Antennenmerkmale

Antennenmerkmale - Kennwerte verstehen

Jede Antenne hat charakteristische Antennenmerkmale, die ihr Verhalten beschreiben. Diese Kennwerte helfen dir, die richtige Antenne für deinen Einsatzzweck auszuwählen.

Die wichtigsten Antennenmerkmale:

Polarisation: Ausrichtung des elektrischen Feldes
Fußpunktimpedanz: Widerstand am Speisepunkt
Gewinn: Bündelung der Strahlung in eine Richtung
Vor-Rück-Verhältnis: Verhältnis Hauptstrahl zu Rückstrahl
Halbwertsbreite: Öffnungswinkel der Hauptkeule

Frage AG201: Polarisation auf Kurzwelle

Die Polarisation beschreibt die Ausrichtung des elektrischen Feldes:

Polarisation	E-Feld	Typische Antenne
Horizontal	Parallel zum Boden	Horizontaler Dipol
Vertikal	Senkrecht zum Boden	Vertikalantenne, Groundplane
Zirkular	Rotierend	Helix, gekreuzte Yagi

AG201: Auf Kurzwelle wird meistens mit horizontaler oder vertikaler Polarisation gesendet - nicht mit zirkularer!

Warum? Zirkulare Polarisation wird hauptsächlich für Satellitenfunk verwendet, wo die Polarisationsebene durch die Rotation des Satelliten verändert wird.

Frage AG202: Verkürzungsfaktor

AG202: Eine Antenne muss mechanisch kürzer sein, weil:

Sie sich nicht im idealen freien Raum befindet
Sie nicht unendlich dünn ist
Kapazitive Einflüsse der Umgebung und der Drahtdurchmesser verlängern die Antenne elektrisch

Der Verkürzungsfaktor (typisch 0,95-0,97) korrigiert diese Effekte.

Fragen AG203-AG206: Stromverteilung auf dem Dipol

Ein Dipol kann bei seiner Grundfrequenz und deren Vielfachen betrieben werden. Je nach Frequenz ergibt sich eine unterschiedliche Stromverteilung:

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Das Bild zeigt einen Dipol für das 80-m-Band (3,5 MHz). Die Kurven a-d zeigen die Stromverteilung bei verschiedenen Frequenzen:

Kurve	Frequenz	Betrieb als	Stromknoten
a	28 MHz	4λ (8. Harmonische)	8 Knoten
b	14 MHz	2λ (4. Harmonische)	4 Knoten
c	7 MHz	1λ (2. Harmonische)	2 Knoten
d	3,5 MHz	λ/2 (Grundfrequenz)	0 Knoten (nur an Enden)

Merkhilfe: Je höher die Frequenz, desto mehr Stromknoten! Bei der Grundfrequenz (d) gibt es nur einen Strombauch in der Mitte.

Antworten:

AG203: Kurve a = 28 MHz
AG204: Kurve b = 14 MHz
AG205: Kurve c = 7 MHz
AG206: Kurve d = 3,5 MHz

Fragen AG207-AG210: Fußpunktimpedanz

Die Fußpunktimpedanz eines mittengespeisten λ/2-Dipols verhält sich unterschiedlich bei verschiedenen Frequenzen:

Frage AG207: Bei Grundfrequenz und ungeradzahligen Vielfachen

AG207: Bei der Grundfrequenz (und ungeraden Vielfachen: 3f, 5f, ...) ist der Dipol:

Stromgespeist (Strommaximum in der Mitte)
In Serienresonanz
Am Eingang niederohmig (ca. 65-75 Ω)

Frage AG208: Bei geradzahligen Vielfachen

AG208: Bei geradzahligen Vielfachen (2f, 4f, ...) ist der Dipol:

Spannungsgespeist (Spannungsmaximum in der Mitte)
In Parallelresonanz
Am Eingang hochohmig (mehrere kΩ)

Ungerade Vielfache
1f, 3f, 5f, 7f, ...
→ Niederohmig
→ Serienresonanz
→ Stromspeisung

Gerade Vielfache
2f, 4f, 6f, 8f, ...
→ Hochohmig
→ Parallelresonanz
→ Spannungsspeisung

Frage AG209: Bei Resonanz

AG209: Bei den Resonanzfrequenzen zeigt sich der Fußpunktwiderstand im Wesentlichen als Wirkwiderstand (ohne Blindanteil).

Frage AG210: Unterhalb und oberhalb der Resonanz

AG210:

Unterhalb der Grundfrequenz: Impedanz ist kapazitiv (Antenne zu kurz)
Oberhalb der Grundfrequenz: Impedanz ist induktiv (Antenne zu lang)

Merkhilfe: Eine zu kurze Antenne wirkt wie ein Kondensator, eine zu lange wie eine Spule.

Frage AG211: Typischer Fußpunktwiderstand

AG211: Ein λ/2-Dipol in ca. einer Wellenlänge Höhe hat einen Fußpunktwiderstand von ca. 65 bis 75 Ω.

In der Praxis wird oft mit 72 Ω gerechnet. Die Abweichung zu 50 Ω ist gering und kann meist toleriert werden.

Frage AG212: Impedanz eines Beams

AG212: Die Impedanz des Strahlers eines Kurzwellenbeams richtet sich nach den Abständen zwischen Reflektor, Strahler und Direktoren.

Fragen AG213-AG218: Antennengewinn und Vor-Rück-Verhältnis

Definitionen verstehen

Strahlungscharakteristik Dipol und Richtantenne

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Im Diagramm siehst du die Strahlungscharakteristik eines Dipols (kleine Keule) und einer Richtantenne (große Keule):

P_V = Leistung in Vorwärtsrichtung (Hauptstrahl)
P_R = Leistung in Rückwärtsrichtung
P_D = Leistung des Dipols

AG213 - Antennengewinn: $G = \frac{P_V}{P_D}$ (Verhältnis Richtantenne zu Dipol)

AG214 - Vor-Rück-Verhältnis: $\text{VRV} = \frac{P_V}{P_R}$ (Verhältnis vorwärts zu rückwärts)

Einheiten: dBd vs. dBi

Einheit	Bezug auf	Umrechnung
dBd	Halbwellendipol	Basis
dBi	Isotropen Kugelstrahler	dBi = dBd + 2,15

Fragen AG215-AG216: ERP rückwärts berechnen

AG215: Gewinn 10 dBd, VRV 20 dB, Sendeleistung 100 W

ERP vorwärts: $100\,\text{W} \times 10 = 1000\,\text{W}$ (10 dBd = Faktor 10) ERP rückwärts: $\frac{1000\,\text{W}}{100} = \mathbf{10\,\text{W}}$ (20 dB = Faktor 100)

AG216: Gewinn 15 dBd, VRV 25 dB, Sendeleistung 6 W

ERP vorwärts: $6\,\text{W} \times 31{,}6 = 190\,\text{W}$ (15 dBd ≈ Faktor 31,6) ERP rückwärts: $\frac{190\,\text{W}}{316} = \mathbf{0{,}6\,\text{W}}$ (25 dB ≈ Faktor 316)

Frage AG217: Vor-Rück-Verhältnis aus ERP

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Gegeben: ERP vorwärts (b) = 15 W, ERP rückwärts (a) = 0,6 W

$\text{VRV} = 10 \times \log\left(\frac{15}{0{,}6}\right) = 10 \times \log(25) = 10 \times 1{,}4 = \mathbf{14\,\text{dB}}$

Frage AG218: Gewinn aus Feldstärkemessung

Gegeben: Beam vorwärts 300 μV/m, Beam rückwärts 20 μV/m, Dipol 128 μV/m

Wichtig: Bei Feldstärken gilt: Leistung ~ Feldstärke²

Gewinn: $G = 20 \times \log\left(\frac{300}{128}\right) = 20 \times \log(2{,}34) = 20 \times 0{,}37 = \mathbf{7{,}4\,\text{dBd}}$ VRV: $= 20 \times \log\left(\frac{300}{20}\right) = 20 \times \log(15) = 20 \times 1{,}18 = \mathbf{23{,}5\,\text{dB}}$

Fragen AG219-AG222: Halbwertsbreite (Öffnungswinkel)

Die Halbwertsbreite beschreibt, wie "breit" die Hauptkeule einer Antenne ist.

Frage AG219: Definition

AG219: Die Halbwertsbreite ist der Winkelbereich, innerhalb dessen die Feldstärke auf nicht weniger als den 0,707-fachen Wert der maximalen Feldstärke absinkt.

Warum 0,707? Das entspricht $\frac{1}{\sqrt{2}}$ - bei diesem Wert ist die Leistung auf die Hälfte gesunken (−3 dB).

Frage AG220: Im Diagramm ablesen

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AG220: Um die Halbwertsbreite abzulesen, ziehst du den Kreisbogen durch Punkt c (entspricht 0,707 = 70,7%).

Frage AG221: Halbwertsbreite ablesen

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AG221: Die Halbwertsbreite beträgt etwa 55°.

Frage AG222: Mehr Elemente = schmaler

AG222: Bei einer 11-Element-Yagi ist der Öffnungswinkel verringert (schmaler) im Vergleich zur 3-Element-Yagi.

Physik: Mehr Elemente → höherer Gewinn → schmalere Keule (Energieerhaltung!)

Fragen AG223-AG224: Vertikalantennen und NVIS

Frage AG223: Flache Abstrahlung

AG223: Für möglichst flache Abstrahlung auf KW ist eine Vertikalantenne mit 5λ/8 Länge optimal.

Die 5/8-λ-Antenne hat einen etwas höheren Gewinn und einen flacheren Abstrahlwinkel als eine λ/4-Antenne.

Frage AG224: NVIS-Antennen

NVIS wird für Nahverbindungen im KW-Bereich genutzt (z.B. Notfunk).

AG224: NVIS-Antennen ermöglichen durch annähernd senkrechte Abstrahlung eine Raumwellenausbreitung ohne tote Zone um den Sendeort.

Dafür werden horizontale Antennen niedrig (max. 0,25λ) über dem Boden aufgehängt.

Fragen AG225-AG229: Parabolspiegel

Frage AG225: Erregerantennen

AG225: Als Erregerantennen (Feed) für Parabolspiegel: Dipol, Helix, Hornantenne

Fragen AG226-AG229: Parabolspiegel-Gewinn berechnen

Formel für Parabolspiegelgewinn: $G = \eta_\text{eff} \times \left(\frac{\pi \times D}{\lambda}\right)^2 = \eta_\text{eff} \times \left(\frac{\pi \times D \times f}{c}\right)^2$

In dBi: $G_\text{dBi} = 10 \times \log(G)$

AG226: D = 30 cm, f = 5,7 GHz, η = 1

$\lambda = \frac{300}{5700} = 0{,}0526\,\text{m}$ $G = 1 \times \left(\frac{\pi \times 0{,}3}{0{,}0526}\right)^2 = \left(\frac{0{,}942}{0{,}0526}\right)^2 = 17{,}9^2 = 321$ $G_\text{dBi} = 10 \times \log(321) = \mathbf{25{,}1\,\text{dBi}}$

AG227: D = 80 cm, f = 5,7 GHz, η = 1

$G = \left(\frac{\pi \times 0{,}8}{0{,}0526}\right)^2 = 47{,}8^2 = 2285$ $G_\text{dBi} = 10 \times \log(2285) = \mathbf{33{,}6\,\text{dBi}}$

AG228: D = 80 cm, f = 10,4 GHz, η = 1

$\lambda = \frac{300}{10400} = 0{,}0288\,\text{m}$ $G = \left(\frac{\pi \times 0{,}8}{0{,}0288}\right)^2 = 87{,}3^2 = 7621$ $G_\text{dBi} = 10 \times \log(7621) = \mathbf{38{,}8\,\text{dBi}}$

AG229: D = 120 cm, f = 10,4 GHz, η = 1

$G = \left(\frac{\pi \times 1{,}2}{0{,}0288}\right)^2 = 131^2 = 17161$ $G_\text{dBi} = 10 \times \log(17161) = \mathbf{42{,}3\,\text{dBi}}$

Merke: Der Gewinn steigt mit dem Quadrat des Durchmessers und dem Quadrat der Frequenz!

Zusammenfassung für die Prüfung

Frage	Thema	Richtige Antwort
AG201	Polarisation KW	Horizontal oder vertikal
AG202	Verkürzungsfaktor	Kapazitive Einflüsse, nicht ideal
AG203	Stromkurve a	28 MHz
AG204	Stromkurve b	14 MHz
AG205	Stromkurve c	7 MHz
AG206	Stromkurve d	3,5 MHz
AG207	Ungerade Vielfache	Stromgespeist, niederohmig, Serienresonanz
AG208	Gerade Vielfache	Spannungsgespeist, hochohmig, Parallelresonanz
AG209	Bei Resonanz	Wesentlich Wirkwiderstand
AG210	Unter/über Resonanz	Kapazitiv / induktiv
AG211	Fußpunktwiderstand	65-75 Ω
AG212	Beam-Impedanz	Abstände Reflektor/Direktor
AG213	Gewinn-Definition	P_V / P_D
AG214	VRV-Definition	P_V / P_R
AG215	ERP rückwärts	10 W
AG216	ERP rückwärts	0,6 W
AG217	VRV berechnen	14 dB
AG218	Feldstärke → Gewinn	7,4 dBd, VRV 23,5 dB
AG219	Halbwertsbreite Def.	0,707-fache Feldstärke
AG220	Ablesen bei Punkt	Punkt c
AG221	Halbwertsbreite	55°
AG222	11 vs. 3 Elemente	Öffnungswinkel verringert
AG223	Flache Abstrahlung	5λ/8
AG224	NVIS	Senkrecht, keine tote Zone
AG225	Feed-Antennen	Dipol, Helix, Hornantenne
AG226	Parabolgewinn 30cm/5,7GHz	25,1 dBi
AG227	Parabolgewinn 80cm/5,7GHz	33,6 dBi
AG228	Parabolgewinn 80cm/10,4GHz	38,8 dBi
AG229	Parabolgewinn 120cm/10,4GHz	42,3 dBi

Wissenskontrolle

0 / 29 Fragen richtig

AG201

Mit welcher Polarisation wird auf den Kurzwellenbändern meistens gesendet?

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AG202

Warum muss eine Antenne mechanisch etwas kürzer als der theoretisch errechnete Wert sein?

AG203

Das folgende Bild zeigt die Stromverteilungen a bis d auf einem Dipol, der auf verschiedenen Resonanzfrequenzen erregt werden kann. Für welche Erregerfrequenz gilt die Stromkurve nach a?

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AG204

Das folgende Bild zeigt die Stromverteilungen a bis d auf einem Dipol, der auf verschiedenen Resonanzfrequenzen erregt werden kann. Für welche Erregerfrequenz gilt die Stromkurve nach b?

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AG205

Das folgende Bild zeigt die Stromverteilungen a bis d auf einem Dipol, der auf verschiedenen Resonanzfrequenzen erregt werden kann. Für welche Erregerfrequenz gilt die Stromkurve nach c?

🔍

AG206

Das folgende Bild zeigt die Stromverteilungen a bis d auf einem Dipol, der auf verschiedenen Resonanzfrequenzen erregt werden kann. Für welche Erregerfrequenz gilt die Stromkurve nach d?

🔍

AG207

Ein mittengespeister $\lambda/2$-Dipol ist bei seiner Grundfrequenz und deren ungeradzahligen Vielfachen ...

AG208

Ein mittengespeister $\lambda/2$-Dipol ist bei geradzahligen Vielfachen seiner Grundfrequenz ...

AG209

Der Fusspunktwiderstand eines mittengespeisten $\lambda/2$-Dipols zeigt sich bei dessen Resonanzfrequenzen ...

AG210

Welche Fußpunktimpedanz hat ein $\lambda/2$-Dipol unterhalb und oberhalb seiner Grundfrequenz?

AG211

Welchen Eingangs- bzw. Fußpunktwiderstand hat ein $\lambda/2$-Dipol in ungefähr einer Wellenlänge Höhe über dem Boden bei seiner Grundfrequenz?

AG212

Die Impedanz des Strahlers eines Kurzwellenbeams richtet sich auch nach ...

AG213

Das folgende Bild zeigt die Strahlungscharakteristik eines Dipols und einer Richtantenne. Der Antennengewinn der Richtantenne über dem Dipol ist definiert als das Verhältnis ...

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AG214

Das folgende Bild zeigt die Strahlungscharakteristik eines Dipols und einer Richtantenne. Das Vor-/Rück-Verhältnis der Richtantenne ist definiert als das Verhältnis ...

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AG215

Eine Richtantenne mit einem Gewinn von 10 dB über dem Halbwellendipol und einem Vor-Rück-Verhältnis von 20 dB wird mit 100 W Sendeleistung direkt gespeist. Welche ERP strahlt die Antenne entgegengesetzt zur Senderichtung ab?

AG216

Eine Richtantenne mit einem Gewinn von 15 dB über dem Halbwellendipol und einem Vor-Rück-Verhältnis von 25 dB wird mit 6 W Sendeleistung direkt gespeist. Welche ERP strahlt die Antenne entgegengesetzt zur Senderichtung ab?

AG217

Bei einer Yagi-Uda-Antenne mit dem folgenden Strahlungsdiagramm beträgt die ERP in Richtung a 0,6 W und in Richtung b 15 W. Welches Vor-Rück-Verhältnis hat die Antenne?

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AG218

Mit einem Feldstärkemessgerät wurden Vergleichsmessungen zwischen Beam und Dipol durchgeführt. In einem Abstand von 32 m wurden folgende Feldstärken gemessen: Beam vorwärts: 300 μV/m, Beam rückwärts: 20 μV/m, Halbwellendipol in Hauptstrahlrichtung: 128 μV/m. Welcher Gewinn und welches Vor-Rück-Verhältnis ergibt sich daraus für den Beam?

AG219

Die Halbwertsbreite einer Antenne ist der Winkelbereich, innerhalb dessen ...

AG220

In dem folgenden Richtdiagramm sind auf der Skala der relativen Feldstärke $\frac{E}{{E}_{\textrm{max}}}$ die Punkte a bis d markiert. Durch welchen der Punkte a bis d ziehen Sie den Kreisbogen, um die Halbwertsbreite der Antenne an den Schnittpunkten des Kreises mit der Richtkeule ablesen zu können?

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AG221

Die folgende Skizze zeigt das Horizontaldiagramm der relativen Feldstärke einer Yagi-Uda-Antenne. Wie groß ist im vorliegenden Fall die Halbwertsbreite (Öffnungswinkel)?

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AG222

Worin unterscheidet sich eine Yagi-Uda-Antenne mit 11 Elementen von einer mit 3 Elementen? Bei der Antenne mit 11 Elementen ist ...

AG223

Bei welcher Länge erreicht eine Vertikalantenne für den Kurzwellenbereich über einer Erdoberfläche mittlerer Leitfähigkeit eine möglichst flache Abstrahlung?

AG224

Welche Eigenschaften besitzt eine in geringer Höhe aufgebaute, auf Kurzwelle betriebene NVIS-Antenne (Near Vertical Incident Skywave)?

AG225

Welche Antennentypen kommen üblicherweise als Erregerantennen (Feed) in Parabolspiegeln für den Mikrowellenbereich zum Einsatz?

AG226

Wie hoch ist der Gewinn eines Parabolspiegels mit einem Durchmesser von 30 cm und mit einem Wirkungsgrad von $\eta_{\textrm{eff}}$ = 1 bei einer Arbeitsfrequenz von 5,7 GHz?

AG227

Wie hoch ist der Gewinn eines Parabolspiegels mit einem Durchmesser von 80 cm und mit einem Wirkungsgrad von $\eta_{\textrm{eff}}$ = 1 bei einer Arbeitsfrequenz von 5,7 GHz?

AG228

Wie hoch ist der Gewinn eines Parabolspiegels mit einem Durchmesser von 80 cm und mit einem Wirkungsgrad von $\eta_{\textrm{eff}}$ = 1 bei einer Arbeitsfrequenz von 10,4 GHz?

AG229

Wie hoch ist der Gewinn eines Parabolspiegels mit einem Durchmesser von 120 cm und mit einem Wirkungsgrad von $\eta_{\textrm{eff}}$ = 1 bei einer Arbeitsfrequenz von 10,4 GHz?

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