Technik-Background: Antennengewinn
Wie entsteht dieser eigentlich?
Das man mit einer Zusatzantenne die Empfangsqualität steigern kann, z.B. wenn ein LTE-Tarif für zuhause genutzt wird, ist hinlänglich bekannt. Aber wie funktioniert das eigentlich und wovon hängt die Stärke des Gewinns ab?
Die am Fußpunkt einer Antenne eingespeiste Sendeleistung, nennen wir sie PS, wird grundsätzlich nicht gleichmäßig in alle Richtungen (isotrop) abgestrahlt. Eine reale Antenne hat also in mindestens einer Abstrahlrichtung eine höhere Strahlungsdichte als der fiktive, isotrope Kugelstrahler. Würde es eine reale Antenne geben, deren Sendeleistung PS isotrop abgestrahlt und im Abstand (= Radius) r gleichmäßig auf eine Kugel mit einer Oberfläche 4πr² verteilt wird, dann entstünde im Fernfeld bei einem Abstand r von der Antenne die richtungsunabhängige Strahlungsleistungsdichte (Sisotrop), die sich wie folgt zusammensetzt:
Sisotrop = PS / 4πr²
Der Gewinn (G(ϑ, ϕ)) einer Antenne in einer Vorzugsrichtung (ϑ, ϕ) – (Theta, Phi) ist der Unterschied zwischen der tatsächlich erzeugten Strahlungsleistungsdichte S(ϑ, ϕ) und der isotropen Strahlungsleistungsdichte Sisotrop, der bei isotroper Abstrahlung im gleichem Abstand der Sendeleistung entstehen würde. Diesen Satz kann man auch etwas leichter verständlich durch folgende Formel ausdrücken:
G(ϑ, ϕ) = S(ϑ, ϕ) / Sisotrop | bei gleichem Abstand & r=konstant
Es handelt sich bei dieser Berechnung also wieder um ein Verhältnis zweier Werte zueinander, bezogen auf eine definierte Entfernung zur Strahlungsquelle. Somit ist es kein Problem, auch in diesem Fall einen logarithmischen Bezug auf den isotropen Strahler herzustellen, die Bezeichnung des entstehenden Wertes ist dann dBi (decibels above isotropic = dB oberhalb des isotropischen Strahlers = dBi). Die logarithmische Ableitung ergibt sich dann wie folgt:
Wenn man jetzt das Reziprozitätstheorem der Elektrodynamik (Umkehrbare Zweitore) zu Hilfe nimmt, kann gezeigt werden, das die Wirkfläche einer Antenne sowohl in Sende- als auch in Empfangsrichtung um den Faktor G größer ist, als die Wirkfläche λ0² / (4π) eines isotropen Strahlers. Die um den Faktor G erhöhte Sendeleistung (PS) bezeichnet man auch als EIRP (Effective Isotropic Radiated Power = Effektive Isotrope abgestrahlte Sendeleistung). Das ist die Leistung, welche isotrop abgestrahlt werden müsste, um im Fernfeld die gleiche Strahlungsleistungsdichte messen zu können, wie bei Abstrahlung der Sendeleistung (PS) mit dem Antennengewinn G. Der EIRP wird daher auch wie folgt berechnet:
Natürlich werden dann weitere Verluste durch Kabel oder Verstärkungen beim Einsatz aktiver Elemente noch dazu gerechnet. Dies wird mit Beispielen hier genau abgehandelt.
Mehr Wissenswertes und Hilfen zum Thema:
» Was bedeutet dBi und Antennengewinn?» Ratgeber "Empfang verbessern mit LTE"
» Bedeutung des RSRQ-Wertes
» das ideale LTE Anschlusskabel finden
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