Antennengewinn
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Der Antennengewinn gibt an, wieviel Leistung eine Antenne in ihrer Hauptrichtung bezogen auf eine Vergleichsantenne abgibt oder empfängt. Der Antennengewinn sagt auch etwas über den Öffnungswinkel aus, der im umgekehrten Verhältnis zum Antennengewinn steht. Ein großer Antennengewinn und ein kleiner Öffnungswinkel verbessern die Störfestigkeit des Funkübertragungssystems.
Inhaltsverzeichnis |
[Bearbeiten] Beeinflussende Faktoren
[Bearbeiten] Antennen-Charakteristik (Wirkrichtung)
Der Gewinn wird im wesentlichen durch die Bündelung der Strahlung in Wirkrichtung (ähnlich einem Scheinwerfer oder Teleskop) erreicht. Der Antennengewinn resultiert somit aus einer Reduzierung der Leistung in anderen Richtungen - die Gesamtleistung bleibt unverändert.
Durch einen hohen Antennengewinn kann:
- die Reichweite von Sendeanlagen vergrößert werden: UKW- TV- und Mobilfunkstationen verwenden vertikal gestapelte Sende-Antennen-Arrays, um die Abstrahlung nach oben und unten zu begrenzen. So kann mit gleicher Sendeleistung ein größeres Gebiet versorgt werden.
- die Signalstärke bzw. die max. Entfernung einer Empfangsantenne vom Sender vergrößert werden
- der Störeinfluss oder die Mithörmöglichkeiten einer Punkt-zu-Punkt- Funkverbindung (Richtfunk) verringert werden
[Bearbeiten] Länge bzw. Fläche der Antenne
Die optimale Länge der Antenne hängt von drei Faktoren ab:
- Wellenlänge: Die Resonanzfrequenz der Antenne muss die der Funkfrequenz sein.
- Bauart der Antenne: Dipol, Stabantenne, usw.
- Medium (Vakuum, Luft, Wasser bei U-Booten, siehe Verkürzungsfaktor)
Die optimale Länge ist je nach Bauart, genau 1/4, 1/2, 1 oder ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge. Bei einer Antenne, die länger als das berechnete Optimum ist, kann sich das Signal am Empfangsort aufgrund eines ungünstigen Strahlungsdiagramms abschwächen.
[Bearbeiten] Beispiele
- Bei λ/2-Dipolantennen beträgt die optimale Antennenlänge λ/2, wobei λ der Wellenlänge entspricht.
- WLAN 802.11b/g sendet im Frequenzband 2.4 GHz. In diesem Falle müsste die mechanische Länge eines Dipols 6,25 cm betragen.
- CB-Funk, bekannt für große Antennen, arbeitet im Frequenzband 27 MHz. Hier müsste die Länge eines resonanten Dipols 5,55 m betragen.
[Bearbeiten] Verarbeitung und verwendete Materialien
Letztlich entscheiden auch Verarbeitung und verwendete Materialien über die Effizienz einer Antenne. Jede Steck- oder Schraubverbindung dämpft das Signal, erst recht wenn sie schon leicht oxidiert sind. Hier helfen Edelmetalle wie Gold, weil sie nicht so leicht oxidieren. Lötstellen dämpfen das Signal grundsätzlich, wobei es sehr darauf ankommt, wie sauber die Lötung durchgeführt wurde. Wenn das Lötzinn nicht vollständig mit dem Material verbunden ist ('kalte Lötstellen'), wird das Signal stark gedämpft. Meist werden hochfrequente Verbinder deshalb gar nicht gelötet, sondern gequetscht (gepresst).
[Bearbeiten] Wertangabe und Einheit des Antennengewinns
Der Antennengewinn wird in der Regel in Dezibel (dB) angegeben. Das heißt er wird von einer Bezugsantenne ausgehend errechnet. Dies geschieht mittels der nachfolgenden Formel.
![Gewinn [\mathrm{dB}] = g [\mathrm{dB}] = 10 \cdot \log_{10} \left( \frac{ P_{Antenne} }{ P_{Referenzantenne} } \right)](../../../math/3/7/4/374137031e9f2f51b53008d1c57ef246.png)
Wenn nicht mit dB gearbeitet wird spricht man von Antennengewinnfaktor:
![G = \frac{ P_{Antenne} }{ P_{Referenzantenne} } = 10 ^ \frac{Gewinn [\mathrm{dB}]}{10}](../../../math/f/b/1/fb165a8bce7a6ec60e27438816b2cbfa.png)
Meist der Antennengewinn in Bezug auf den Isotropstrahler angegeben, schreibt man als Einheit dBi (isotrop). Bei Angabe des Wertes in Bezug auf eine Antenne des Typs λ/2-Dipol schreibt man dBd (dipol). Beispiel: Der Antennengewinn eines λ/2-Dipols ist etwa 2,15 dBi und 0 dBd (weil auf sich selbst bezogen und Log(1)=0 ist).
[Bearbeiten] Beispiele
- λ/2-Dipol (Halbwellendipol): 2,2 dBi bzw. 0 dBd (Wellenwiderstand 73 Ω)
- Marconi-Antenne (Stabantenne) 0 dBd (Wellenwiderstand ca. 36 Ω)
- Faltdipol: ca. 3,7 dBi bzw. 1,5 dBd (Wellenwiderstand 240 Ω)
- Beverage-Langdrahtantenne (L= 5..10*λ): ca. 7-9,5 dBi bzw 5-7 dBd
- Wendelantenne 10...18 dBd (abhängig von Zahl der Windungen)
- Yagi-Antenne: ca. 3...13 dBd (abhängig von der Elementeanzahl)
- Parabolantenne: von 20 dB bis weit über 70 dB (abhängig von Frequenz und Durchmesser)
