Sender-Systemtechnik wissen zu berichten, dass vertikal polarisierte Sende- und Empfangssysteme bei ansonsten gleichen Bedingungen durchaus etwa 5% bis 10% mehr Reichweite, bezogen auf den Kreisradius, erzielen werden. Vorausgesetzt, die Topografie des Versorgungsgebiets ist überwiegend eben mit aufgelockerter Bebauung, wie dies z.B. in den Niederlanden gegeben ist. Für den analogen TV-Rundfunk in Deutschland wurde bis zur Einführung von DVB-T horizontale Polarisation verwendet um den Mehrwegeempfang, der beim analogen Fernsehen oftmals störend sichtbare Geisterbilder zur Folge hatte etwas zu vermindern.[2] Mit Einführung von DVB-T ist dann der Sendebetrieb zunehmend auf vertikale Polarisation umgestellt worden. (Digitale TV Sendeanlagen wurden nicht generell auf vertikale Polarisation umgestellt, obgleich diese Polarisation für den Versorgungsgrad wohl etwas besser ist. Genauso gibt es auch noch horizontal polarisierte Anlagen, die auch funktionieren. Welche Polarisation, an welchem Standort zu verwenden ist, bestimmen in der Regel die Regulierungsbehörden. Ziel ist, ausreichend Interferenz Schutz und gute Entkopplung gegenüber anderen Gleichkanalsendern in entfernteren Sendeanlagen (auch Ausland) zu gewährleisten.)

Außerdem kann es, bei zwei oder mehreren UKW-Radios die räumlich dicht beieinander, und auf unterschiedliche Empfangsfrequenzen eingestellt sind, zu erheblichen Empfangsstörungen der höheren Frequenz bei einem Abstand von genau 10,7 MHz kommen. Dieser Effekt hängt mit der Signalaufbereitung in UKW-Radioempfängern bestimmter Bauart zusammen. Aus diesem Grund wechselte Radio24 von der ursprünglich verwendeten und bereits im Print beworbenen Sendefrequenz 101,6 MHz auf 103,5 MHz.

Denn exakt 10,7 MHz unterhalb der Radio24 Frequenz verbreitete bereits ein lokaler Sender auf der Frequenz 90,9 MHz sein Programm. Dies führte besonders zur Tageszeit und beim Empfang im fahrenden Auto zu den oben beschriebenen Interferenzen.[9] Wie stark sich die Zwischenfrequenz als Phantomsender in einigen Metern Entfernung bemerkbar machen kann, zeigen zwei Fotos am Ende dieses Artikels. Dort wurde ein auf 90,9 MHz abgestimmtes Transistorradio ein-, bzw. aus- geschaltet welches dicht neben der Empfangsantenne eines Spektrummonitors aufgestellt war. Drei der sichtbaren “Zacken” zeigen die empfangene Signalspannung von starken UKW-Rundfunksendern, die mit einer nicht optimal abgestimmten Stummelantenne in einem Innenraum in Hamburg empfangen wurden. Je länger der Zacken, desto stärker das Signal. Der längste Zacken im ersten Bild ist auf den Lokaloszillator des batteriebetriebenen Radios (Baujahr ca. 1991) zurück zu führen. Wie man sieht, erreichte die Signalamplitude in diesem Laborversuch die zu Beginn erwähnte Minimalfeldstärke von 40 dB/(1µV/m) und ist somit bis in einige Meter Umkreis zum UKW-Radio stärker als die “richtigen” Radiosender am Ort!

Mit diesem Rüstzeug ausgestattet - (zum Versorgungsgebiet passendes Antennendiagramm, geeignete Antennenpolarisation, Reichweitenbeeinflussung durch Beugungseffekte an Boden und Atmosphäre, mögliche technische Interferenzen) wollen wir nun *aufsteigen* um eine bereits aus technischer Sicht sehr interessante Sendeantennenanlage einmal ganz aus der Nähe zu betrachten.

Es handelt sich um die Sendeantenne des frühen Radio 24, welches Ende der 1970'er Jahre erstmals ein Privatradioprogramm über eine ungewöhnlich große Distanz von fast 130 km bis in den Großraum Zürich brachte – was zu der damaligen Zeit in der Schweiz aus vielerlei Gründen nicht ganz ohne war, und die Initiatoren des Projekts rund um Roger Schawinski dazu bewegte - trotz emotionalen Nähe zur Schweiz, doch lieber von der italienischen Seite der Alpen aus, genauer vom Gipfel des fast 3000 Meter hohen Pizzo Groppera, ihr Radioprogramm nach Zürich zu senden.

Der Rest ist Radiogeschichte und kann im Internet nachgelesen werden. Wer sich näher dafür interessiert, dem seien die Links am Ende dieses Artikels empfohlen.

Dieser Beitrag soll mit Schwerpunkt auf die technischen Daten dieser mit 10 Metern x 20 Metern Antennenfläche gewaltigen Antennenkonstruktion erfolgen. Welche enormen Herausforderungen mit der Errichtung und dem Betrieb in hochalpiner Lage verbunden waren sind bereits in dem Buch “Radio 24 – Die Geschichte des ersten freien Radios der Radio der Schweiz” sehr ausführlich beschrieben. Unser besonderer Dank gilt dem Unternehmen Kathrein-Werke KG (heute KATHREIN Broadcast GmbH), welches damals mit der Antennenkonstruktion betraut war, für die freundliche Genehmigung zur Wiedergabe von Texten und Abbildungen aus dem Buch FM- und TV-Sendeantennensysteme, 1989, KATHREIN-Werke KG, sowie Herrn Dipl. Ing. (FH) Wolfgang Niedhammer (Kathrein Broadcast GmbH) im Firmensitz Rohrdorf, sowie Herrn Dipl.-Ing. Hans Niedermayr für die Unterstützung bei der Recherche und geduldiges Beantworten unserer vielen technischen Fragen.


[1] http://senderbau.dharlos.de/TREICH.HTM

[2] Niedhammer, Wolfgang, (per Telef.), Fa. Kathrein Broadcast GmbH, Rosenheim 2020

[3] Grosskopf, Reiner, Dipl.-Phys. S.197, S.198, Kap.9.1, Ausbreitungsmechanismen elektro-magnetischer Wellen, FM- und TV-Sendeantennensysteme, Kathrein Werke KG, Rosenheim 1989 [+]

[4],[5] Obereder, Helmut, Dipl.-Ing. S.60,S.62, Kap.3.7, Schwenkung und Nullstellenauffüllung von Vertikaldiagrammen, FM- und TV-Sendeantennensysteme, Kathrein Werke KG, Rosenheim 1989 [+]

[6] mehrfache Kantenbeugung: S.205, Kap.9.2.2.2.2.1, Vorhersagen mit Berücksichtigung der Topographie zur Berechnung der Beugungsdämpfung [+]

[7] Obereder, Helmut, Dipl.-Ing. S.62, Kap.3.7.5, Modifikation des Vertikaldiagramms zur Vermeidung von Flugfunkstörungen [+]

[8] Stöcker, Friedrich, Dipl.-Ing. S.224, Kap.9.3.4, Versorgung [+]

[9] Radio 24 – Die Geschichte des ersten freien Radios der Schweiz, S.121

[+] FM- und TV-Sendeantennensysteme, Copyright Kathrein-Werke KG (heute KATHREIN Broadcast GmbH), Rosenheim 1989, Herausgeber: Dr. Othmar Gotthard, Gesamtherstellung: rother druck, München



E-Mail-Kontakt

Frage 1: Mich würde interessieren, ob die UKW-Wellen der Radio24-Sendeantenne an den Alpen gebeugt wurden und auf diese Weise die große Entfernung überbrücken konnten.

Niedhammer: UKW Radiowellen werden bis zu einem bestimmten, aber schwer zu definierenden Grad auch an Bergspitzen gebeugt. Für die Planung von Versorgung sollte aber davon nicht ausgegangen werden, da quantitativ nur schwer zu bestimmen = Glückssache.

Frage 2: Ich habe gehört, daß man früher eine Funkverbindung zwischen der BRD und West-Berlin über Reflexionen an höheren Luftschichten bei hoher Frequenz aufgebaut hat. Trifft das zu?

Niedhammer: Das kann durchaus sein, da Radiowellen bis zu einem gewissen Grad auch in den atmosphärischen Schichten gebeugt werden (frequenzabhängig, wetterabhängig, etc.). Eine klassische Vollversorgung kann man da wohl nicht planen (Zufall/Hoffnung/etc.).

Frage 3: Bei der folgenden Grafik ist zu erkennen, daß UKW-Wellen weit über den Horizont hinaus empfangen werden können. Also nicht nur auf Sicht, wie man allgemein hin annimmt.

Niedhammer: Radiowellen folgen auch der Erdoberfläche über den Horizont hinaus, bevor sie in den "Weltraum" übergehen. Fachleute sprechen vom "radiooptischen Horizont". Beispiel: Sichthorizont = 50 km, radioptischer Horizont = ca. 60 km (oder so). Diesen Umstand begegnet man dadurch, dass man nicht mit dem Erdradius r rechnet, sondern mit 4/3 des Erdradius.

Frage 4: Mit wieviel Grad Elevation war ggfs. die Hauptkeule ausgerichtet

Niedermayr: Genau genommen ist das nicht so wichtig, weil die vertikale Halbwertsbreite des Strahlungsdiagrammes groß genug ist. Wenn man es nach der Theorie richtig machen möchte, senkt man das Vertikaldiagramm ca. 0.5 bis 0.7 Grad ab, weil dann das Maximum zum sog. Radiohorizont zielt. Das haben wir sicherlich auch bei Radio24 so gemacht.

Frage 5: Welche Senderausgangsleistung wurde in die Antennenanlage eingespeist, um die im Buch genannten ca. 14 MW (EIRP) in der Hauptrichtung zu erzielen?

Niedermayr: Wie auch an mehreren Stellen im Internet zu lesen ist, waren es 50 kW. Mit der Sendertechnik hatte jedoch meine Firma nichts zu tun. Details zur Berechnung der Strahlungsleistung kann ich heute nicht mehr nennen, da die Berechnungsunterlagen von damals nicht mehr vorhanden sind. Ich kann nur sagen, dass die Anlage auf höchstmöglichen Gewinn dimensioniert war.

Frage 6: Die Halbwertsbreite der Hauptkeule (gemäß Buchdaten): 7 Winkelgrad in der Horizontalen. Aus unserem Telefonat erinnere ich, daß etwa 14 Grad in der Vertikalen anzunehmen sind?

Niedermayr: Das sollte so stimmen. Ohne Garantie auf Richtigkeit, denn ich kann es nicht mehr überprüfen, die Unterlagen aus der Projektierungszeit sind nicht mehr vorhanden.

Frage 7: Ich habe gehört, dass das Antennendiagramm nachträglich mittels Phasengliedern um einige Grad geschwenkt wurde, um den Großraum Zürich besser zu erreichen?

Niedermayr: Das ist richtig. Es besteht ja bei weitem keine direkte Sichtverbindung. Die Beugung des Signals an den Bergkanten führte dazu, dass Zürich auf einer Stadtseite besser versorgt war als auf der anderen. Das könnte auch heute noch nicht sicher vorausberechnet werden. Ein elektrisches Schwenken des Horizontaldiagrammes brachte die gewünschte Korrektur/Verbesserung.

Frage 8: Wie erfolgte die Ausrichtung der Antenne? (Stand Ende 1979 bereits GPS zur Verfügung, bzw. welcher technischen Hilfsmittel hat man sich bedient um die Anfangspeilung zu bestimmen. (siehe auch Frage 6))

Niedermayr: Es gibt ja schon seit sehr, sehr langer Zeit recht genaue Koordinaten für markante geografische Orte. (Vermessungstechnik/Kartografie). Man sucht sich also Punkte in der Landschaft (Berggipfel), die man dann optisch anpeilen, deren Koordinaten man kennt und bestimmt relativ dazu den erforderlichen Drehwinkel. Das täglich Brot der Vermessungsleute. Eine Winkelmessung in einer Landkarte und die Übertragung mit dem Kompass ginge mit höchster Wahrscheinlichkeit schief.

Herzlichen Dank für die Beantwortung der Fragen!



Bilder und PDF-Dateien von Kathrein

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Radio_24-Report_1.pdf von http://www.wabweb.net/radio/
Radio_24-Report_2.pdf von http://senderbau.egyptportal.ch/
Radio_24-Report_Funkschau.pdf
Radio_24-Report_Schweizer_Lokaradio_Szene_.pdf
Radio_24_Italy.pdf
Hinweise_zur_Berechnung_Empfangsfeldstärke_Niedhammer_1985_.pdf

Bilder aus dem Buch "FM- und TV-Sendeantennensysteme"

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Copyright der eingescannten Buchseiten: 1989 KATHREIN Broadcast GmbH.
Wiedergabe mit freundlicher Genehmigung.

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