Stralengang in paraboolantenne

Straalverbindingstoren Rotterdam

 Schets straalverbindingsnetwerk

Straalverbindingsnet voor TV in 1965

 Mobiele straalverbinding jaren'70

Eerste straalverbindingsroute voor telefonie

Straalverbindingstoren bij voormalige districtscentrale Den Haag

Overzicht straalverbindingsnet telefonie

Toren Lopik met veel grote parabolen voor telefonie

Paraboolantenne met zend / ontvanger voor verbinding met mast in het mobiele netwerk

Toren Lopik in 2014 met veel kleine parabolen

Langs een rechte lijn

Techniek achter de straalverbinding

Om via de “lucht” met radiosignalen te kunnen communiceren heeft men zenders, ontvangers  en antennes nodig.  Antennes waren oorspronkelijk draden die tussen twee punten werden gespannen en waarop een zender en/ of ontvanger werd aangesloten. Zo kon men via het uitgezonden radiosignaal draadloos een bestemming bereiken. Dit soort antennes straalt alle kanten op. Dat is zeer gewenst als men een heel gebied rondom de antenne wil bestrijken met het radiosignaal. Denk bijvoorbeeld aan de omroep. Daarom stonden in de beginjaren van de landelijke omroep de middengolf antennes ook in Lopik. Van daaruit werden de middengolf radio ontvangers in bijna heel Nederland bereikt.
Maar als je maar één ontvanger hoeft te bereiken dan komen de radiosignalen met een dergelijke antenne in gebieden waar het niet nodig en zelfs ongewenst kan zijn. Het is dan beter dat het radiosignaal gericht wordt op die ene ontvanger. Dan gaat er minder energie verloren en is het beter te waarborgen dat anderen niet meeluisteren. Met de ontwikkeling van de parabool antenne werd het mogelijk om de radiosignalen te bundelen. Het principe is dat het radiosignaal dat in het brandpunt van een parabool wordt uitgestraald reflecteert tegen het parabolische oppervlak en er dan evenwijdig aan de as van de parabool weer uit komt. In het brandpunt van de antenne wordt dan een “belichter” geplaatst wat meestal ook een antenne is, maar dan een die rondom straalt. Essentieel hierbij is de ontwikkeling van zend- en ontvangtechnieken op zeer hoge frequenties, 1 GHz en hoger, dus met zeer kleine golflengtes. Dat maakte de bouw van paraboolantennes met praktische afmetingen mogelijk.
Voor meer informatie over antennes zie de referenties aan het eind van dit artikel.

Voor een goede signaaloverdracht bij een straalverbinding moeten de zender en de ontvanger elkaar kunnen zien. Doordat de aarde rond is moeten de parabolen van de zender en de ontvanger de hoogte in om niet achter de horizon te verdwijnen. Hoe hoger ze staan des te verder ze uit elkaar kunnen worden gezet  zonder uit elkaars zicht te geraken. Onder de Nederlandse omstandigheden, met torens en daarmee antennes  van rond de 100 meter hoog, kunnen  afstanden tot 50 km worden overbrugd. Kan je de antennes hoger plaatsen dan is de afstand die je kunt overbruggen ook groter. Denk hierbij aan straalverbindingen in berggebieden.
Het maximaal haalbare wordt bereikt met satellietverbindingen waar ook met parabool antennes wordt gewerkt. Daarbij staat de satelliet afhankelijk van de toepassing 200 tot 300.000 km van de aarde. Zie hiervoor het canon venster “Signalen uit de ruimte”.

Er bestond al heel snel de behoefte om de ontvanger en de zender bij een straalverbinding verder uit elkaar te zetten dan een kilometer of vijftig. Denk bijvoorbeeld aan eilandengroepen in diverse oceanen. Men liet dan het radiosignaal tegen een ionenlaag in de atmosfeer reflecteren. Met name in de tropen zijn de omstandigheden daarvoor gunstig.  Dan kan de straal ook grotere afstanden tot honderden kilometers afleggen. Echter omdat die lagen variëren in hoogte en reflectie is deze methode van afstandsoverbrugging met straalverbindingen in de praktijk gecompliceerd omdat het signaalniveau flink kan variëren aan de ontvangstkant. Met de komst van satellieten is deze methode in onbruik geraakt.

De start van straalverbindingen in Nederland

De straalverbindingen zijn in Nederland in eerste instantie ingezet om het TV signaal tussen de studio(s) en de verschillende TV zenders te transporteren. Met straalverbindingen was dat transport het in midden van de vorige eeuw namelijk veel goedkoper dan met de toenmalige transmissietechniek: draaggolf over koperaders van speciaal daarvoor gelegde kabels. Ook een heel hoge toren bouwen waarvandaan heel Nederland met één TV zender kon worden bestreken was niet mogelijk, deze toren zou circa 2,6 km hoog moeten worden.
Er is daarom een TV-net ontwikkeld met in eerste instantie 5 uitzendlocaties, Goes, Lopik, Markelo, Roermond en Smilde. Na enkele jaren is daar Wieringermeer aan toegevoegd. Waar de afstanden tussen de torens te groot waren om een straalverbinding te kunnen maken  zijn tussenliggende torens gebouwd, zie figuur 4. Ook werden er al gelijk verbindingen met België en Duitsland gerealiseerd.

Ten behoeve van tijdelijk verbindingen voor TV-reportages werden er in die tijd mobiele straalverbindingen ontwikkeld. Die bestond aan de zendkant uit een paraboolantenne op een uitklapbare mast gemonteerd op een vrachtauto.   Aan de ontvangstkant was er de TV toren waar de verplaatsbare paraboolantennen op werd gericht. Vanaf de TV toren kon er gekoppeld worden met het landelijke straalverbindingsnet dat de torens met elkaar en de TV studio’s verbond. Tegenwoordig gebruikt men hiervoor satellieten i.p.v. TV torens. Het grote voordeel daarvan is  dat de antenne direct op het dak van de reportage auto kan worden geplaatst omdat die meestal wel te parkeren valt met vrij zicht op een satelliet.

Straalverbindingen hadden in hun begintijd regelmatig hinder van buien of regen die door het straalpad trokken. Door z.g.n. “diversity” technieken is de verstoring sterk teruggebracht. Deze techniek houdt in dat er gekozen kan worden voor een alternatief straalpad als dat op enig moment minder verstoring ondervindt. Eén mogelijkheid is dat er tussen twee frequenties geschakeld kan worden op één straalpad.  De demping van een radiosignaal hangt namelijk ondermeer af van zijn frequentie en de grootte van de (regen)druppels in het straalpad. Door een juiste keuze van de gebruikte frequenties is er dan altijd een pad dat minder demping heeft als er een bui door een straalpad trekt. Een andere mogelijkheid is dat er twee afzonderlijke straalpaden zijn waartussen kan worden geschakeld.

Het gebruik van straalverbindingen voor telefonie

Vanaf het midden van de vorige eeuw groeide het interlokale telefoonverkeer sterk. Dat telefoonverkeer werd traditioneel door kabels getransporteerd, maar het was op een gegeven moment te duur om het toenmalige draaggolf kabelnet maar te blijven uitbreiden. Iedere 7 jaar verdubbelde het telefoonverkeer. Met de straalverbindingstechniek toegepast op de reeds bestaande TV torens en aangevuld met enkele hulptorens werd het mogelijk om relatief goedkoop  het telefoonverkeer over grote afstanden te transporteren. Daarbij kwam dat een straalverbinding sneller gerealiseerd kon worden dan het bijleggen van kabels als de torens er eenmaal stonden.
Na wat kleinere projecten werd daarom in 1962 besloten om de verbinding Maastricht - Eindhoven als eerste naast de bestaande draaggolfkabel met een straalverbinding via Roermond uit te breiden.  Op 3 september 1962 werd de straalverbinding in dienst gesteld.
Teneinde het telefonienet te kunnen koppelen met het landelijke straalverbindingsnet moesten er straaltorens bij de zogenaamde districtscentrales (regionale knooppunten van het telefoonverkeer) worden gebouwd.  Om de districtscentrales in de Randstad (Amsterdam, Rotterdam, Den Haag, Utrecht) via de straal met elkaar te verbinden werd er nog een toren in Alphen gebouwd. Eind jaren zeventig van de vorige eeuw had men een landelijk dekkend straalverbindingsnetwerk voor de telefonie gereed. Over één draaggolfkabel konden in die tijd 1152 gesprekken worden gevoerd. Over een straalverbinding konden in aanvang 960 gesprekken gelijktijdig worden gevoerd. Deze capaciteit werd al snel verdubbeld.

Eind vorige eeuw was de glasvezeltechniek zover dat hierover goedkoper en met hogere capaciteit het telefoon- en later ook het internetverkeer kon worden afgewikkeld. Over twee glasvezels, twee omdat  gelijktijdig beide deelnemers aan een telefoongesprek willen kunnen horen, kan men 150.000 gesprekken tegelijkertijd voeren. Met de modernste technieken nog wel 1000 keer zoveel. Daarmee werd de rol van de straalverbinding in het nationale telefonieverkeer sterk teruggebracht.  Men ziet tegenwoordig op de straaltorens geen grote paraboolantennes meer voor telefonie, maar wel veel kleine voor specifieke gebruikers die daar ruimte voor hebben gehuurd.

Straalverbindingen nu

Naast de eerder genoemde verbindingen via satellieten voor TV reportages worden straalzenders o.a. nog gebruikt om de zendmasten voor het mobiele netwerk aan de diverse  landelijk netwerken van de mobiele providers  te koppelen.
Ook kan je als particulier of bedrijf vestingen met dataverbindingen via een straalverbinding met elkaar koppelen. Voorwaarde is wel dat er een zichtverbinding tussen die twee vestingen is of een zichtverbinding via een toren. Dat kan economisch interessant zijn omdat er dan geen vaste verbinding over een kabel hoeft te worden gehuurd of een eigen kabel gelegd moet worden.

Bij het inrichten van een straalverbinding is het mogelijk om van de voor WiFi gereserveerde frequenties gebruik te maken of een specifieke frequentie buiten het WiFi gebied te gebruiken.
Indien men kiest  voor de WiFi band voor een straalverbinding  hoeft hiervoor  geen vergunning  te worden aangevraagd, mits er aan de regels van het WiFI gebruik wordt voldaan wat betreft frequentie en vermogen. Het nadeel is dat iedereen van die frequenties gebruik kan maken. Daardoor neemt de kans op storing toe. Het is dan ook raadzaam om dan van de 5GHz WiFi band in plaats van de veelgebruikte 2,5 GHz gebruik te maken.
Het voordeel van 5 GHz is minder gebruikers, meer kanalen en er mag met meer vermogen gezonden worden.  Nadeel is dat het bereik wat minder is.

Ook bestaat er de mogelijkheid om een frequentie te reserveren voor een specifiek gebruik. Dat is er wel vergunningplicht en er moet een bepaald bedrag per jaar voor betaald worden. De vergunning kan aangevraagd worden bij het Agentschap Telecom.

Bij de afweging van (glas)kabel versus straalverbinding spelen naast de prijs een aantal andere factoren mee, te weten:

De betrouwbaarheid van de verbinding.
Grosso modo zijn die voor glasvezel en straalverbinding ongeveer gelijk. Een factor die de betrouwbaarheid mede bepaald is de beschikbaarheid. Deze kan worden uitgedrukt in het percentage van de tijd dat de verbinding beschikbaar is. Het kan nuttig zijn om voor verbindingen die echt cruciaal zijn voor een bedrijf of instelling zowel een glasvezel als een straalverbinding te gebruiken. Mits goed ontworpen kunnen daar beschikbaarheden van 99,999 % van de tijd mee worden gehaald. Dat is een uitval gelijk aan maximaal 5 minuten per jaar.

De capaciteit.
Omdat een glasvezelkabel van meerdere kleuren en vezels gebruik kan maken is de capaciteit ervan  hoger dan een straalverbinding  Een standaard straalverbinding heeft een maximale capaciteit van 1 Gigabit/sec).  Deze is voor de meeste toepassingen wel voldoende. De capaciteit van een glasvezel  is afhankelijk van de gebruikte techniek. Deze ligt in aansluitnetten nu in de buurt van 10 Gigabit/sec, maar veel hogere snelheden komen ook al voor binnen communicatienetwerken.

De tijd nodig voor aanleg.
In de meeste gevallen zal een straalverbinding, mits er een zichtpad beschikbaar is, sneller aan te leggen zijn.

Wie gaat er nu over de straalverbindingen in Nederland?

Tot het begin van deze eeuw waren de opstelpunten voor landelijke straalverbindingen grotendeels in handen van KPN. Een voorwaarde gesteld aan KPN was dat zij haar torens moest afstoten in ruil voor toestemming om Nozema (Nederlandse omroepzender maatschappij) te mogen aankopen.  Dit leidde ertoe dat de firma Alticom de TV en straalverbindingstorens van KPN heeft overgenomen. Alticom biedt geen straalverbindingen aan, maar stelt ruimte voor parabolen en apparatuur beschikbaar voor geïnteresseerde partijen. Verder richt Alticom in veel torens nu datacenter ruimtes in waarvan delen gehuurd en verder ingericht kunnen worden door bedrijven. Alticom is inmiddels overgenomen door Cellnex, een belangrijke infrastructuur provider in Europa.
Daarnaast zijn er veel bedrijven die de benodigde apparatuur en kennis om een straalverbinding aan te leggen kunnen leveren op internet te vinden.
Een vergunning voor een straalverbinding buiten de WiFi band is bij het Agentschap Telecom aan te vragen.

Bronnen en Illustraties

Voor het samenstellen van dit venster zijn publicaties van de toenmalige PTT geraadpleegd waaronder:
- Van kabel tot straalverbinding
- Straalverbinding Maastricht- Mierlo in dienst gesteld
- Straaltelefoon

Illustraties:

- Houweling Telecommuseum

- Archief Omroep Zender Museum

Nadere informatie:
- Boek: ELEKTROMAGNETISCHE VOORTPLANTING (uitverkocht)
  Auteur: A Marijs
  Uitgever: Uitgeverij Kluwer Bv
  ISBN 9789055760732
 -Boek: ANTENNA THEORY AND APPLICATIONS
  Auteur; Hubregt J. Visser
  Uitgever: John Wiley & Amp; Sons inc
  ISBN 9781119945215
 
Voor zoeken op het www gebruik zoektermen als “antennetechniek” (Nederlands)  of “antenna types” (Engels)
Website Cellnex, de huidige eigenaar van de (media) torens
https://cellnextelecom.nl/