Auf dieser Seite wird ein weiterer grundlegender Antennenparameter vorgestellt: der Antennengewinn.
Antennengewinn
Der Begriff Antennengewinn beschreibt, wie viel Leistung in der Richtung der Spitzenstrahlung im Vergleich zu einer isotropen Quelle übertragen wird. Der Antennengewinn wird im Datenblatt einer Antenne häufiger angegeben als die Richtwirkung, weil er die tatsächlich auftretenden Verluste berücksichtigt.
Eine Sendeantenne mit einem Gewinn von 3 dB bedeutet, dass die weit von der Antenne empfangene Leistung 3 dB höher (doppelt so hoch) ist als die Leistung, die von einer verlustfreien isotropen Antenne mit der gleichen Eingangsleistung empfangen würde. Man beachte, dass eine verlustfreie Antenne eine Antenne mit einem Wirkungsgrad von 0 dB (oder 100 %) wäre. Analog dazu würde eine Empfangsantenne mit einem Gewinn von 3 dB in einer bestimmten Richtung 3 dB mehr Leistung empfangen als eine verlustfreie isotrope Antenne.
Der Antennengewinn wird manchmal als eine Funktion des Winkels diskutiert. In diesem Fall wird im Wesentlichen das Strahlungsdiagramm aufgezeichnet, wobei die Einheiten (oder die Größe des Diagramms) in Antennengewinn gemessen werden. Ein Beispiel für ein Strahlungsdiagramm, das in Bezug auf den Gewinn aufgetragen wurde, ist in Abbildung 1 dargestellt:
Abbildung 1. Beispiel für den Gewinn einer Antenne:
Häufiger wird jedoch eine einzelne Zahl angegeben, die den „Spitzengewinn“ über alle Richtungen angibt. Der Antennengewinn (G) kann mit der Richtcharakteristik (D) und dem Antennenwirkungsgrad wie folgt in Beziehung gesetzt werden:
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Der Gewinn einer realen Antenne kann bei sehr großen Parabolantennen bis zu 40-50 dB betragen (obwohl dies selten ist). Die Richtwirkung einer realen Antenne kann bis zu 1,76 dB betragen (Beispiel: kurze Dipolantenne), kann aber theoretisch nie weniger als 0 dB betragen. Die Spitzenverstärkung einer Antenne kann jedoch aufgrund von Verlusten oder geringem Wirkungsgrad beliebig niedrig sein. Elektrisch kleine Antennen (klein im Verhältnis zur Wellenlänge der Frequenz, auf der die Antenne arbeitet) können sehr ineffizient sein, mit Antennengewinnen von weniger als -10 dB (sogar ohne Berücksichtigung von Impedanzfehlanpassungsverlusten).
Ist eine Antenne mit hohem Gewinn vorteilhaft?
Oft geben die Hersteller von Antennen (seien es WLAN-Antennen, GPS-Antennen oder Fernsehantennen) den Antennengewinn an. Zum Beispiel können Hersteller von WLAN-Antennen die WLAN-Antenne als „High-Gain-Antenne“ vermarkten, die teurer ist als eine ähnliche Antenne mit geringem Gewinn. Die Frage ist: Wollen wir einen hohen Gewinn?
Die Antwort lautet: Es kommt darauf an. Wenn man genau weiß, woher das gewünschte Signal kommt, möchte man einen maximalen Gewinn (in Richtung der gewünschten Richtung) haben. Wenn Sie jedoch nicht wissen, woher das gewünschte Signal kommt, ist es besser, eine Antenne mit geringem Gewinn zu haben. Ein paar Beispiele sollen dies verdeutlichen.
{ Beispiel 1 } – TV-Antennen. Wenn Sie eine TV-Antenne auf Ihrem Dach montieren und wissen, dass die Fernsehsendeantennen im Süden liegen (z. B. auf einem Hügel südlich der Stadt), dann ist eine Antenne mit hohem Gewinn vorzuziehen. Antennen mit einem Gewinn von mindestens 12-15 dB sind vorzuziehen.
{ Beispiel #2 } – GPS (Global Positioning System). GPS-Antennen für mobile Geräte sind nur für den Empfang geeignet. Die Aufgabe der GPS-Antenne ist es, die eigene Position zu triangulieren, indem sie das empfangene Signal von mehreren GPS-Satelliten misst, die sich alle in unterschiedlichen Richtungen relativ zur Empfangsantenne befinden. In diesem Fall wäre eine sehr stark gerichtete Antenne nicht wünschenswert.
{ Beispiel #3 } – Mobile Mobilfunkantennen. Die Mobilfunkantenne Ihres Smartphones kommuniziert mit einem einzigen Mobilfunkmast. Die Mobilfunkantenne kann jedoch in jeder beliebigen Ausrichtung gehalten werden und sich in jeder beliebigen Position in Bezug auf den Netzmast befinden. Daher ist für Ihr mobiles Gerät eine Antenne mit geringem Gewinn vorzuziehen.
Ein Hinweis zu den Einheiten für den Antennengewinn
Wenn Sie sich das Datenblatt einer Antenne ansehen, werden Sie normalerweise Einheiten für den Antennengewinn in dB, dBi oder dBd finden. Ich definiere diese Begriffe wie folgt:
dB – Dezibel, wie wir bereits besprochen haben. 10 dB bedeutet das 10-fache der Energie relativ zu einer isotropen Antenne in der Spitzenstrahlungsrichtung.
dBi – „Dezibel relativ zu einer isotropen Antenne“. Das ist dasselbe wie dB, wie wir es bisher verwendet haben. 3 dBi bedeutet das Doppelte (2x) der Leistung relativ zu einer isotropen Antenne in der Spitzenrichtung.
dBd – „Dezibel relativ zu einer Dipolantenne“. Man beachte, dass eine Dipolantenne mit halber Wellenlänge einen Gewinn von 2,15 dBi hat. 7,85 dBd bedeutet also, dass der Spitzengewinn 7,85 dB höher ist als bei einer Dipolantenne; das sind 10 dB mehr als bei einer isotropen Antenne.
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