Antennengewinn
Der Antennengewinn gibt an, wieviel Leistung eine Antenne in ihrer Hauptrichtung bezogen auf eine Vergleichsantenne abgibt oder empfängt.
Beeinflussende Faktoren
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 vergrößert werden
- der Störeinfluss oder die Mithörmöglichkeiten einer Punkt-zu-Punkt - Funkverbindung (Richtfunk) verringert werden
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 1/8, 1/4, 1/2, 1 oder ein Vielfaches der Länge der Welle.
Eine Antenne, die länger als das berechnete Optimum ist, verschlechtert das Signal sogar.
Beispiel
Bei Dipolantennen beträgt die optimale Antennenlänge λ/2, wobei λ die Wellenlänge bezeichnet und sich aus λ = c / f berechnet (c ist die Lichtgeschwindigkeit, f die Sendefrequenz).
- WLAN 802.11b/g sendet im Frequenzband 2.4 GHz und c beträgt 300.000 km/s. Dann beträgt die optimale Antennenlänge λ/2 = ( 300 000 000 [m/s] / 2 400 000 000 [1/s] ) / 2 = 0.0625m = 6.25cm
- CB-Funk, bekannt für große Antennen, arbeitet im Frequenzband 27 MHz. Nach der selben Berechnung beträgt die optimale Länge über 5m: λ/2 = (300.000.000m/s / 27.000.000Hz)/2 = 5,55m
Ein CB-Funker, der 'nur' eine 3m Antenne hat, wird also durch eine 4m Antenne einen Antennengewinn erzielen. WLAN-Router haben bereits eine 6,25cm lange Antenne und können durch eine längere Antenne keinen Antennengewinn mehr erzeugen - das Gegenteil ist der Fall, eine 8cm Antenne würde das Signal deutlich schwächen.
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).
Wertangabe und Einheit des Antennengewinns
Die Einheit für den Antennengewinn ist das Dezibel (dB).
Der Wert ist der Zehnerlogarithmus aus dem Verhältnis von Leistung der Antenne zu Leistung der Referenzantenne.
![{\displaystyle Gewinn[dB]=Log_{10}({\frac {P_{Antenne}}{P_{Referenzantenne}}})}](/media/api/rest_v1/media/math/render/svg/6061d33d19c903f075ea12a07aae67ae7d256637)
Der Faktor des Antennengewinns ergibt sich aus:
![{\displaystyle ({\frac {P_{Antenne}}{P_{Referenzantenne}}})=10^{\frac {Gewinn[dB]}{10}}}](/media/api/rest_v1/media/math/render/svg/f299a80a672dbfad11243b7cd01dae6ff1ce85bf)
Wird 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 2,2 dBi und 0 dBd (weil auf sich selbst bezogen und Log(1)=0 ist).
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)
- Parabolantennen: von 20 dB bis weit über 70 dB