Antennen verstehen: Die Basics für eine optimale Funkverbindung

Antennengewinn

Der Antennengewinn einer Antenne gibt die Verstärkung der Sendeenergie an. Dieser Gewinn ergibt sich durch die Fokussierung der Sendeenergie durch die Antenne in horizontale und/oder vertikale Richtung (siehe Öffnungswinkel 2.2). Ein Kugelstrahler (den es nur in theoretischer Betrachtung gibt), der die Sendeenergie in alle Richtungen gleichförmig abgibt, hat keinen Antennengewinn (0 dBi und 0 dB) und dient als Basis zur Berechnung des Gewinns. Bei Rundstrahlantennen wird die Sendeenergie in horizontaler Achse in einem Radius von 360° abgestrahlt, aber in vertikaler Achse weniger als 360°. Dadurch ergibt sich bei der Antenne mit der Artikelnummer 10926 ein Antennengewinn von beispielsweise 2,5 dB.

Je höher der Antennengewinn, desto höher die Reichweite, aber desto geringer der Öffnungswinkel.

Strahlungs­charakteristik einer Antenne

Die Strahlungscharakteristik einer Antenne, häufig auch Öffnungswinkel oder Strahlbreite genannt, stellt die Richtwirkung einer Antenne grafisch dar. Der Öffnungswinkel ist der Bereich, in dem noch mindestens die Hälfte der maximalen Strahlungsleistung vorhanden ist.

Je schmaler der Öffnungswinkel, umso größer wird die Reichweite. Je größer der Öffnungswinkel, desto geringer die Reichweite.

Rundstrahlantennen

Eine Rundstrahlantenne hat ein gleichmäßiges Strahlungsmuster auf horizontaler Ebene in alle Richtungen. Das bedeutet, sie hat einen horizontalen Öffnungswinkel von 360° und wird aufgrund dieser Beschaffenheit bei beweglichen – zum Beispiel sich drehenden oder mobilen – Anwendungen eingesetzt. Tilt (dt. Neigung) steht für die Verschiebung des vertikalen Öffnungswinkels einer Rundstrahlantenne in eine bestimme Richtung, ausgehend von der horizontalen Ebene. Auf dem unten dargestellten Bild sieht man zum Beispiel einen vertikalen Öffnungswinkel von 40° mit einer Neigung um 20°, somit ist der vertikale Öffnungswinkel um 20° nach oben verschoben.

Richtantennen

Bei einer Richtantenne wird die Strahlungsdichte in eine genaue Raumrichtung ausgerichtet. Durch die Richtwirkung wird der Empfang von Störsendern, die außerhalb der Haupt-oder Nebenkeulen liegen, gedämpft, und die Reichweite in Abstrahlrichtung erhöht sich. Somit strahlt die Antenne nur in eine Richtung und hat zum Beispiel einen Öffnungswinkel von 80°.

Fresnelzone

Als Fresnelzone bezeichnet man innerhalb der Antennentechnik-Grundlagen eine räumlich gedachte dreidimensionale Ellipse zwischen den Antennen einer Funkübertragungsstrecke. Der Radius dieser Zone berechnet sich aus Sendefrequenz und Entfernung zwischen den Antennen. Innerhalb dieser Zone sollten sich idealerweise keine Objekte befinden. Objekte in der Fresnelzone beeinflussen die Reichweite negativ. Befinden sich zu viele Objekte in der Fresnelzone kann keine Funkverbindung aufgebaut werden. Besipiel: Bei 2,4 GHz (DATAEAGLE mit Bluetooth) und einer Entfernung der Antennen bei einer Funkübertragungsstrecke von 100m ist der maximale Radius der Fresnelzone ca. 2m. Die Antenne sollte bei der Frequenz von 2,4 GHz mindestens in einer Höhe von 4m montiert werden, um optimale Bedingungen für eine hohe Reichweite zu schaffen.

Polarisation

Die Polarisation beschreibt die Richtung, in der sich die Schwingungen des elektrischen Feldes ausbreiten. Man unterscheidet zwischen horizontal und vertikal linearer Polarisation (VP), und rechstdrehender zirkularer Polarisation (RHCP). Sende- und Empfangsantenne sollten die gleiche Polarisation haben. Durch Einsatz von ungleich polarisierten Antennen kann es zu Verlusten kommen oder es wird keine Funkverbindung aufgebaut. Wir verwenden Antennen mit vertikal linearer Polarisation (VP) und rechtsdrehender zirkularer Polarisation (RHCP). Eine RHCP-Antenne eignet sich bei der Verwendung von Richtantennen mit Sichtverbindung. Bei allen anderen Anwendungen empfehlen wir VP-Antennen.

Sendeleistung

Die Sendeleistung, kurz EIRP ( equivalent isotropically radiated power) ist die tatsächlich abgestrahlte Leistung, die sich aus der Sendeleistung der Quelle (in unserem Fall dem DATAEAGLE) abzüglich aller Dämpfungsverluste wie zum Beispiel durch Kabel, Adapter, Blitzschutz, zuzüglich des Antennengewinns zusammensetzt. Die äquivalente Sendeleistung ist vom Gesetzgeber reguliert. Die maximal erlaubten Werte variieren je nach Frequenzband (z.B. 100 mW / 20 dBm bei Bluetooth 2,4 GHz).

Link Budget

Link Budget (Leistungs­über­tragungs­bilanz) ist eine Maßeinheit für die Differenz zwischen Sendeleistung (EIRP) und Empfängerempfindlichkeit. Das Link Budget dient der Abschätzung der Reichweite eines Signals. Die Faktoren, die zur Abschätzung berücksichtigt werden müssen, sind zum Beispiel:

• Sendeleistung
• Antennengewinn
• Empfängerempfindlichkeit
• Freiraumdämpfung
• Kabeldämpfung

Reflexion

Reflexionen sind Störfaktoren, die entstehen, wenn Funksignale auf Hindernisse treffen. Durch Reflexion kann es zu einer Interferenz kommen. Das bedeutet, dass das Antennensignal durch die Reflexion überlagert wird.