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Grundlagen moderner Netzwerktechnologien im Überblick – Teil 57

Wireless Basics – Wellenausbreitung und Antennen

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Das Strahlungsdiagramm

Das Strahlungsdiagramm einer Antenne gibt an, wie stark die Abstrahlung der Antenne in den verschiedenen Richtungen ist. Dies führt sofort auf die Unterscheidung zwischen sog. Rundstrahlantennen, die in jede Richtung gleich stark abstrahlen und Richtantennen, bei denen eine oder mehrere Richtungen bevorzugt werden.

Als Beispiel wird in der Literatur meist der einfache Dipol gewählt, der dem Leser meist in Form einer Stabantenne bekannt sein dürfte. In der Richtung des Dipols findet keine Abstrahlung statt, während sie senkrecht mit der Nutzspannung Ud maximal ist.

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Der Dipol ist nun die einfachste und uneffektivste Antennenbauart. Alle andern Antennen sollten also besser sein als der Dipol, zumindest hinsichtlich der Abstrahlung in bestimmte bevorzugte Richtungen. Der sog. Gewinn einer Richtantenne sagt aus, um wie viel die Nutzspannung in einer Vorzugsrichtung, Uv, größer ist als die Nutzspannung eines Dipols Ud.

  • Gewinn G = 20 log Uv/Du [dB]

In Abbildung 2 sehen wir das Diagramm eines Dipols verglichen mit dem Diagramm einer Richtantenne. Das Strahlungsdiagramm der Richtantenne sieht aus wie ein Zeppelin. Die Spannung in der Vorzugsrichtung ist etwa viermal so groß wie die des Dipols. Setzt man das in die Formel ein, erhält man einen Gewinn von ca. 12 dB.

Die sog. Halbwertsbreite HWB ist der Winkel zwischen den beiden Richtungen, in denen der Leistungsgewinn G auf die Hälfte (ca. 0,7-fache Nutzspannung) bzw. 3dB gegenüber der Vorzugsrichtung gesunken ist. Sie gibt uns ein einfaches Maß für die Richtwirkung der Antenne. Man könnte die Richtwirkung natürlich auch mit Formeln beschreiben, die die Abnahme der elektrischen Feldstärke beinhalten. Dies ist aber in der Praxis viel zu kompliziert. Schließlich baut man Antennen ja normalerweise auch nicht selbst, sondern nimmt fertige von einem Hersteller. Dieser gibt dann die Werte für Gewinn und HWB an. HWB wird im englischen auch mit FWHM angegeben, full width half maximum.

Der letzte hier zu besprechende charakterisierende Parameter für eine Antenne ist das sog. Vor/Rück-Verhältnis. Es gibt an, um wie viel die Nutzspannung Uv in der Vorzugsrichtung größer ist als die Spannung in der genau entgegen gesetzten Richtung, der Rückwärtsrichtung, die als Ur bezeichnet wird. Es ist

  • V = 20 log Uv/Ur [dB]

Der Dipol hat wegen seines symmetrischen Strahlungsdiagramms ein Vor/Rückverhältnis von 0 dB, also kein Unterschied zwischen den beiden Richtungen, während Richtantennen durchaus Werte von 20 dB erreichen können. Vor/Rückverhältnis und Halbwertsbreite sind natürlich auch besonders wichtig für Peilantennen.