Antennen

Antennen

Im PyroNeo-Projekt kommen als zentrales Bauteil Funktransceiver im 868MHz ISM Band zum Einsatz, deren Performance stark von den verwendeten Antennen und deren Lage und Standort abhängt. Im folgenden sollen grundsätzliche Hinweise zu den angebotenen Antennen und ihrer Funktion erläutert werden.

Zuerst vielleicht eine Erklärung der so oft verwendeten logarithmischen Größe dB die in der Antennen- und Funktechnik sehr häufig eingesetzt wird:

Umrechnungstabelle von Energie, Feldgröße und Dezibel (Quelle Wikipedia)

Fresnelzone, Quelle: wlanantennas.com

Energie	Feldgrösse	dB
10000	100	40 dB
100	10	20 dB
10	≈ 3,16	10 dB
≈ 4	≈ 2	6 dB
≈ 2	≈ 1,41	3 dB
≈ 1,26	≈ 1,12	1 dB
1	1	0 dB
≈ 0,79	≈ 0,89	−1 dB
≈ 0,5	≈ 0,71	−3 dB
≈ 0,25	≈ 0,5	−6 dB

Das heißt also das 3dB eine Verdopplung der Sende-/Empfangsleistung bedeuten, 6dB eine Vervierfachung, 10dB eine Verzehnfachung usw...
Die Angabe dBi bedeutet auch nur dB bezogen auf den Isotropstrahler i (Kugelstrahler).

Ein weiterer wichtiger Einflussfaktor bei Funkantennen ist die so genannte Fresnel Zone. In ihrem Bereich wird der Hauptteil der Funkenergie übertragen, sie sollte möglicht ungestört und frei von Hindernissen sein. Der Radius der Fresnelzone ist Frequenzabhängig und nimmt mit steigender Frequenz ab. Befinden sich hier Hindernisse wird die Übertragung zum Teil stark gedämpft, evtl. bis zum Signalabbruch. Hieraus ergibt sich idealer Weise eine Sichtverbindung zwischen den Antennen mit genügendem Abstand zum Boden um eine möglichst ungedämpfte Übertragung zu gewährleisten. Erschwerend bei zu kleinem Abstand zum Boden kommt noch die Energieabsorbtion durch die feuchte und damit leitfähige Erde, Grashalme usw. hinzu.

Standardantenne

Systemantenne 0 dBi

Die normaler Weise eingesetzte "Standardantenne" ist ein angepasster Halbwellendipol (Lambda-Halbe-Antenne auch L/2 geschrieben). Dieser benötigt im Gegensatz zu den weit verbreiteten L/4 Antennen kein "Gegengewicht" also die oft eingesetzte Blechplatte unter der Antenne. Somit lässt sie sich recht universell verwenden, sowohl direkt auf den Geräten als auch abgesetzt mittels Antennenkabel bieten sie eine gute Performance.

Diese Antennen verhalten sich fast wie ein Kugelstrahler das heißt die Funkwellen werden kugelförmig in alle Richtungen gleichmäßig abgestrahlt (und auch empfangen). Auf Grund ihrer fehlenden Richtwirkung und den internen Verlusten haben sie aber keinen "Gewinn" gegenüber einem Norm-Isotropstrahler und werden demzufolge mit ca. 0 dBi bewertet. Nur mit diesen "0 dBi Antennen" darf auf Grund gesetztlicher Regelungen die volle Sendeleistung von 500mW bei den Geräten zu Einsatz kommen.

Knickantenne

Knickantenne -0,5 dBi

Die "Knickantenne" hat die gleichen Eigenschaften wie die Standardantenne lässt sich aber im unteren Bereich abknicken. Leider ist sie im Knickbereich nicht wasserdicht so dass hier Feuchtigkeit in den Steckverbinder eindringen kann.

Der minimal schlechtere Gewinn entsteht dur die längere interne Zuleitung zum Strahler die ja erst einmal am Gelenk vorbeigeführt werden muss.
Auch mit diesen "0 dBi Antennen" darf auf Grund gesetztlicher Regelungen die volle Sendeleistung von 500mW bei den Geräten zu Einsatz kommen.

Richtantenne

Richtantenne mit 9 dBi Gewinn

Die hier gezeigte Planarantenne hat durch ihre Richtwirkung einen Gewinn von ca. 9dBi erzeugt also nahezu eine Verzehnfachung der Strahlungsleistung. Wird diese Antenne verwendet muss also die Sendeleistung des Funktransceivers gesenkt werden, um die gesetzlichen Vorschriften nur 500mW abstrahlen zu dürfen, einzuhalten.

Diese Richtantenne hat einen horizontalen und vertikalen Öffnungswinkel von ca. 60°, sie deckt also nur ein Segment aus der normaler Weise kugelförmigen Antennencharakteristik ab. Sie "faltet" sozusagen die Energie die allseitig abgestrahlt wird in den 60° großen Bereich. Dadurch steigt hier natürlich die Energiedichte, die Antenne erzeugt einen Gewinn. Alle anderen Richtungen werden hierbei aber nur stark gedämpft versorgt. Hier lässt sich also nichts oder nur sehr wenig empfangen. Das lässt sich aber auch ausnutzen um z.B. eine Störquelle auszublenden, das können z.B. auch die vielen Handys der Zuschauer sein dessen Störungen hier nicht eingefangen werden.

Rundstrahl-Gewinn-Antenne

Rundstrahlantenne mit 7,5 dBi Gewinn

Die hier gezeigte Rundstrahl-Gewinn-Antenne ist auch eine "Richtantenne". Sie strahlt immer noch rund herum ab (360° horizontaler Öffnungswinkel) so dass allseitig gesendet und empfangen wird, allerdings "faltet" sie die Kugel zu einer "Scheibe" mit ca. 30° vertikalem Öffnungswinkel. Somit wird die nach oben und unten abgestrahlte Energie in die Ebene "gefaltet" was hier wieder die Energiedichte erhöht.
Durch ihre "Richtwirkung" erzielt sie einen Gewinn von ca. 7dBi was in etwa einer Verfünffachung der Strahlungsleistung bedeutet. Wird diese Antenne verwendet muss also die Sendeleistung des Funktransceivers gesenkt werden, um die gesetzlichen Vorschriften nur 500mW abstrahlen zu dürfen, einzuhalten.

Reichweite

"Systemantenne 0 dBi hochgesetzt