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ANTENNEN
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Weitere Top-Infos unter ITWissen.info
ANTENNEN
Inhalt
22-kHz-Steuersignal
AAS, adaptive
antenna system
Abstrahlcharakteristik
Aktive Antenne
Antenne
Antennenfaktor
Antennengewinn
Antennenkabel
Antennenstecker
Antennenverstärker
Beamforming
Bikonische Antenne
Corner-Reflektor
dB, decibel
dBd, decibel dipol
dBi, decibel isotrop
dBm, decibel mW
Dipolantenne
Discone-Antenne
Impressum:
Herausgeber: Klaus Lipinski
Antennen
Copyrigt 2009
DATACOM-Buchverlag GmbH
84378 Dietersburg
Alle Rechte vorbehalten.
Dual-LNB
Dualband-LNB
Einkabelsystem
EIRP, equivalent isotropically
radiated power
ERP, equivalent
radiated power
Feedhorn
Feldstärke
Flachantenne
Gemeinschaftsantenne
Gemeinschaftsantennenanlage
Großgemeinschaftsantennenanlage
Impedanz
Isotrop
Keramik-Antenne
LHCP, left hand circular
polarisation
LNB, low noise blockconverter
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LNC, low noise converter
Mehrantennensystem
Multischalter
Öffnungswinkel
Panel-Antenne
Parabolantenne
Patchantenne
Polarisation
Quattro-LNB
RHCP, right hand circular
polarisation
Richtantenne
Rundstrahler
Single-LNB
Stabantenne
Twin-LNB
Unicable
Wellenwiderstand
Yagi-Antenne
ANTENNEN
22-kHz-Steuersignal
22 kHz control signal
Steuersignale für
LNB/LNC-Converter
Exit
Bei Low Noise Convertern (LNC/LNB) kann mit einer Gleichspannung die Polarisationsebene des LNC/LNB
geschaltet werden. Darüber hinaus kann mit dem niederfrequenten Steuersignal von 22 kHz, das aus dem
Satelliten- oder Digitalreceiver kommt, der Empfangsfrequenzbereich zwischen dem unteren (Low) und dem
oberen (High) Frequenzband umgeschaltet werden.
Der gesamte Empfangsbereich für universelle LNBConverter liegt zwischen 10,7 GHz und 12,75 GHz und
unterteilt sich in das Low-Band zwischen 10,70 GHz
und 11,70 GHz für analoges Fernsehen und das HighBand zwischen 11,70 GHz und 12,75 GHz für DigitalTV. Wird auf die Steuer-Gleichspannungen für die
Polarisationsebene von 14/18 Volt eine Frequenz von
22 kHz gelegt, dann schaltet der LNB-Converter in den
High-Bereich für Digital-TV, ist die Gleichspannung
unmoduliert, dann verbleibt der LNB-Converter im
Low-Frequenzbereich.
Die 14/18-V-Steuerspannung selbst hat einen relativ
großen Toleranzbereich und kann im unteren Spannungsbereich um einige Volt unterhalb von 14 V liegen und
im oberen zwischen 16 Volt und 19 Volt.
AAS, adaptive
antenna system
Funknetze nutzen verschiedenste Abstrahltechniken von Antennen um den Funkempfang auch unter
ungünstigen topographischen Bedingungen sicherzustellen. Diesem Aspekt kommt mit Wireless-Breitband
eine besondere Bedeutung zu. Neben AAS, dem adaptiven Antennensystem, gibt es das MIMO-Verfahren,
das Streuausbreitungswege nutzt und das RRH-System, das mit mehreren Funkmodulen arbeitet.
Das AAS-Verfahren arbeitet mit einer gerichteten Abstrahlung des Sendesignals von der Antenne hin zum
Nutzer. Dadurch steigen die Reichweite und die Zellengröße, während Interferenzen durch Störquellen
abnehmen. Empfangsmäßig passt sich der Signalempfang der Richtung an, aus der die Funksignale
kommen.
Das AAS-Verfahren wird im GSM-Standard, in WCDMA genutzt und optional in 802.16 angewendet.
Abstrahlcharakteristik
radiation diagramm
Die Abstrahlung von elektromagnetischen Wellen und von Schall kann durch technische und konstruktive
Maßnahmen richtungsmäßig beeinflusst werden. Solche Maßnahmen werden bei der Antennenkonstruktion
aber auch bei der Schallabstrahlung von Lautsprechern eingesetzt.
Die Abstrahlcharakteristik von Antennen zeigt an, wie sich die Funkwellen von der Antenne aus in alle
Richtungen ausbreiten und dabei abschwächen, in vertikaler und horizontaler Richtung. Neben der
Abstrahlung und der damit in Zusammenhang stehenden Feldstärke von Sende-Antennen verdeutlicht die
Strahlungscharakteristik auch die Empfangsempfindlichkeit für Empfangsantennen.
Die Abstrahlcharakteristik hängt von der Antennenbauweise ab und kann gleichmäßig rundum sein, wie bei
der Stabantenne, es kann aber auch richtungsabhängig oder auf unterschiedliche Polarisationsebenen
ausgerichtet sein, wie bei der Dipolantenne, der Yagi-Antenne oder der Parabolantenne. Da die
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ANTENNEN
Antennendiagramm mit Haupt-,
Neben- und Rückkeule
Aktive Antenne
active antenna
Exit
Index
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Abstrahlcharakteristik häufig
keulenförmig ausgeprägt ist, spricht
man auch von Haupt- und
Nebenkeulen.
Bei Antennen mit starker Bündelung,
wie bei Richtfunkantennen, ist der
Öffnungswinkel der
Strahlungscharakteristik nur wenige
Grade breit, in anderen Fällen, wie
bei Autoantennen oder Stabantennen
für WLANs, ist sie kreisförmig
ausgebildet. Neben dem
Öffnungswinkel können aus dem
Antennendiagramm weitere wichtige
Merkmale ermittelt werden, so die Nebenkeulendämpfung und die Rückdämpfung.
In den Antennendiagrammen erkennt man außer der Hauptkeule auch mehrere Nebenkeulen und eine
Rückkeule. Die Neben- und Rückkeule beeinträchtigen den Richteffekt, da sie der Hauptkeule Energie
entziehen. Zur Charakterisierung einer Antenne wird daher auch die Nebenkeulendämpfung angegeben.
Diese entspricht dem dB-Wert der Hauptkeule und dem der Nebenkeule. Hat die Hauptkeule einen 0 dBWert und liegt die Nebenkeule bei -40 dB, dann beträgt die Nebenkeulendämpfung 40 dB. Gleiches gilt für
die Rückdämpfung, die sich aus dem dB-Wert der Hauptkeule und der der Rückkeule errechnet.
Neben der festen Strahlungscharakteristik gibt es Entwicklungen für eine intelligente Strahlformung zur
Optimierung der Feldstärke im Empfangsgebiet, dem Beamforming. Bei dieser Technik werden einzelne
Antennenelemente eines Antennen-Arrays, das aus vielen Antennenelementen besteht, elektronisch zu
einem Antennen-Array kombiniert. Durch die Kombination verschiedenster Antennenelemente können der
Einfalls- und der Öffnungswinkel bei stationären Antennensystemen verändert werden. Daneben gibt es
Techniken mit einer festen Strahlungscharakteristik, deren Formung den Empfangsbedingungen angepasst
ist. Andere arbeiten mit einer dynamischen Strahlungskeule, die über den Empfangsbereich bewegt wird.
Man spricht bei diesen Techniken von Beamforming.
Antennen sind passive HF-Komponenten, die elektromagnetische Wellen in Hochfrequenzspannung
umsetzen. Werden sie mit integrierten Antennenverstärkern kombiniert, spricht man von aktiven Antennen.
Die Kombination Antenne mit integriertem Antennenverstärker ist nicht zu verwechseln mit einer Antenne mit
nachgeschaltetem Antennenverstärker. Der Unterschied liegt im Antennenkabel, das sich beim
nachgeschalteten Antennenverstärker zwischen den beiden HF-Komponenten befindet und das HF-Signal
dämpft bevor es an den Eingang des Antennenverstärkers gelangt. Außerdem kann das Antennenkabel
Störungen und elektromagnetische Störfelder aufnehmen.
Bei der aktiven Antenne ist der Antennen-Fußpunkt direkt mit dem Eingang des Antennenverstärkers
verbunden. Der integrierte Antennenverstärker verstärkt die HF-Signale ohne dass diese vorher durch
ANTENNEN
Aktive Antenne als sog.
Haifischflosse für Autos, Foto:
yatego.com
Rauschsignale oder andere Störsignale beeinträchtigt werden.
Aktive Antennen zeichnen sich durch einen hohen Antennengewinn aus,
sie können breitbandiger ausgelegt werden und so mehrere
Frequenzbänder abdecken. Sie bieten sich nicht nur für den stationären
Betrieb an, sondern werden auch als Auto-Antennen eingesetzt. Die
sogenannten “Haifischflossen” vereinen in einem kompakten Gehäuse
mehrere Antennensysteme, u.a. für UKW, digitalen Hörfunk (DAB), HDTV,
Satellitenradio (SR), Verkehrsfunk, digitalen Verkehrsfunk (TMC),
Mobiltelefon, WiMAX und für das GPS-System.
Antenne
antenna
Antennen sind Sende- oder Empfangseinrichtungen für
elektromagnetische Strahlung. Sie wandeln elektromagnetische Strahlung
in elektrischen Strom und umgekehrt. Die Abstrahlung einer elektromagnetischen Schwingung von einer
Antenne hängt mit dem Wellenwiderstand des freien Raums zusammen, der mit 380 Ohm bei der
Abstrahlfrequenz geringer ist als der Wellenwiderstand der Antenne. Die Abstrahlung erfolgt dann, wenn die
Antenne mindestens ein Zehntel der Größe von der abzustrahlenden Wellenlänge hat.
Antennen basieren auf dem Resonanzprinzip und werden durch einen elektronischen Schwingkreis gebildet.
Das bedeutet, dass die Antenne an die Empfangsfrequenz angepasst sein muss und die Größe des
Resonanzteils daher unmittelbar von der Wellenlänge bzw. einem festen Bruchteil der Wellenlänge (Lambda)
abhängt. So können Antennen auf Lambda, Lambda-Halbe, Lambda-Viertel oder Lambda-Achtel abgestimmt
sein. Am Beispiel eines GSM-Handys ergibt sich aus der Mittenfrequenz des GSM-Bandes von 925 MHz
eine Wellenlänge von 35 cm. Daraus ergeben sich Antennenlängen von 35 cm, 17,5 cm, 8,75 cm oder bei
Lambda-Achtel von 4,37 cm.
Wichtige Antennen-Kenngrößen sind der Antennengewinn, die Antennenbandbreite und -impedanz, der
Öffnungswinkel, das Vor-Rück-Verhältnis und die Abstrahlcharakteristik, die direkten Einfluss auf die Bauart
hat. Entsprechend ihrer Richtwirkung lassen sich Antennen in direktionale und omnidirektionale Antennen
einordnen. Zu den omnidirektionalen gehören die Rundstrahler und Stabantennen, zu den Richtantennen
die Dipol-, Discone-, Yagi- und Parabolantennen.
Omnidirektionale Antennen senden kreisförmig, sie sind in der Regel für den Einsatz in Gebäuden oder im
Freien konzipiert und strahlen das Gebäude nach allen Richtungen hin aus. Die Reichweite kann dabei bis zu
600 m betragen. Sie werden in der Regel für Multipoint-Verbindungen genutzt.
Richtungsbezogene Antennen, wie die Yagi-Antenne oder die Parabolantenne, werden für Punkt-zu-PunktVerbindungen im Außenbereich eingesetzt und können je nach Leistungsklasse mehrere Kilometer
überbrücken. Sie werden für campusübergreifende Verbindungen und auch im Richtfunk eingesetzt.
Von der Bauweise her unterscheidet man bei den Antennen die Stabantenne, Flachantenne, Kugelstrahler,
Parabolantenne, Dipolantenne, Panel-Antenne und Yagi-Antenne.
Neben den genannten Antennen gibt es noch Kombi-Antennen, die verschiedenen Antennentypen
kombinieren, damit man beispielsweise im Auto nicht mehrere Antennen für Radio, GPS und Mobilfunk
benötigt. Es gibt Duplex-Antennen für Radio und Mobilfunk und Triplex-Antennen, das zusätzlich das GPS-
Antennenspiegel für Richtfunk, Foto:
Rolf Heine Hochfrequenztechnik
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ANTENNEN
System einschließt.
Neben den genannten Antennen gibt es auch intelligente Antennen. Um die knappen Frequenzressourcen
besser nutzen zu können und dadurch die Funkkapazität einer Funkzelle zu erhöhen, wird an intelligenten
Antennenkonzepten entwickelt. Das Grundprinzip der intelligenten Antennen basiert auf der kontrollierten
Abstrahlung der elektromagnetischen Wellen. Dadurch wird das zu versorgende Funkempfangsgebiet mit
optimaler Feldstärke bestrahlt. Man unterscheidet verschiedene Techniken mit fixer Strahlungscharakteristik,
geschalteter fixer Abstrahlung und dynamischer Abstrahlung.
Antennenfaktor
AF, antenna factor
Der Antennenfaktor (AF) ist ein Wandlungsmaß zwischen der Feldstärke an der Antenne und der
Eingangsspannung eines Empfängers. Er wird durch das Verhältnis von der Feldstärke an der Antenne zu
der daraus erzeugten Spannung am Antennenausgang bestimmt und charakterisiert die
Empfangseigenschaften der Antenne. Bei einer logarithmischen Darstellung ergibt sich der Antennenfaktor
(dB/m) aus der elektrischen Feldstärke (dBV/m) dividiert durch die erzeugte Spannung (dBV).
Der Antennenfaktor wird individuell für einzelne Antennentypen bestimmt und dient der Vergleichbarkeit von
Antennen und deren generierten Spannungen.
Da der Antennenfaktor durch Reflexionen an Gebäuden oder an Bodenerhebungen beeinträchtigt wird, ist
eine Voraussetzung, dass Messungen des Antennenfaktors im Freiraum erfolgen und die Polarisation von
Sende- und Empfangsantenne gleich sind.
Antennengewinn
antenna gain
Der Antennengewinn (G) ist eine relative Größe, die sich auf eine Referenzantenne bezieht. Die
Bezugsgröße ist die Empfangsfeldstärke der Antenne in Empfangsrichtung zur Empfangsfeldstärke der
Referenzantenne, ebenfalls in Empfangsrichtung. Als Referenzantenne dient entweder eine so genannte
isotrope Antenne oder ein Halbwellen-Dipol.
Eine isotrope Antenne strahlt gleichmäßig in alle Richtungen und weist ein optimales Energiefeld auf. Der
Pegel einer isotropen Antenne wird in Decibel Isotrop (dBi) angegeben, wobei 0 dBi den Bezugspegel für
die Berechnung des Antennengewinns bildet. Die dBi-Referenztechnik wird vorwiegend bei Mikrowellen
benutzt, in anderen Frequenzbereichen dient als Referenz der Halbwellen-Dipol, und als Referenzpegel
Decibel Dipol (dBd). Das logarithmische Verhältnis
der Feldstärken von gemessener Antenne zur
Referenzantenne ist der Antennengewinn, angegeben
in Dezibel (dB). Ist die gemessene Feldstärke einer
Yagi-Antenne beispielsweise 100 fach größer als die
der isotropen Antenne, dann beträgt der
Antennengewinn 20 dB.
Generell ist der Antennengewinn von der
Abstrahlcharakteristik der Antenne abhängig. Bei
Parabolantennen steigt der Antennengewinn mit der
Größe des Parabolspiegels.
Antennengewinn
verschiedener Antennen
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ANTENNEN
Antennenkabel
antenna cable
Antennenkabel mit doppelter Folienund Geflechtschirmung von ViaBlue
Antennenstecker
antenna connector
Antennenstecker nach
IEC 60169-2
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Antennenkabel sind Koaxialkabel, die die
Antenne mit dem Antennenverstärker
oder direkt mit dem Empfangsgerät, der
Settop-Box, dem Receiver oder dem
Tuner verbinden. Antennenkabel werden in
Haus- und
Gemeinschaftsantennenanlagen
eingesetzt und müssen die gesamten
Empfangsfrequenzbereiche für Rundfunk
und Fernsehen übertragen. Diese reichen
über den UKW-Rundfunk und die
verschiedenen Frequenzbänder für den
VHF- und UHF-Bereich bis zu 862 MHz.
Außerdem muss der Frequenzbereich für
den Satellitenempfang berücksichtigt werden, und der reicht bis 2,15 GHz. Das bedeutet, dass
Antennenkabel für den Frequenzbereich bis 3 GHz ausgelegt sein müssen.
Da die Entfernungen zwischen Antenne oder LNB-Converter und Empfangseinrichtung durchaus zwischen
10 m und 100 m betragen kann, ist eine geringe Dämpfung eine Voraussetzung für Antennenkabel. Als
weitere Forderungen muss die Impedanz des Antennenkabels an den Fußpunktwiderstand der Antenne
angepasst sein und das Antennenkabel darf möglichst keine Fremdsignale aufnehmen.
Was die Dämpfung betrifft, so wird diese durch dickere Hochfrequenzkabel mit versilbertem Innenleiter und
versilberter Schirmung möglichst gering gehalten. Daher haben gute Sat- und Antennenkabel
Dämpfungswerte von etwa 12 dB/100 m bis 17 dB/100 m bei 450 MHz und 30 dB/100 m bis 40 dB/100 bei
2 GHz. Was die Impedanz anbetrifft so ist diese meistens 75 Ohm und damit an die Fußpunktimpedanz einer
Dipolantenne angepasst, und bei der Schirmung setzt man auf Mehrfachschirmungen mit Folien- und
Geflechtschirmung, in manchen Antennenkabeln auch in mehrlagiger Ausführung: Folie-Geflecht-FolieGeflecht. Dies trägt erheblich zur Schirmdämpfung bei. So haben gute Antennenkabel bis 2 GHz ein
Schirmungsmaß von 120 dB und sind gleichermaßen für analoges Fernsehen und Digital-TV geeignet.
Antennenstecker sind HF-Stecker für Antennenkabel, Antennenanlagen und Satelliten-Antennenanlagen. Der
klassische Antennenstecker ist der IEC-Stecker nach IEC 60169-2. Der IEC-Steckverbinder besteht aus
einem koaxial aufgebautem Stecker und einer Buchse, die
überlappend ineinander gesteckt werden. Dadurch hat der
IEC-Stecker eine relativ gute HF-Dichtigkeit.
Der IEC-Antennenstecker ist geeignet für Kabelfernsehen,
DVB-T, analoges Fernsehen, UKW-Rundfunk uvm. Für
Satelliten-Antennenanlagen wird nicht der IEC-Stecker
eingesetzt, sondern der F-Stecker. Er benutzt die
Kabelader als Stecker-Innenleiter, wodurch die Dämpfung
ANTENNEN
im einige Dezibel reduziert wird. Außerdem hat er einen Schraubverschluss, der für eine hohe HF-Dichtigkeit
sorgt.
In der Mikrowellentechnik werden ja nach Frequenz- und Kabelanforderung als Antennenstecker die
verschiedensten SMA- und SMB-Stecker benutzt.
Antennenverstärker
antenna amplifier
Antennenverstärker für UHF, VHF
und AM/FM,
Foto: Kathrein
Inline-Antennenverstärker für den
Frequenzbereich von 30 MHz bis
950 GHz, Foto: Hama
Beamforming
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Index
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Antennenverstärker sind breitbandige HF-Verstärker, die
mehrere Frequenzbereiche oder sogar mehrere
Frequenzbänder abdecken. Das bedeutet, dass
Antennenverstärker durchaus den UKW-Bereich, den VHFund UHF-Bereich und sogar das vom LNB-Converter
kommende Signal gemeinsam verstärken können. Es gibt
schmalbandigere Ausführungen, die ein bestimmtes
Frequenzbandoder einen bestimmten Frequenzbereich
verstärken.
Antennenverstärker werden in Antennennähe installiert und
verstärken die von der Antenne kommenden HF-Signale, die
dann über das Antennenkabel zur Settop-Box, zum Receiver
oder Tuner übertragen werden. Dadurch, dass die
Antenennverstärker in Antennennähe liegen wird das Signal
bereits im Empfangspegel angehoben, bevor es auf das
Antennenkabel gelegt wird. Da es auf diesem gedämpft wird
und zudem HF-Störungen aufnehmen kann.
Die Verstärkung von Antennenverstärkern ist fest oder in
Stufen einstellbar. Sie kann zwischen 10 dB und über 30 dB
liegen. Die Versorgung kann über die Netzspannung erfolgen,
aber auch über das Antennenkabel. Entsprechende
Antennenverstärker werden als Inline-Antennenverstärker
bezeichnet. Eingangsseitig können Antennenverstärker
Eingänge für AM/FM, UKW, den VHF- und den UHF-Bereich
und für LNB-Converter haben. Ausgangsseitig können die Geräte einen oder mehrere Ausgänge für
Einbenutzer-Antennenanlagen aber auch für Mehrbenutzer- oder Gemeinschaftsantennenanlagen haben.
Die Eingangsimpedanz der Antennenverstärker ist an die Kabelimpedanz des Antennenkabels angepasst,
gleiches gilt für die Ausgangsimpedanz. Antennenverstärker sollten ein geringes Rauschen haben, eine hohe
Empfindlichkeit und Linearität. Letztere ist besonders wichtig zur Vermeidung von Intermodulationen.
Beamforming ist eine von mehreren intelligenten Antennentechnologien zur Erhöhung der empfangsseitigen
Feldstärke. Weitere sind MIMO, Spatial Multiplexing (SM) und Maximum Ratio Combining (MRC).
Beim Beamforming werden mehrere dicht beieinander angebrachte unidirektionale Antennen so mit HFSignalen belegt, dass die Antennen-Arrays eine direktionale Abstrahlcharakteristik nachbilden. Die
ANTENNEN
Abstrahlcharakteristik eines solchen Antennen-Arrays kann elektronisch geändert werden und zwar durch
Änderung der Signalpegel und -phasenlagen. Die simulierte Abstrahlcharakteristik kann
anwendungsspezifische Formen nachbilden. So kann für stationäre Anwendungen eine stark gebündelte
Abstrahlkeule nachgebildet werden und für Mobilanwendungen eine breitere Abstrahlcharakteristik. Auch die
Strahlungsleistung EIRP kann den Anwendungen entsprechend angepasst werden.
Wird ein solches Antennen-Array als Empfangsantenne geschaltet, kann sie so geformt werden, dass das
empfangene Signal verstärkt und Interferenzen unterdrückt werden.
Das Beamforming-Verfahren bedingt ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) in Richtung der
Empfangsantennen und eignet sich am besten für Sichtverbindungen (LOS).
Bikonische Antenne
biconical antenna
Bikonische Antenne,
Foto: schwarzbeck.com
Corner-Reflektor
coner reflector
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Antennen mit konisch angeordneten Antennenelementen wurden bereits in den Anfangsjahren der
Funktechnik entwickelt und eingesetzt. Die Weiterentwicklung der konischen zu bikonischen Antennen führte
später zu der Discone-Antenne, bei der eine konische Antenne unverändert existent ist, die andere auf eine
Strahlungsebene reduziert wurde.
Eine bikonische Antenne besteht aus
zwei konischen Antennen, die die
gleiche Größe und den gleichen
Konus haben, aber in
entgegengesetzter Richtung auf der
gleichen Achse angebracht sind. Sie
bestehen aus sechs oder acht
Antennenelementen, die am Ende in
der Antennenachse zusammengefügt
sind. Diese Zusammenfassung der
Antenennelemente wird als
Antennenhut bezeichnet, hat aber nur
einen geringfügigen Einfluss auf die
Antenneneigenschaften.
Bei der bikonischen Antenne ist die Antennenimpedanz eine Funktion des konischen Winkels, in dem die
Antennenelemente angebracht sind. Bei einem bestimmten Konuswinkel ändert sich die Antennenimpedanz
nur geringfügig über einen großen Frequenzbereich. Die Abstrahlcharakteristik entspricht einer acht. Die
relativ konstante Antennenimpedanz und die stabile Abstrahlcharakteristik der bikonischen Antenne sind
ideale Eigenschaften für breitbandige Übertragungen. Solche Antennen werden vorzugsweise für Messungen
der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) eingesetzt und decken den Frequenzbereich zwischen 60
MHz und 200 MHz ab. Unterhalb von 60 MHz verschlechtert sich das Stehwellenverhältnis.
Ein Corner-Reflektor oder Winkel-Reflektor ist ein Antenennreflektor, der elektromagnetische Wellen so
reflektiert, dass die reflektierten Wellen immer in der gleichen Richtung den Reflektor verlassen, in der sie
auf diesen getroffen sind. Die elektromagnetischen Wellen werden also in Richtung ihres Ursprungsortes
ANTENNEN
Reflexion an einem
Corner-Reflektor
reflektiert. Sie dienen als Radarziele oder Markierungspunkte.
Corner-Reflektoren bestehen aus drei im rechten Winkel aufeinander angebrachten Reflexionsflächen
bestehen, bei vertikal oder horizontal polarisierten Wellen reichen auch zwei im rechten Winkel zueinander
stehenden Reflexionsflächen. Vom Prinzip her werden die einfallenden elektromagnetischen Wellen an der
Reflexionsfläche auf die sie treffen, und zwar werden sie in dem Winkle reflektiert, der dem einfallenden
Winkel entspricht. Das Gleiche geschieht an der zweiten Reflexionsfläche. Die Summe aller Reflexionswinkel
ist damit immer 180 Grad, was bedeutet, dass die Wellen den Reflektor in der gleichen Richtung verlassen,
in dem sie auf ihn getroffen sind.
dB, decibel
Dezibel
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Index
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Dezibel (dB) ist das logarithmierte Verhältnis zweier elektrischer Größen (Spannung, Strom, Leistung).
Das Bel wurde nach dem schottischen Erfinder Alexander Graham Bell (1847-1922) benannt, der auch das
Telefon erfunden hat. Die Einheit Bel entspricht der Signaldämpfung in einem Telefondraht auf einer Länge
von einer Meile. Ursprünglich wurde diese dimensionslose Einheit zum Vergleich der Leistungen am Ein- und
Ausgang eines Übertragungsmediums benutzt. Das Dezibel ist ein Zehntel Bel; wobei die Grundeinheit Bel
nicht benutzt wird.
Das Dezibel kann relativ und auch absolut sein. Als relatives Verhältnis bezieht es sich auf Spannungen und
Leistungen. Bei Spannungen ist es der 20-fache Logarithmus des Spannungsverhältnisses zwischen
Ausgangs- zu Eingangsspannung, relative dB-Leistungswerte errechnen sich über den 10-fachen
Logarithmus der Leistungsverhältnisse zwischen Ausgangs- zu Eingangsleistung.
Der Vorteil dieser logarithmischen Darstellung liegt darin, dass sich Zehnerpotenzen relativ einfach darstellen
lassen und bei Berechnungen lediglich addiert oder subtrahiert werden müssen. So entspricht beispielsweise
ein Spannungsverhältnis von 1:10 einem dB-Wert von 20 dB, ein Verhältnis von 1:100 einem dB-Wert von
ANTENNEN
Leistungsverhältnisse in dB
dBd, decibel dipol
Beim Antennengewinn ist die Referenzantenne normalerweise eine isotrope Antenne, die in alle Richtungen
die gleiche HF-Energie abstrahlt. Angegeben wird der Antennengewinn für die isotrope Antenne in dBi
(isotrop).
Man kann aber als Referenzantenne auch eine Dipolantenne benutzen, die einen höheren Antennengewinn
hat als eine isotrope Antenne. Nimmt man den Dipol als Referenzantenne, dann wird der Antennengewinn in
Decibel Dipol (dBd) angegeben und die Werte anderer Antennen auf den dBd-Wert bezogen. Der dBd-Wert
ist um 2,15 dB höher als der dBi-Wert. Hat also beispielsweise eine Antenne einen Antennengewinn von 3
dBd, dann entspricht dies 5,15 dBi.
dBi, decibel isotrop
In der Antennentechnik wird die Abstrahlleistung der Antenne in
Dezibel isotrop (dBi) angegeben. Der Referenzwert von 0 dBi
bezieht sich auf den Antennengewinn eines idealen Kugelstrahlers,
der die HF-Strahlung isotrop aus allen Richtungen empfängt oder
sendet. Die Richtwirkung einer Antenne ergibt sich aus dem
Verhältnis der maximalen Leistungsdichte zu dem Mittelwert der
Bestimmung der Richtwirkung einer
Antenne in dBi
Exit
40 dB. Ein Leistungsverhältnis von 1:10 entspricht einem
dB-Wert von 10 dB, eines von 1:100 einem dB-Wert von
20 dB.
Eine Leistungserhöhung von 3 dB entspricht einer
Verdoppelung der Leistung; eine Leistungsverringerung
(Dämpfung) von -3 dB einer Leistungshalbierung. Um
einen absoluten Leistungswert ermitteln zu können,
wurde ein Referenzwert festgelegt und dieser mit dBm
bezeichnet. 0 dBm entsprechen einer effektiven
Leistung von 1 mW an 600 Ohm.
Da in der Nachrichten- und Kommunikationstechnik
Schwingungsweiten (Amplituden), also Spannungen eher
eine Rolle spielen, wird das Dämpfungsmaß definiert als
das logarithmische Verhältnis der Eingangs- zur
Ausgangsspannung. Ein Unterschied von 6 dB zwischen
Eingang und Ausgang entspricht einem Amplitudenabfall
auf die Hälfte, 20 dB auf ein Zehntel. Damit auch der
absolute Spannungswert ermittelt werden kann, wurden zwei Referenzwerte festgelegt: das dBV und das
dBu. Ersteres bezieht sich auf eine effektive Spannung von 1 V, letzteres auf 0,7746 V an 600 Ohm,
entsprechend 1 mW.
Der große Vorteil der dB-Rechnung liegt darin, dass bei mehreren hintereinander geschalteten Strecken oder
Vierpolen die dB-Werte für die Dämpfungen und Verstärkungen einfach nur addiert oder subtrahiert werden
müssen.
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ANTENNEN
Leistungsdichte einer isotropen, omnidirektional strahlenden Antenne.
Da in WLANs und anderen Funktechniken keine Kugelstrahler verwendet werden, sondern beispielsweise
Yagi-Antennen, Parabol- oder Dipolantennen, liegt deren dBi-Wert weit über dem des Rundstrahlers. So
haben Dipole etwa 2,5 dBi Antennengewinn, mit Yagi- oder Parabolantennen lassen sich Antennengewinne
von 20 dBi und mehr realisieren. Das bedeutet, dass die empfangene Strahlung oder gesendete 100 fach
stärker ist als die des Kugelstrahlers.
Der dBi-Wert wird in Datenblätter als Antenenngewinn-Wert angegeben.
dBm, decibel mW
Dezibel Milliwatt
Umrechnungstabelle von
dBm in mW
Dezibel Milliwatt (dBm) ist der Leistungspegel in Dezibel, bezogen auf 1mW. In optischen Systemen wird ein
dBm als Referenz für die absolute optische Leistung von 1 mW genutzt, ausgedrückt in dBm.
0 dBm entspricht einer Leistung von 1 mW, größere
Leistungswerte haben positive, kleinere negative dBmWerte. So entsprechen 10 dBm 10 mW, 20 dBm 100
mW und 30 dBm 1.000 mW beziehungsweise 1 W.
Negative dBm-Werte sind Leistungswerten
zugeordnet, die kleiner sind als 1 mW. So entsprechen
100 µW -10 dBm, 10 µW -20 dBm und 1 µW -30 dBm.
Als Faustformel kann festgehalten werden, dass 30 dB
einem 1.000-fachen Leistungsanstieg entsprechen, 20
dB einem hundertfachen, 10 dB dem zehnfachen und 3
dB dem doppelten. -3 dB entsprechen einer
Leistungsreduzierung um 50 %, 10 dB einer um 90 %
und -20 dB einer um 99 %.
Mit Hilfe der dBm-Werte können auf einfachste Weise
Leistungen und Dämpfungsbudgets in Übertragungs- und LwL-Systemen ermittelt werden. So entspricht die
Leistung von 1 Mikrowatt (µW) -30 dBm, von 1 Nanowatt (nW) -60 dBm und einem PicoWatt (pW) -90 dBm.
Dipolantenne
dipole antenna
Die Dipolantenne ist eine Sende- oder
Empfangsantenne für terrestrische HFSignale. Sie ist als abgeflachtes Rechteck
ausgeführt und bildet einen offenen
Schwingkreis, der auf die Empfangsfrequenz
abgestimmt ist.
Die einfache Dipolantenne besteht aus einem
gestreckten Leitungsstück mit definierter
Länge, das in der Mitte, wo sich die
Anschlüsse befinden, geteilt ist. Die Länge
des Dipols entspricht der halben Wellenlänge
Lambda/2. Neben dieser Bauform gibt es
Runddipol für den
UKW-Empfang
Exit
Index
12
ANTENNEN
noch den Schleifendipol, bei dem die
Enden des gestreckten Dipols
miteinander verbunden sind. Der
Schleifen- oder Faltdipol weist etwa
den vierfachen Strahlungswiderstand
des einfachen, gestreckten Dipols auf
und liegt bei etwa 240 Ohm bis 280
Ohm. Weitere Bauformen des offenen
Dipols sind die in einem bestimmten
Winkel gespreizten Leitungsstücke.
Diese Dipole heißen wegen der Vähnlichen Winkelung Inverted Vee und
können mit 90° und 120° Spreizwinkel
gewinkelt sein. Darüber hinaus sind
noch der Doppelschleifendipol zu
nennen, dessen Strahlungswiderstand
Bauformen von Dipolen: Gestreckte
Dipole, Schleifendipol und
Doppelschleifendipol
zwischen 500 Ohm und 2 kOhm liegt, und der Runddipol.
Die Empfangs- und Abstrahlcharakteristik liegt senkrecht zur Dipolebene. Wichtige Parameter sind die
Fußpunktimpedanz und der Antennengewinn, der bei 1,6 liegt.
Die Bandbreite des Dipols wird durch das Verhältnis von Länge zu Durchmesser bestimmt.
Neben der Flachbauweise, die in Yagi-Antennen eingesetzt wird, gibt es den Runddipol, der eine
gleichmäßige Empfangscharakteristik in alle Richtungen hat. Runddipole oder Ringdipole werden vorwiegend
für den Empfang von UKW-Rundfunk eingesetzt, da der Runddipol UKW-Sender aus alle möglichen
Richtungen empfangen muss. Der Frequenzbereich für den UKW-Rundfunk liegt zwischen 87,5 MHz und
108 MHz, das bedeutet, dass der Runddipol, abgestimmt auf die mittlere Wellenlänge von 100 MHz einen
Durchmesser von etwa 50 cm haben muss.
Discone-Antenne
discone antenna
Discone-Antenne,
Foto: 2dehands.nl
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Index
13
Eine Discone-Antenne ist ein Rundstrahler, entstanden aus
bikonischen Antenne. Bei dieser Antenne existiert nur eine
sichtbare konische Antenne, die andere ist auf eine Ebene
reduziert. Beide Antennen, die konische und die auf die
Ebene reduzierte, bestehen aus sechs oder acht
Antennenelementen. Die Discone-Antenne arbeitet wie ein
Rundstrahler der die Wellen stark bündelt.
Der omnidirektionale Ausleuchtungskegel ist sehr flach, die
Polarisation verläuft in vertikaler Richtung. Der
Antennengewinn von Discone-Antennen liegt bei 3 dBi bis 4
dBi. Das Stehwellenverhältnis ist frequenzabhängig und liegt
bei ca. 1:1,3, die Fußpunktimpedanz beträgt 50 Ohm. Dieser
ANTENNEN
ändert sich nur geringfügig über einen großen Frequenzbereich.
Discone-Antennen sind äußerst breitbandig, sie werden im VHF- und UHF-Band zwischen 20 MHz und 1,3
GHz eingesetzt. In der Praxis werden Discone-Antennen fast nur mit Top-Strahlern ausgestattet, durch den
senderseitig bessere Werte erzielt werden.
Dual-LNB
dual LNB
Bei einem Dual-LNB handelt es sich um einen Low Noise Blockconverter (LNB) mit zwei Ausgängen für die
horizontale und vertikale Polarisationsebene.
Die beiden Polarisationsebenen werden mit der dafür vorgesehenen 14/18-V-Steuerspannung selektiert,
getrennt gemischt und stehen auf den beiden separaten Ausgängen zur Verfügung. Darüber hinaus können
mit dem 22-kHz-Steuersignal, die Empfangsfrequenzbereich zwischen dem unteren (Low) und dem oberen
(High) Frequenzband umgeschaltet werden.
Dualband-LNB
dual band LNB
Die Transponder von Satelliten senden auf mehreren Kanälen analoges Fernsehen und Digital-TV. Für das
analoge Fernsehen sind die Frequenzen von 10,7 GHz bis 11,7 GHz und für Digital-TV die Frequenzen von
11,7 GHz und 12,75 GHz reserviert.
Normale LNBs eignen sich nur für das Low-Band, den unteren Frequenzbereich; Universal-LNBs oder
Dualband-LNBs decken hingegen beide Frequenzbereiche ab. Solche LNBs werden auch als digitaltauglich
bezeichnet. Wobei sich die Aussage digital auf den Empfangsbereich für das Digital-TV bezieht.
Einkabelsystem
scd, single cable distribution
Exit
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14
In Antennenanlagen gibt es zwei technische Konzepte mit denen mehrere Teilnehmer über ein einziges
Antennenkabel gleichzeitig verschiedene Fernseh- und Rundfunkprogramme empfangen können: Das
Einkabelsystem und das Unicable. Beide Antennenanlagenkonzepte berücksichtigen einen
unproblematischen Umstieg bei neuen Empfangseinrichtungen wie einer Satellitenschüssel. Das
Einkabelsystem teilt den gesamten Frequenzbereich des Antennenkabels in einzelne Frequenzbereiche, die
den verschiedenen Broadcastdiensten zugeordnet werden. Das Unicable-Konzept ist dagegen für den
Satellitenempfang konzipiert und arbeitet mit speziellen LNB-Convertern.
Bei dem in Einkabelsystemen eingesetzten Koaxialkabel handelt es sich um ein breitbandiges
Hochfrequenzkabel, über das alle Broadcastdienste übertragen werden können. Die Einspeisung der
Broadcastdienste in das Einkabelsystem erfolgt dabei direkt, ohne Frequenzumsetzung. Das bedeutet, dass
UKW-Rundfunk, analoges terrestrisches Fernsehen, terrestrisches Digital-TV (DVB-T), Digital-TV aus
Kabelverteilnetzen (DVB-C) und satellitengestütztes Digital-TV (DVB-S) in verschiedenen Frequenzbändern
über das Koaxialkabel übertragen werden. Das ist direkt möglich, da den verschiedenen Broadcastdiensten
unterschiedliche Übertragungsfrequenzen zugeordnet sind. Eine Voraussetzung ist allerdings, dass das
Hochfrequenzkabel alle Frequenzbereiche bis hin zu 2,250 GHz übertragen kann. Weil das der
Frequenzbereich für DVB-S ist, der als Zwischenfrequenz im LNB-Converter erzeugt wird.
Nach diesem Schema wird UKW-Rundfunk, das den Frequenzbereich zwischen 88 MHz und 108 MHz
belegt, direkt eingespeist. Auch das für das Kabelfernsehen reservierte Frequenzband zwischen 105 MHz
und 465 MHz und das im UHF-Band übertragene terrestrische Fernsehen und Digital-TV kann direkt
einespeist werden und belegt den Frequenzbereich zwischen 470 MHz und 855 MHz.
ANTENNEN
EIRP, equivalent isotropically
radiated power
Die Equivalent Isotropically Radiated Power (EIRP) ist ein Gütemaß für die Strahlungsleistung von Antennen,
das die Parameter Sendeleistung und Antennengewinn umfasst. Die EIRP ist ein theoretischer Wert, der
sich auf eine isotrope Antenne, eine punktförmige Strahlungsquelle, bezieht. Sie errechnet sich aus dem
Verhältnis der Antennenleistung zu der Leistung einer theoretischen, isotropen Antenne und wird in Watt (W)
oder dBW angegeben.
Die isotrope Strahlungsleistung gibt an, welche Leistung man in eine isotrope Antenne einspeisen müsste,
um ein Feld zu erzeugen, das dieselbe Leistungsdichte in dBi aufweist wie eine Richtantenne in ihrer
Hauptstrahlrichtung. Der EIRP-Wert addiert sich aus der Sendeleistung in dBm und dem Antennengewinn in
dBi. Beträgt die Sendeleistung beispielsweise 10 dBm und der Antennengewinn 8 dBi, dann ist die EIRP 18
dBm.
Im Unterschied zur EIRP bezieht sich die äquivalente Strahlungsleistung (ERP) auf einen Halbwellendipol .
Beide Werte stehen in direktem Bezug zueinander: ERP = EIRP x 1,64.
Weitere, die Leistung beeinflussende Parameter sind der Antennengewinn, das G/T, das Verhältnis der
Verstärkung zur Rauschtemperatur und die Intermodulationsprodukte.
Die EIRP wird für Sende- und Antenneneinrichtungen in Satelliten- und Mobilfunknetzen angegeben, ebenso
wie für Access Points und Antennen von WLANs. Es ist die Sendeleistung, die gesetzlich vorgeschrieben ist.
Bei Transpondern ist EIRP ein wichtiger Kennwert, da dieser Wert entscheidend dafür ist, mit welcher
Feldstärke das Downlink-Signal des Transponders bei der Bodenstation ankommt. So liegt beispielsweise
der EIRP-Wert bei Eutelsat bei etwa 50 dBW. Die Satellitenbetreiber stellen für die Ausleuchtzonen EIRPKarten für den Empfang der Satellitensignale zur Verfügung.
ERP, equivalent
radiated power
Die äquivalente Strahlungsleistung (ERP) ist ein in der praktischen Antennentechnik benutzter Wert, der sich
auf einen Lambda-Halbe-Dipol bezieht und die von der Antenne abgestrahlte Hochfrequenzleistung angibt.
Diese Abstrahlleistung setzt sich zusammen aus der Ausgangsleistung des Senders, die in die Antenne
eingespeist wird, dem Stehwellenverhältnis und dem Antennengewinn. Somit ist die Strahlungsleistung um
den Antennengewinn höher als die
zugeführte Sendeleistung. Die
abgestrahlte Leistung ist immer kleiner
als die vom Sender zugeführte HFWirkleistung.
Im Gegensatz dazu steht der
theoretische Wert der äquivalenten
isotropen Strahlungsleistung, EIRP, der
sich auf einen punktförmigen Strahler mit
kugelförmiger Abstrahlcharakteristik
bezieht.
Beim Lambda-Halbe-Dipol liegen die
Feldstärkemaxima senkrecht zur
Dipolebene, dagegen strahlt die isotrope
Effektive, isotrope
Strahlungsleistung EIRP
Exit
Index
15
ANTENNEN
Antenne mit gleicher Feldstärke in alle Richtungen. Werden in beide Antennen die gleichen
Hochfrequenzleistungen eingespeist, so hat der Halbwellendipol in den Hauptabstrahlrichtungen höhere
Feldstärken als der isotrope Strahler. Zwischen beiden Werten besteht ein direkter Zusammenhang: Die
Strahlungsleistung eines Halbwellendipols, ERP, ist um Faktor 1,64 höher als die Equivalent Isotropic
Radiated Power (EIRP) des Rundstrahlers: ERP = EIRP x 1,64. Dieser Wert von 2,15 dB entspricht dem
Unterschied in der Strahlungsleistung zwischen beiden Antennentypen.
Der ERP-Wert des Halbwellendipols bildet die Referenz für den Vergleich mit anderen Antennen.
Feedhorn
feedhorn
Das Feedhorn ist ein mechanischer Arm einer
Parabolantenne, der den Antennendipol und den Low
Noise Converter (LNC/LNB) im Brennpunkt der
Parabolantenne fixiert.
Das Feedhorn ist hinter dem Parabolspiegel befestigt
und so geformt, dass der Antennendipol im Brennpunkt
liegt.
Feedhorn mit der
Befestigungsebene für den LNB
Feldstärke
F, field strength
Flachantenne
flat antenna
Gemeinschaftsantenne, GA
common antenna
Exit
Index
16
Die Feldstärke (F) ist die Leistungsdichte einer
elektromagnetischen Welle, in der sich die Energien der magnetischen und elektrischen Feldstärke
summieren. Das Maß für die elektrische Feldstärke ist das Verhältnis der Spannung zur Längeneinheit: Volt/
Meter, mV/m oder µV/m. Eine elektromagnetische Welle hat dann eine elektrische Feldstärke von 1 V/m,
wenn sie eine Spannung von einem Volt in einer Antenne mit der effektiven Länge von einem Meter erzeugt.
In der Satellitentechnik wird als Maßeinheit das Equivalent Isotropically Radiated Power (EIRP) benutzt.
Die magnetische Feldstärke bezieht sich im Gegensatz zur elektrischen auf das Verhältnis des Stroms zur
Längeneinheit: Ampere/Meter (A/m), Milli-Ampere/Meter (mA/m), Mikro-Ampere/Meter (µA/m) oder NanoAmpere/Meter (nA/m) oder Nano-Ampere/Zentimeter (nA/cm). Eine ältere Einheit ist das Oersted (Oe), das
aus der Einheit A/m abgeleitet werden kann: 1 Oersted entspricht 79,6 A/m. Die Einheit Oersted ist nach dem
dänischen Physiker Hans Cristian Oersted (1777 bis 1851) benannt.
Bei isotroper Abstrahlung nimmt die Feldstärke einer elektromagnetischen Welle mit dem Quadrat der
Entfernung vom Sender ab.
Flachantennen oder Planarantennen sind vergleichbar mit kleinen Antennen-Arrays. Sie bestehen aus
mehreren Antennen, die untereinander verbunden sind und gemeinsam für einen höheren Antennengewinn
sorgen. Flachantenne können in gedruckter Schaltung ausgeführt sein.
Unter einer Gemeinschaftsantenne versteht man eine Antennenanlage an die einige hundert Haushalte
angeschlossen sind. Solche Gemeinschaftsantennenanlagen werden in Wohnblöcken, Krankenhäusern
oder Hotels eingesetzt. Noch größere Antennenanlagen bezeichnet man mit
Großgemeinschaftsantennenanlagen (GGA).
ANTENNEN
Gemeinschaftsantennenanlage
MATV, master antenna
television
Gemeinschaftsantennenanlagen (MATV) sind Mini-Breitbandkabelsysteme über die TV-Kanäle in
Wohnanlagen, Krankenhäuser, Universitäten und Institute übertragen werden.
Bei diesen Anlagen benutzt man in der Regel eine Antenne für jeden Frequenzbereich: also eine für den
VHF-Bereich, eine für UHF, eine für den Lang-, Mittel- und Kurzwellen-Rundfunkbereich und eine oder
mehrere Parabolantennen für den Satellitenempfang. Die diversen Antennensignale werden über
Antennenweichen zusammengeführt, verstärkt und über die Stammleitungs- oder Stichleitungsverteiler und
über die Stamm- oder Stichleitungen an die Antennensteckdosen in den einzelnen Räume geführt, wo sie mit
75 Ohm abgeschlossen sind.
Großgemeinschaftsantennenanlage, GGA
Großgemeinschaftsantennenanlagen (GGA) sind solche die mehrere hundert Haushalte oder
Teilnehmeranschlüsse versorgen. Die etwas kleineren Gemeinschaftsantennenanlagen (GA) versorgen bis
zu ein paar hundert Haushalte.
Großgemeinschaftsantennenanlagen speisen terrestrische, kabelgebunde oder satellitengestützte Sender
für Hörfunk und Fernsehen in ihre Antennenanlgen ein. Sie können auch Pay-TV und andere kostenpflichtige
Broadcastdienste einspeisen.
Impedanz
Z, impedance
Bestimmung der Impedanz aus dem
Wirkwiderstand und dem
imaginären Blindwiderstand
Exit
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Die Impedanz (Z) ist der Scheinwiderstand eines Zwei- oder Vierpols. Dieser setzt sich zusammen aus dem
ohmschen Widerstand (R) und der Reaktanz (X), dem Blindwiderstand. Dabei handelt es sich um die
frequenzabhängigen Widerstände der Induktivitäten und Kapazitäten. Generell ist die Impedanz “Z” eine
komplexe, frequenzabhängige Größe, die aus einem realen und einem imaginären (j) Widerstand besteht
und durch ihren Betrag “Z” und ihren Winkel “Phi” eindeutig bestimmt ist. Der Betrag errechnet sich nach
Pythagoras aus der Wurzel der Summe der Quadrate der realen und der imaginären Anteile. Der Winkel Phi
über den Tangens.
Bei Kabeln ist die Impedanz unabhängig von der Kabellänge und wird über die Quadratwurzel aus dem
Verhältnis der Induktivität zur Kapazität errechnet. Beide Größen werden durch die Konstruktion des Kabels,
durch die Maße von Innenleiter, Außenleiter,
Dielektrikum und Schirmung, bestimmt. Die
Induktivität ist direkt abhängig von der Dicke
des Innenleiters, ein dickerer Innenleiter
sorgt für eine geringere Induktivität, ein
dünnerer für eine höhere. Die Kapazität ist
vom Dielektrikum abhängig. Ein Dielektrikum
mit einer höheren Dielektrizitätskonstante
verursacht eine Erhöhung der Kapazität,
eine kleinere Dielektrizitätskonstante hat eine
geringere Kabelkapazität zur Folge.
Die Impedanz wird in Ohm angegeben und
ist bei Kabeln über weite Frequenzbereiche
frequenzunabhängig. Mit steigenden
ANTENNEN
Frequenzen wird die Impedanz zunehmend vom Leiterwiderstand bestimmt, bei dem sich der Skineffekt
auswirkt. Bei aktiven Vierpolen (Verstärker, Repeater etc.) wird die Impedanz durch entwicklungstechnische
Maßnahmen in der Eingangsschaltung festgelegt.
Der Kehrwert der Impedanz ist die Admittanz.
Isotrop
isotropic
Unter isotrop sind Materialeigenschaften wie Dichte, elektrische Leitfähigkeit, magnetische Permeabilität oder
deren Brechung zu verstehen, die richtungsunabhängig sind und die sich weder mit der Richtung noch der
Entfernung ändern. Bedingt durch diese Eigenschaften breiten sich elektrische, magnetische oder
elektromagnetische Felder in alle Richtungen gleichmäßig aus.
Die Bezeichnung isotrop wird bei Antennen und Lautsprechern verwendet. Eine isotrope Antenne ist ein
theoretisches Antennenmodell, vergleichbar einem Rundstrahler. Ein solches Antennenmodell ist eine
Referenzantenne, die gleichmäßig in alle Richtungen strahlt und ein optimales Energiefeld aufweist. Der
Pegel einer isotropen Antenne wird in Dezibel isotrop (dBi) angegeben, wobei 0 dBi den Bezugspegel für
die Berechnung des Antennengewinns bildet.
Im Gegensatz zur isotropen Ausbreitung steht die richtungsabhängige, die anisotrope Ausbreitung.
Keramik-Antenne
ceramic antenna
Der Trend zur Verkleinerung und Kostenersparnis ist in den Geräten
der Mobilkommunikation besonders ausgeprägt. Keramik-Antennen
erfüllen diese Ansprüche im Mikrowellenbereich bei Bluetooth,
WLANs, UMTS oder GSM. Sie eignen sich wegen ihrer
Kostenvorteile für den Einsatz in vielen funktechnischen Mobilgeräten,
in Handys, PCMCIA-Karten, Laptops oder Handhelds.
Von der Größe her sind Keramik-Antennen nicht einmal 2 mm dick
und haben Seitenlängen von ca. 15 mm x 8 mm. Sie haben geringe
dielektrische Verluste und können breitbandig ausgelegt sein.
Keramik-Antenne für UltraBreitband (UWB),
Foto: Taiyo Yuden
LHCP, left hand circular
polarisation
LNB, low noise blockconverter
LNB-Converter
Exit
Index
18
Elektromagnetische Wellen breiten sich im Raum unipolarisiert aus,
sie haben keine festgelegte Schwingungsebene. Erst durch
Polarisation wird eine bestimmte Schwingungsebene festgelegt. Diese kann horizontal, vertikal oder in
anderer Richtung ausgelegt sein. Man kann die Polarisation aber auch so beeinflussen, dass die
Wellenausbreitung im Raum kreisförmig erfolgt. Man spricht in diesem Zusammenhang von
Zirkularpolarisation. Je nachdem, ob sich die elektromagnetische Welle von der Antenne aus betrachtet, im
Uhrzeigersinn dreht oder gegen den Uhrzeigersinn, spricht man von Right Hand Circular Polarisation
(RHCP) oder von Left Hand Circular Polarisation (LHCP).
Die Zirkularpolarisation wird von Antennen realisiert, deren Antennenelemente rechtwinklig zueinander stehen
und die zudem zwei um 90° phasenverschobene Sendesignale abstrahlen.
Ein Low Noise Blockconverter (LNB) ist ein rauscharmer Konverter, der die Antennensignale von
Parabolantennen verstärkt und frequenzmäßig umsetzt. Da die Satellitendienste im Mikrowellenbereich
ANTENNEN
Parabolantenne mit zwei LNBs,
Foto: Kathrein
Steuersignale für
LNB/LNC-Converter
LNC, low noise converter
LNC-Converter
Exit
Index
19
zwischen 10,7 GHz und 12,75 GHz übertragen werden,
müssen die LNB-Konverter auf dieses Fequenzband
abgestimmt sein und die Mikrowellen in tiefere Frequenzen
konvertieren, damit sie über Hochfrequenzkabel übertragen
und im Receiver empfangen werden können. LNBs arbeiten
mit Hochfrequenztransistoren HEMT und erreichen
Verstärkungen von 50 dB bis 60 dB. Dabei werden im LNB
die Empfangsfrequenzen mit der Lokaloszillatorfrequenz
(LOF) gemischt und das untere Seitenband als
Zwischenfrequenz (ZF), dem IF-Band, ausgefiltert. Die
Zwischenfrequenzen liegen im F-Band zwischen 950 MHz
und 2,150 GHz. Diese Frequenzen werden dem Receiver
zugeführt, der daraus die einzelnen Satellitenkanäle selektiert.
Das vom LNB zum Receiver übertragene Signal wird als ZFSignal oder Sat-Signal bezeichnet.
Der LNB ist als Singleband-LNB für ein Frequenzband
ausgelegt, er kann aber auch mehrere Frequenzbänder in
vertikaler und horizontaler Polarisationsebene empfangen.
Diese LNBs eignen sich für
Gemeinschaftsantennenanlagen. Die Umschaltung der
empfangenen Polarisationsebene erfolgt mittels zweier
Gleichspannung von 14/18 Volt, die Umschaltung zwischen
dem Low-Band für analoges Fernsehen und High-Band für
Digital-TV mit dem 22-kHz-Steuersignal.
Für den gleichzeitigen Empfang von mehreren Satelliten mit
einer einzigen Parabolantenne, gibt es das so genannte Multifeed. Bei dieser Technik sind an dem
Parabolspiegel mehrere LNBs angebracht, wobei der Parabolspiegel allerdings eine Defokussierung
aufweist um die verschieden positionierten Satelliten empfangen zu können. Die Multifeed-Technik kann
wegen der Defokussierung nur dann eingesetzt werden, wenn die Satelliten nicht weiter als 10 Grad
auseinander liegen.
LNBs gibt es in einfacher universeller Version als Single-LNB, in universeller Doppelausführung als DualLNB, Dualband-LNB oder Twin-LNB und in Vierfachausführung als Quattro-LNB, wobei sich das Universelle
auf den Empfang des gesamten Frequenzbandes und somit für analoges Fernsehen und Digital-TV bezieht.
Wie der Name Low Noise Converter (LNC) oder Low Noise Blockconverter (LNB) bereits aussagt, handelt es
sich um einen rauscharmen Konverter, der die Antennensignale von Parabolantennen verstärkt und
frequenzmäßig umsetzt. Da Parabolantennen für den Fernseh-Satellitenempfang im Mikrowellenbereich bei
10,70 GHz bis 12,75 GHz arbeiten, müssen diese HF-Signale in tiefere Frequenzen konvertiert werden,
damit sie übertragen und empfangen werden können.
ANTENNEN
Der LNC, der bei der Antenne im Brennpunkt der Parabolantenne installiert ist und zur Outdoor Unit (ODU)
gehört, mischt die Empfangsfrequenzen mit einer Lokaloszillatorfrequenz (LOF) und filtert das untere
Seitenband als Zwischenfrequenz aus. Die Zwischenfrequenzen liegen im F-Band zwischen 950 MHz und
2,150 GHz. Diese Frequenzen werden der Indoor Unit (IDU), das ist der Receiver, zugeführt, der daraus die
einzelnen Satellitenkanäle selektiert und das FBAS-Signal demoduliert.
Es gibt LNCs und LNBs für einen oder mehrere Frequenzbänder. Bei universellen LNCs für mehrere
Frequenzbänder erfolgt die Umschaltung der Frequenzbänder mit einem 22-kHz-Steuersignal. Außerdem
kann die Polarisationsebene des LNCs verändert werden. Dies erfolgt durch verschiedene
Gleichspannungspegel. <
Daneben gibt es Dualband-LNBs zum Empfang der Frequenzbereiche von 10,70 GHz bis 11,7 GHz für
analoges Fernsehen und 11,7 GHz bis 12,75 GHz für Digital-TV, Twin-LNBs mit zwei Ausgängen und
Quattro-LNBs mit vier Anschlüssen, die den Polarisationsebenen und Frequenzbändern fest zugeordnet
sind.
Mehrantennensystem
multiple antenna system
Um in Funksystemen höhere Empfangsfeldstärken und
Datenraten zu erzielen, gibt es mit der Raumdiversität
eine Technik, die die Mehrwegeausbreitung der
Funksignale nutzt, mit Spatial-Multiplexing oder
Diversitäts-Verfahren arbeiten oder auch mit sendeund empfangsseitigen Antennen-Arrays, so genannten
Mehrantennensystemen.
Generell erfolgt eine funktechnische Übertragung
zwischen einem Sender und einem Empfänger in der
Form, dass der Sender das HF-Signal von einer
Antenne abstrahlt und der Empfänger eine Antenne für
den Empfang hat. Für solche Systeme gibt es das
Akronym SISO, das für Single Input Single Output
steht.
Eine Erhöhung der Empfangsfeldstärke kann bereits
durch zwei oder mehr Empfangsantennen erfolgen.
Man spricht dann von SIMO, Single Input Multiple
Output. Werden anstelle einer Sendeantenne mehrere
Antennen zur Abstrahlung des HF-Signals eingesetzt,
spricht man von MISO, Multiple Input Single Output.
Werden sowohl für die senderseitige Abstrahlung als
auch für die Empfangsseite mehrere Antennen
eingesetzt heißen die Systeme MIMO, Multiple Input
Multiple Output.
Bei den Mehrantennensystemen senden alle Sender
Mehrantennensysteme
Exit
Index
20
ANTENNEN
die Signale an alle Empfänger. So erhält bei einem Drei-Antenennsystem die erste Empfangsantenne die
Summe der Signalanteile h11, h12 und h13, die zweite h21, h22 und h23 und die dritte Empfangsantenne
empfängt Anteile von h31, h32 und h33. Sind die Matrixen bekannt, dann können aus diesen die
Sendesignale berechnet werden. Die Matrixelemente werden regelmäßig durch einen Pilot-Ton gemessen
und optimiert. Dies ist erforderlich weil sich die Übertragung auf der Funkstrecke und damit die
Empfangsbedingungen geändert haben können.
Mit diesen Mehrantennensystemen kann die Bandbreite effizienter genutzt und die Datenrate auf 20 bit/Hz bis
40 bit/Hz erhöht werden.
Multischalter
multiswitch
Multiswitch mit einem terrestrischen
und 4 Sat-Eingängen und 4
Receiver-Ausgängen,
Foto: basesatellite.com
Öffnungswinkel
beam width
Exit
Index
21
Multiswitche oder Multischalter werden in Satellitenempfangsanlagen eingesetzt und haben mehrere
Eingänge für LNB-Converter und einen oder mehrere Ausgänge die mit den Satelliten- oder Digitalreceivern
verbunden sind. Multiswitche verteilen die anliegenden LNB-Signale an einen oder mehrere
Satellitenreceiver.
Da LNB/LNC-Converter in Frequenzbereich und der Polarisationsebene umgeschaltet werden können,
können die an den Satelliten-Eingängen anliegenden Zwischenfrequenzen aus dem Low- oder HighEmpfangsbereich sein, also mit analogem Fernsehen oder Digital-TV moduliert sein, und darüber hinaus von
einem vertikal oder horizontal abstrahlenden Transponder stammen.
Multiswitche werden mit den gleichen Steuersignalen gesteuert wie LNB-Converter und schalten mit diesen
Steuersignalen den entsprechend belegten Satelliten-Eingang auf den Receiver-Ausgang. Liegen
beispielsweise das 22-kHz-Steuersignal und die 18-VGleichspannnung als Steuersignale an dem Multiswitch, dann
schaltet dieser den Receiver-Ausgang auf den Sat-Eingang, an
dem der LNB-Converter angeschlossen ist, der auf das HighBand (22 kHz) für Digital-TV und die horizontale
Polarisationsebene (18 V) abgestimmt ist.
Der Multiswich kann mit den Gleichspannungen von 14/18 V die
Polarisationsebenen im LNB-Converter umschalten und mit
dem 22-kHz-Steuersignal in jeder Polarisationsebene das LowBand für analoges Fernsehen und das High-Band für Digital-TV
selektieren.
Multiswitche gibt es in den verschiedensten Ausführungen mit 2,
4, 12 und 16 Satelliteneingängen und ein oder mehreren
Ausgängen. Zusätzlich zu den Sat-Eingängen können
Multiswitche auch einen Eingang für terrestrisches Fernsehen
besitzen. In Gemeinschaftsantennenanlagen kann ein Multiswitch durchaus 4 Eingänge und 8 Ausgänge
haben.
Der Öffnungswinkel ist eine Kenngröße von Antennen, der unmittelbar auf die Abstrahlcharakteristik eingeht.
Es handelt sich um den Winkel bei dem die abgestrahlte Sendeleistung der Hälfte der maximalen
ANTENNEN
Abstrahlcharakteristik einer
gebündelten Antenne mit Hauptund Nebenkeulen
Panel-Antenne
panel antenna
Panel-Antenne,
Foto: TTL-Network
Parabolantenne
parabolic antenna
Exit
Index
22
Sendeleistung entspricht, oder die
Antennenfeldstärke um 3 dB abgefallen ist, was
das Gleiche ist. Dieser Öffungswinkel wird auch
daher als Halbwertsbreite bezeichnet.
Bei Dipol- und Yagi-Antennen hängt der
Öffnungswinkel von der Anzahl und der Anordnung
der Direktoren ab. Bei Parabolantennen besteht
ein direkter Zusammenhang zwischen dem
Durchmesser der Parabolschüssel und der
empfangenen Frequenz, resp. deren
Wellenlänge. Je größer der Durchmesser, desto
schmaler der Öffnungswinkel. Bei einer
Parabolschüssel von 70 cm und einer
Satellitenfrequenz von 12 GHz, entsprechend
einer Wellenlänge von 2,5 cm, ergibt sich ein
Öffungswinkel von 2,5 Grad, bei einer 1,2-m-Parabolschüssel reduziert sich der Öffungswinkel auf 1,5 Grad.
Panel-Antennen sind Flachantennen mit gerichteter
Abstrahlcharakteristik. Sie werden im Innen- und
Außenbereich in WLANs und für Richtfunkverbindungen
eingesetzt. Das Antenneninnere besteht aus einem
Antennen-Arrray aus einer gedruckten Schaltung, auf der
einzelne Patchantennen durch Leiterbahnen gebildet
werden. Der äußere, wetterfeste Schutz ist aus
elektromagnetisch neutralem Kunststoff und schützt die
eigentliche Antenne gegen Umwelteinflüsse und Korrosion.
Im 2,4-GHz-Band haben passive Panel-Antennen einen
Antennengewinn zwischen 12 dBi bis 18 dBi. Aktive
Antennen mit eingebautem Antennenverstärker erreichen
ca. 10 dB mehr. Die Öffnungswinkel liegen je nach Ausführung zwischen 30° und 70°, die Impedanz beträgt
50 Ohm.
Parabolantennen sind schüsselähnlich aufgebaute Richtantennen, die einen schüsselförmigen Reflektor
haben und die sich durch eine starke Strahlbündelung der elektromagnetischen Strahlen auszeichnen.
Die Form des Reflektors ist ein Ausschnitt eines Paraboloids. Bei einer Empfangsantenne fokussieren sich
alle parallel einfallenden Strahlen im Brennpunkt, in dem sich das Feedhorn mit der Antenne befindet. Durch
die Strahlreflexion an der Antennenschüssel erhöht sich die Empfangsfeldstärke. Zur weiteren Erhöhung der
Empfangsfeldstärke kann mit einem zweiten, wesentlich kleineren Parabolspiegel gearbeitet werden, der sich
im Brennpunkt des größeren Spiegels befindet und die Strahlen auf der Antenne im zweiten Brennpunkt
ANTENNEN
Aufbau der Parabolantenne
Patchantenne
patch antenna
Exit
Index
23
fokussiert.
Bei der Sendeantenne werden die
Strahlen vom Brennpunkt aus über die
Antennenschüssel parallel ausgesendet.
Im Brennpunkt der Parabolantenne
befindet sich ein Low Noise Converter
(LNC).
Parabolantennen haben einen hohen
Antennengewinn von 20 dBi und höher,
der abhängig ist vom Durchmesser des
Parabolspiegels. Dieser bestimmt auch
unmittelbar den Öffnungswinkel. Es
besteht nämlich ein direkter
Zusammenhang zwischen Durchmesser
und Wellenlänge. Bei einem 50Zentimeter-Parabol und einer
Satellitenfrequenz von 12 GHz,
entsprechend 2,5 cm Wellenlänge, ergibt
sich ein Öffnungswinkel von 3,5 Grad, bei
einer Parabolantenne mit einem
Durchmesser von einem Meter halbiert sich der Öffnungswinkel auf 1,7 Grad.
Parabolantennnen werden im Richtfunk und in der Satellitenkommunikation eingesetzt. Für die
Satellitenübertragung von Fernsehen werden je nach Empfangsfeldstärke und Lage innerhalb des Footprint
Parabolantennen mit Durchmessern zwischen 50 cm und 120 cm eingesetzt.
Patchantennen sind planar aufgebaute Antennen, die in mobilen Kommunikationsgeräten eingesetzt werden,
so in GPS-Empfängern, Handys oder RFID-Systemen.
Eine Patch- oder Microstrip-Antenne besteht aus einem Trägermaterial aus Polytetrafluorethylen (PTFE),
Teflon (FEP) oder Epoxydharz, das beidseitig mit einem leitenden Material kaschiert ist. Die Unterseite ist
vollkommen kaschiert und liegt auf Massepotential, auf der Oberseite befindet sich ein kaschiertes Rechteck,
das Patch, das das Strahlerelement darstellt. An den Patchkanten bilden sich nach Masse hin elektrische
Feldlinien, die sich gegenseitig unterstützen, weil sie gleichphasig sind, d.h. die Feldlinien an der einen
Patchkante verlaufen von der Patchkante nach Masse, die an der gegenüberliegenden Patchkanten hingegen
von Masse hin zur Patchkante. Die Speisung der Patchantenne erfolgt über einen Microstrip oder durch
kapazitive Kopplung.
Die Resonanzfrequenz der Planarantennen wird durch die Länge des Patches und die Dicke des
Trägermaterials bestimmt.
Patchantennen zeichen sich durch eine geringe Größe und die fertigungstechnischen Vorteile aus und
können preiswert in Ätztechnik hergestellt werden.
ANTENNEN
Polarisation
polarization
Horizontale und vertikale
Polarisation von
elektromagnetischen Wellen
1. Lichtschwingungen und elektromagnetische Schwingungen breiten sich in ihrer Wellenbewegung in
beliebigen Schwingungsebenen aus.
Mit der Polarisation ist es möglich die Schwingungen so auszufiltern, dass ihre Ausbreitung nur in einer
Schwingungsebene erfolgt. Mit dieser Technik ist es möglich den verschieden polarisierten Schwingungen
einzelne Zustände oder Informationen zu geben. Beispiele für solche Techniken sind Displays auf
Flüssigkeitsbasis, wie die TN-Technologie, oder die HF-Übertagung, bei der die horizontal und vertikal
polarisierten Mikrowellen für unterschiedliche Kanäle genutzt werden.
2. Bei der Funkübertragung stehen das elektrische Feld und
das magnetische Feld im rechten Winkel zueinander. Als
Polarisation ist die Richtung des elektrischen Feldes
definiert. So benutzt der konventionelle Rundfunk mit
Amplitudenmodulation eine vertikale Polarisation,
wohingegen die Funkwellen für UKW-Rundfunk und TVÜbertragungen in den meisten Ländern horizontal polarisiert
sind, was man an der Antennenlage erkennen kann. Die
vertikale Polarisation eignet sich besser für den mobilen
Empfang, da die Antennen senkrecht angebracht werden
und auch Stabantennen genutzt werden können.
Wellen können sich aber nicht vertikal und horizontal ausbreiten, sondern auch kreisförmig. Von der Antenne
aus betrachtet kann sich die Welle im Uhrzeigersinn oder in entgegengesetzter Richtung drehen. Man spricht
dann von zikularer Polarisation oder Zirkularpolarisation, diese kann rechts- oder linksdrehend sein, Right
Hand Circular Polarisation (RHCP) oder von Left Hand Circular Polarisation (LHCP).
Zirkular polarisierte Wellen werden mit zwei rechtwinklig aufeinander stehenden Antennen erzeugt, die zwei
um 90° phasenverschobene Sendesignale abstrahlen. Die Empfangsantennen müssen die gleiche
Zirkularpolarisation haben, da ansonsten Verluste von 20 dB bis 30 dB entstehen.
Satellitenantennen können so aufgebaut sein, dass sie in einer Polarisationsart senden und empfangen oder
aber in unterschiedlichen Polarisationen senden und empfangen. Dadurch können mit einer Antenne
unterschiedlich polarisierte Frequenzen übertragen werden. Antennen die Zirkularpolarisation wie RHCP und
LHCP unterstützen, heißen orthogonale Antenne, da die Antennenelemente rechtwinklig zueinander stehen.
Quattro-LNB
quattro LNB
Der Quattro-LNB eignet sich für Mehrteilnehmeranlagen. Bei diesem LNB-Converter liegen an den vier
Ausgängen des Quattro-LNB die Signale für analoges Fernsehen aus dem Low-Band, für Digital-TV aus dem
High-Band sowie beide Signale in beiden Polarisationsebenen.
Die Umschaltung zwischen Low- und High-Band erfolgt über einen Multiswitch in Verbindung mit dem 22kHz-Steuersignal.
RHCP, right hand circular
polarisation
Elektromagnetische Wellen breiten sich im Raum unipolarisiert aus, sie haben keine festgelegte
Schwingungsebene. Erst durch Polarisation wird eine bestimmte Schwingungsebene festgelegt. Diese kann
horizontal, vertikal oder in anderer Richtung ausgelegt sein. Man kann die Polarisation aber auch so
Exit
Index
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ANTENNEN
beeinflussen, dass die Wellenausbreitung im Raum kreisförmig erfolgt. Man spricht in diesem
Zusammenhang von Zirkularpolarisation. Je nachdem, ob sich die elektromagnetische Welle von der
Antenne aus betrachtet, im Uhrzeigersinn dreht oder gegen den Uhrzeigersinn, spricht man von Right Hand
Circular Polarisation (RHCP) oder von Left Hand Circular Polarisation (LHCP).
Die Zirkularpolarisation wird von zwei Antennen erzeugt, deren Antennenelemente rechtwinklig zueinander
stehen und die mit zwei um 90° phasenverschobenen Sendesignalen angesteuert werden. Mit der
Zirkularpolarisation können athmosphärische Störungen unterdrückt werden.
Richtantenne
directional antenna
Rundstrahler
omnidirectional antenna
Exit
Index
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Richtantennen zeichnen sich durch eine anisotrope, eine richtungsabhängige Abstrahlcharakteristik mit
kleinem Öffnungswinkel und durch ein hohes Vor-Rück-Verhältnis aus.
Je nach Antennentyp kann die Strahlbündelung 30 Grad und mehr betragen, sie kann aber auch eine extrem
starke Strahlbündelung aufweisen mit einem Öffnungswinkel von 5 Grad bis 10 Grad. Die starke
Strahlbündelung bewirkt einen hohen Antennengewinn, wodurch die Sendeleistung bei gleicher Feldstärke
gering gehalten werden kann.
Das Vor-Rück-Verhältnis ist die Kenngröße für die Strahlung, die von hinten auf die Antenne trifft. Sie wird als
V-R-Verhältnis angegeben und erreicht je nach Aufbau der Antenne und deren Reflektoren Dezibel-Werte
von 30 dB und mehr.
Richtantennen werden in allen Frequenzbereichen eingesetzt; im Rundfunk und UKW-Rundfunk ebenso wie
beim Fernsehen und vor allem im Richtfunk für die Punkt-zu-Punkt-Verbindungen von zwei Umsetzern. Je
nach Frequenzbereich handelt es sich dann um Yagi-Antennen, die bis etwa 1 GHz eingesetzt werden und
um Parabolantennen, die bei höheren Frequenzen zum Einsatz kommen. Richtantennen zeichnen sich
durch eine anisotrope, eine richtungsabhängige Abstrahlcharakteristik mit kleinem Öffnungswinkel und
durch ein hohes Vor-Rück-Verhältnis aus.
Je nach Antennentyp kann die Strahlbündelung 30 Grad und mehr betragen, sie kann aber auch eine extrem
starke Strahlbündelung aufweisen mit einem Öffnungswinkel von 5 Grad bis 10 Grad. Die starke
Strahlbündelung bewirkt einen hohen Antennengewinn, wodurch die Sendeleistung bei gleicher Feldstärke
gering gehalten werden kann.
Das Vor-Rück-Verhältnis ist die Kenngröße für die Strahlung, die von hinten auf die Antenne trifft. Sie wird als
V-R-Verhältnis angegeben und erreicht je nach Aufbau der Antenne und deren Reflektoren Dezibel-Werte
von 30 dB und mehr.
Richtantennen werden in allen Frequenzbereichen eingesetzt; im Rundfunk und UKW-Rundfunk ebenso wie
beim Fernsehen und vor allem im Richtfunk für die Punkt-zu-Punkt-Verbindungen von zwei Umsetzern. Je
nach Frequenzbereich handelt es sich dann um Yagi-Antennen, die bis etwa 1 GHz eingesetzt werden und
um Parabolantennen, die bei höheren Frequenzen zum Einsatz kommen.
Rundstrahler oder Rundumstrahler sind Antennen, deren Abstrahlcharakteristik in der Horizontalen in allen
Richtungen gleich ist. Ein typischer Rundstrahler ist eine Stabantenne, die auf Lamda/2 abgestimmt ist. Sie
hat die maximale Abstrahlung in einem Winkel von 90 Grad zur Antennenachse und zwar rundum in gleicher
Feldstärke. In vertikaler Richtung verringert sich die Feldstärke mit steigendem Winkel. Deswegen eignen
ANTENNEN
sich die omnidirektionalen Rundstrahler ideal für den
Indoor-Einsatz in WLANs, wo sie an Zugangspunkten
oder an WLAN-Router alle Stationen auf der gleichen
Ebene, dem gleichen Stockwerk, Saal oder Halle,
versorgen können. Stationen, die höher oder tiefer
liegen werden nicht hinreichend versorgt.
Mit steigendem Antennengewinn ist die Ausrichtung in
horizontaler Ebene ganz entscheidend für die
Empfangsverhältnisse.
Der Antennengewinn von Lambda/2-Rundstrahlern liegt
typischerweise bei 3 dBi.
Reichweite von Rundstrahlern in
Abhängigkeit vom Antennengewinn
Single-LNB
single LNB
Stabantenne
antenna
Exit
Index
Ein einfacher Low Noise Blockconverter (LNB), ein so genannter Single-LNB, deckt in der universellen
Ausführung den gesamten Frequenzbereich zwischen 10,70 GHz und 12,75 GHz ab.
Dieser Frequenzbereich unterteilt sich für analoges Fernsehen, das im Low-Band zwischen 10,70 GHz und
11,70 GHz übertragen wird, und dem High-Band für Digital-TV zwischen 11,7 GHz und 12,75 GHz. Der
frequenzmäßige Empfangsbereich wird mit einem 22-kHz-Steuersignal des digitalen Satellitenreceivers
gesteuert.
Stabantennen bestehen, wie der Name sagt, aus einem Stab dessen Länge von der Wellenlänge der
Empfangsfrequenz abhängt.
Vom Ersatzschaltbild her kann man sich Stabantennen wie einen Schwingkreis vorstellen, dessen
Kondensator aufgeklappt wurde, so, dass eine Kondensator-Elektrode an der Antennenspitze, die andere am
Antennenfußpunkt liegt und der Stab die Induktivität bildet.
Stabantennen können für den UKW-Rundfunk als Auto-Antenne eingesetzt werden, also für den
Frequenzbereich zwischen 87 MHz und 108 MHz; ebenso für DVB-T, das terrestrische Digital-TV, mit den
VHF-Frequenzen zwischen 174 MHz und 230 MHz, sowie mit den UHF-Frequenzen zwischen 470 MHz und
862 MHz und auch für das GPS-System mit seiner Trägerfrequenz von 1,57542 GHz.
Twin-LNB
twin LNB
Der Twin-LNB ist in der universellen Bauweise eine Kombination aus zwei Single-LNBs, an die zwei
Satelliten- oder Digitalreceiver angeschlossen werden können.
Da beide Low Noise Blockconverter (LNB) unabhängig voneinander mit dem 22-kHz-Steuersignal vom
Satellitenreceiver aus gesteuert werden können, ist der gleichzeitige Empfang von analogem Fernsehen und
Digital-TV möglich. Ebenso wie bei anderen LNB-Convertern kann mit dem 14/18-V-Gleichspannungssignal
die Polarisationsebene des empfangenen Satellitensignals umgeschaltet werden.
Unicable
Unicable ist ein Einkabelsystem für Antennenanlagen, das von der CENELEC standardisiert wurde. Es geht
dabei darum, dass vorhandene Antennenanlagen mit Mehrteilnehmer-Empfang für Satellitenfernsehen
genutzt werden können, ohne dass die Antennenverkabelung geändert oder die Antennenkabel
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ANTENNEN
ausgetauscht werden müssen. Im Gegensatz zum Einkabelkonzept, das die von verschiedenen Antennen
empfangenen Broadcastdienste über ein Antennenkabel an mehrere Teilnehmer überträgt, setzt das
Unicable-Konzept auf Satellitendienste und spezielle LNB-Converter.
Das Unicable-Konzept hat zwei unterschiedliche Ansätze, die auch parallel betrieben werden können. Bei
dem einen Ansatz wird der Zwischenfrequenzbereich von 950 MHz bis 2,150 GHz in mehrere
Frequenzbänder unterteilt und über jedes einzelne Frequenzband wird ein eigener Broadcastdienst
übertragen. Die User Bands werden durch Mischung der Satellitenfrequenzen mit Oszillatorfrequenzen in
einem Sat-ZF-Umsetzer erzeugt und haben
einen Frequenzabstand von 116 MHz.
Der zweite Ansatz unterstützt vier Teilnehmer, die, jeder für sich vollkommen unabhängig voneinander eine
individuelle Programmauswahl vornehmen können. Jeder Teilnehmer hat einen eigenen Satelliten-Receiver,
der DiSEqC unterstützt. Das bedeutet, dass vom Receiver aus Steuersignale für die Empfangsbereiche,
nämlich für Low-Band und High-Band und die Polarisation des empfangenen Satellitensignals an den LNBConverter oder den Multiswitch übertragen werden.
Exit
Wellenwiderstand
characteristic impedance
Der Wellenwiderstand und die Impedanz sagen prinzipiell das Gleiche aus, wobei der Wellenwiderstand der
wellenlängenabhängige Scheinwiderstand ist, die Impedanz der frequenzabhängige. Bei Kabeln ist der
Wellenwiderstand definiert als der Eingangswiderstand einer homogenen Leitung von unendlicher Länge.
Der Wellenwiderstand, der in Ohm angegeben wird, ist ein Maß zur Bewertung des Hochfrequenzverhaltens
von HF-Vierpolen wie HF-Stecker, HF-Kabel oder Antennen.
Bei Koaxialkabeln ist der Wellenwiderstand unabhängig von der Kabellänge aber abhängig vom Kapazitätsund Induktivitätsbelag des HF-Kabels. Diese Werte sind direkt abhängig vom Durchmesser des Innenleiters
und der Schirmung und von der Dielektrizitätskonstanten des Dielektrikums. Das Ersatzschaltbild verdeutlicht
die Einflüsse der Induktivitäten und Kapazitäten auf den Wellenwiderstand. Es zeigt eine Reihenschaltung
von vielen einzelnen Induktivitäten und Kapazitäten, die die Induktivitäts- und Kapazitätsbelage nachbilden.
Unter Vernachlässigung des ohmschen Widerstands ergibt sich der Wellenwiderstand (Z) näherungsweise
aus der Wurzel des Verhältnisses von Induktivität zur Kapazität.
Entspricht der Wellenwiderstand einer Leitung dem Abschlusswiderstand, dann treten keine Stehwellen auf
und das Stehwellenverhältnis ist “1”.
Yagi-Antenne
yagi antenna
Eine Yagi-Antenne ist eine Antenne für terrestrisch ausgestrahlten UKW-Rundfunk und Fernsehen. Die YagiAntenne ist eine Richtantenne, sie hat einen Dipol und einen oder mehrere Direktoren sowie einen oder
mehrere Reflektoren.
Die Direktoren bestimmen die Abstrahlcharakteristik der Antenne. Sie liegen im Abstand von 0,15 oder 0,20
der Wellenlänge Lambda vor dem Dipol und verjüngen sich in der Breite. Der breiteste Direktor liegt vor dem
Dipol. Seine Breite und die der weiteren Direktoren ist abhängig von der Empfangsfrequenz, sie sind
allerdings immer schmaler als der Dipol.
Der oder die Reflektoren befinden sich hinter dem Dipol und erhöhen durch Reflexion der einfallenden
Wellen auf den Dipol den Antennengewinn. Dieser liegt bei Yagi-Antennen bei 5 dBi bis 15 dBi, wobei
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ANTENNEN
Yagi-Antenne mit mehreren
Direktoren und Reflektoren
Exit
Index
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letzterer Wert mit über zehn Direktoren erreicht wird.
Darüber hinaus kann der Antennengewinn durch
weitere konstruktive Maßnahmen durchaus noch erhöht
werden. Gleichzeitig verhindern die rückseitigen
Reflektoren die rückseitige Einstrahlungen, die
beispielsweise durch Reflexionen an Bergen oder
Gebäuden entstehen können und ursächlich sind für
Geisterbilder. Die Reflektoren sind breiter als der Dipol
und liegen im Abstand von 0,15 x Lambda hinter dem
Dipol.
Der Empfangsfrequenzbereich von Yagi-Antennen
liegt zwischen etwa 3 MHz und 3 GHz, wobei der Frequenzbereich unterhalb von 1,5 GHz am geeignetsten
ist. Der Dipol selbst ist auf die halbe Wellenlänge abgestimmt. Bei einer Empfangsfrequenz von 200 MHz
ergibt sich eine Wellenlänge von 1,5 m und damit eine Dipolbreite von 75 cm.
Die Bandbreite von Yagi-Antennen ist relativ schmal und liegt bei etwa 10 % der Empfangsfrequenz. Bei
einer Empfangsfrequenz von 200 MHz liegt der Empfangsbereich somit zwischen 190 MHz und 210 MHz.

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Stichwortverzeichnis

WLAN-Antennen

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de 8/2005 2. April-Heft

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