Sendeversuche in Straßentunnels

Üblicherweise werden Rundfunksignale im UKW- und DAB-Frequenzbereich über ein sogenanntes "Schlitzkabel" längs des Tunnels abgestrahlt. Dabei handelt es sich um ein Koaxialkabel mit Schlitzen in der Abschirmung die für einen definierten Signalaustritt sorgen. Ein solches Kabel muss an dessen Ende mit seinem Wellenwiederstand abgeschlossen werden.

Im Jahr 2001 / 2002 habe ich zusammen mit zwei Arbeitskollegen an der Beantwortung der Frage gearbeitet, inwieweit es Sinn macht UKW- oder DAB-Signale über eine Sendeantenne in einem Tunnel abzustrahlen und wie ein Versorgungsszenario mit Sendeantennen auschauen würde, um eine durchgehende Versorgung zu gewährleisten. 

Es war uns schon bekannt, dass ein Tunnel im Prinzip wie ein Hohlleiter (als Wellenleiter) eine Hochpassfunktion aufweist. Wir wollten aber herausfinden, ob mit den geometrischen Dimensionen eines zweispurigen Tunnels bereits der UKW-Hörfunk im Hochpassbereich der Tunnelröhre liegt oder nicht.

Daher unterhahmen wir drei Strahlungsversuche.

Die ersten beiden Versuche führten wir in den Tunnels Proveis (1712m lang, ca. 9m breit, ca. 60m² Querschnitt) und Staben (970m lang, 10m breit, ca. 65 m² Querschnitt) durch. Beide sind innen mit der üblichen Stahlbetonarmierung ausgekleidet. Die Strahlungsversuche in den Tunnels haben gezeigt, dass die Reichweite UKW bei ca. 250 m liegt, während der DAB-Frequenzbereich schon im Durchlassbereich des als Hohlleiter wirkenden Tunnels liegt, wenngleich dort Feldstärkeschwankungen zu verzeichnen waren. 
Die UKW Reichweite konnte durch die Erhöhung von 10 mW auf 20 W um lediglich 50m gesteigert werden. Es zeigte sich auch, dass die horizontale Polarisation für weniger Signaldämfung sorgt.

Somit bräuchte es bei diesen Tunnels ca. alle 500m eine UKW-Abstrahlung, während eine Sendeantenne für den DAB Bereich genügen könnte.

Im Jahr 2002 haben die Selben zwei Arbeitskollegen und Ich einen Strahlungsversuch im (ebenfalls zweispurigen)  Autobahntunnel der A22 "Piedicastello" bei Trient vorgenommen. Dieser Tunnel wurde nach einer Sanierung mit gerippten Aluminiumplatten und Kunststoffplatten ausgekleidet. Dieses Detail machte den Tunnel für weitere Messungen zur Hörfunkversorgung interessant und ließ uns erwarten, dass die Grenzfrequenz durch die Metallauskleidung nach unten sank.
Dieser Tunnel ist 912 m lang und besitzt zusätzlich eine 70 m lange Einhausung (Nordröhre), Er ist 9,75m breit und hat einen Querschnitt von ca. 66m².

UKW: 5W / DAB: 1W b.z.w. 0,01W

Dieser Versuch untermauerte die Richtigkeit der theoretischen Modelle zur Simulation der Ausbreitung elektromagnetischer Wellen in Tunnels. Obwohl weniger als die Hälfte des Querschnitts mit Aluminiumplatten ausgekleidet ist, sinkt die Dämpfungen in den untersuchten Frequenzbereichen so stark, dass schon mit geringr Leistung eine Versorgung möglich wird. Mit 5 W Geräteleistung im UKW-Bereich und 1W im DAB-Bereich kann dieser Tunnel von 1 km Länge mit guter Qualität versorgt werden.

Interessant zu beobachten ist auch der Einfluss der Polarisation der Sendeantenne. Wie schon bei den vorhergehenden Versuchen zeigte sich, dass die horizontale Polarisation deutlich bessere Ergebnisse als die vertikale liefert:

1.    Das Signal wird bei horizontaler Polarisation besser in die Röhre eingekoppelt. Die Feldstärkeunterschiede betragen - je nach Entfernung zur Sendeantenne – bis zu 10 dB bei UKW und 20 dB bei DAB.

2.    Die Stabilität des Signals ist bei horizontaler Polarisation deutlich besser. Es kommt nicht wie bei der vertikalen Polarisation zu starken Pegelschwankungen (vor allem in unmittelbarer Nähe zur Sendeantenne) in der Röhre. Diese werden hervorgerufen durch die Überlagerung von Teilwellen und führen zu Verzerrungen im Empfang.

  

Weiters konnten wir feststellen, dass die Position der Sendeantenne in Bezug zur Tunnelröhre keinen feststellbaren Einfluss auf das Signalverhalten im Tunnel hat (außer in unmittelbahrer Nähe zur Antenne, wo der Pegel aber mehr als ausreichend ist).

Zudem konnten wir in diesem Fall ein ‚lineares’ Verhalten der Signalstärke im Tunnel in Bezug zur Sendeleistung feststellen - die Feldstärken waren nun direkt proportional zu dieser.