{"id":9304,"date":"2021-10-21T16:29:05","date_gmt":"2021-10-21T15:29:05","guid":{"rendered":"https:\/\/knowhow.distrelec.com\/?p=9304"},"modified":"2023-02-02T09:39:17","modified_gmt":"2023-02-02T09:39:17","slug":"funkverbindung-teil-1-ein-leitfaden-fuer-antennen-und-koaxialantennen-stecker-und-kabel","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/knowhow.distrelec.com\/de\/elektronik\/funkverbindung-teil-1-ein-leitfaden-fuer-antennen-und-koaxialantennen-stecker-und-kabel\/","title":{"rendered":"Funkverbindung: Teil 1 – Ein Leitfaden f\u00fcr Antennen und Koaxialantennen, Stecker und Kabel"},"content":{"rendered":"\n

Um ein drahtloses Ger\u00e4t mit einer Antenne auszustatten, m\u00fcssen mehrere Entscheidungen getroffen werden. In diesem Artikel, Teil 1 einer zweiteiligen Serie, beleuchten wir einige der wichtigsten Merkmale, die bei der Auswahl einer geeigneten Antenne wichtig sind. Wir befassen uns mit der Antennenterminologie und den Spezifikationen, auf die Sie bei der Durchsicht eines Datenblatts sto\u00dfen werden. Zu den Themen geh\u00f6ren der Frequenzbereich, in dem das Ger\u00e4t arbeitet, der Antennengewinn und das Strahlungsdiagramm. Mechanische Faktoren wie Schutz gegen Eindringen, interne oder externe Platzierung und Montagemethode sind ebenfalls wichtig.<\/em><\/p>\n\n\n\n

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Sehen Sie sich die Produktpalette von Distrelec an Antennen an<\/a><\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

Eine gute Antenne ist f\u00fcr den Aufbau einer zuverl\u00e4ssigen Funkverbindung unerl\u00e4sslich<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Jeder kennt das Problem schlechten Smartphone-Empfangs in abgelegenen Gebieten oder in H\u00e4userschluchten. Manchmal hilft es dann, das Ger\u00e4t hochzuhalten, ein paar Meter weiter zu laufen oder sich ans Fenster zu stellen. Die Leistung einer Funkverbindung wird verbessert, wenn sich keine Hindernisse zwischen Sender und Empf\u00e4nger befinden. B\u00e4ume, Mauern und das Gel\u00e4nde absorbieren Funksignale und sogar das Wetter hat einen ma\u00dfgeblichen Einfluss auf die erreichbare Distanz \u2013 jedenfalls was eine unterbrechungsfreie, schnelle Verbindung betrifft. Dabei ist es egal, ob Daten oder Sprachsignale \u00fcbertragen werden. Die erzielbare Empfangsqualit\u00e4t und Reichweite h\u00e4ngt ma\u00dfgeblich auch von der Ausstattung mit einer gut angepassten Antenne ab. Eine optimale Antenne in der Endstufe des Senders sorgt zum einen f\u00fcr in H\u00f6chstma\u00df an Abdeckung und Reichweite. Beim Empf\u00e4nger wiederum muss die Antenne auf die jeweilige Frequenz angepasst sein, ansonsten n\u00fctzt ein starkes Signal wenig. In Teil 2 dieser Serie wird erl\u00e4utert, dass zus\u00e4tzliche D\u00e4mpfung im Verbindungskabel und den Steckverbindern negativen Einfluss auf die Antennenleistung haben kann, so dass die Signalst\u00e4rke in den Keller geht.<\/p>\n\n\n\n

Antennenparameter<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Dem Prinzip nach ist eine Antenne ein St\u00fcck Draht. Dessen L\u00e4nge muss auf den Frequenzbereich des Ger\u00e4tes abgestimmt sein, in dem sie zum Einsatz kommt. Da sich elektromagnetische Funkwellen immer mit Lichtgeschwindigkeit (c) ausbreiten, 299.792.458 m\/s, ergibt sich die Wellenl\u00e4nge zwanglos, indem man c:f teilt. Passt man nun die physische L\u00e4nge und die Eigenschaften einer Antenne an die Wellenl\u00e4nge an, dann f\u00fchrt dies zum Resonanzpunkt. Ein 2,4 GHz Wi-Fi-Signal hat hiernach eine Wellenl\u00e4nge von 12,5 cm. Die L\u00e4nge einer Antenne wird im Verh\u00e4ltnis zu ihrer Betriebswellenl\u00e4nge beschrieben, z. B. Viertelwelle, Halbwelle oder Vollwelle.<\/p>\n\n\n\n

Die meisten heute verwendeten drahtlosen Daten- und Sprachkommunikationsmethoden wie Wi-Fi, Bluetooth, Mobilfunk (4G – 5G) und ISM-Anwendungen (Industrie, Wissenschaft und Medizin) arbeiten mit Frequenzen von 400 MHz bis 3,4 GHz. Bei diesen Frequenzen wird die physische L\u00e4nge der Antenne immer k\u00fcrzer, was verschiedene Konstruktionsmethoden, einschlie\u00dflich der Herstellung auf einer Leiterplatte, erm\u00f6glicht.<\/p>\n\n\n\n

Viele Antennen, insbesondere f\u00fcr Anwendungen in den Bereichen Automobil, Transport und Telemetrie, sind mit mehreren Antennen ausgestattet, um Wi-Fi, GPS\/GNSS, Fahrzeug-zu-Fahrzeug\/Fahrzeug-zu-Infrastruktur\/Fahrzeug-zu-alles (V2V\/V2I\/V2X) und LTE-Mobilfunkkommunikation zu erm\u00f6glichen. Ein Beispiel ist der Taoglas Optimus MA220<\/a>. Siehe Abbildung 1. Diese extern montierte Antenne ist nach IP67 wasserdicht.<\/p>\n\n\n\n

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Abbildung 1 – Die externe Antenne Taoglas Optimus MA200 im Puck-Stil f\u00fcr Transport- und Telemetrieanwendungen (Quelle: Taoglas)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Antennengewinn:<\/strong> Einige Antennen sind aufgrund ihres Designs und ihrer Konstruktion effizienter bei der Abstrahlung und beim Empfang als Standardantennenmodelle. Auf dem Datenblatt wird dieser Faktor als Gewinn angegeben und in dBi (dB isotrop) gemessen. Abbildung 2 veranschaulicht beispielsweise die Leistung der Taoglas MA220<\/a> f\u00fcr die LTE-Mobilfunkkommunikation.<\/p>\n\n\n\n

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Abbildung 2 – Die LTE-Antennengewinncharakteristik der Taoglas MA220 (Quelle: Taoglas)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Strahlungsdiagramm:<\/strong> Einige Antennen haben Richtcharakteristiken, d.h. sie strahlen und empfangen vorrangig in bestimmte Richtungen oder in bestimmten Ebenen. Eine Antenne mit einem isotropen Strahlungsdiagramm bedeutet hingegen, dass sie in alle Richtungen die gleiche Energiemenge abstrahlt. Eine Rundstrahlantenne strahlt die gleiche Energiemenge in einer bestimmten Ebene ab, horizontal oder vertikal.<\/p>\n\n\n\n

Antennenimpedanz:<\/strong> Die Impedanz einer Antenne \u00e4ndert sich mit der Frequenz. Es ist von entscheidender Bedeutung, die Antenne an die Ausgangsimpedanz der Leistungsendstufe des Senders und des Frontends des Empf\u00e4ngers anzupassen. In Teil 2 dieses Artikels werden wir auch erfahren, dass die Impedanz des Verbindungskabels und der Steckverbinder ebenfalls entscheidend f\u00fcr eine gute Anpassung ist. Eine Impedanz von 50 Ohm ist ein g\u00e4ngiger Standard.<\/p>\n\n\n\n

Antennenbandbreite:<\/strong> Der Frequenzbereich, in dem die Antenne wirksam ist, wird als Bandbreite bezeichnet. Die Bandbreite wird in der Regel auf der Grundlage einer Mittenfrequenz angegeben. Ein Beispiel f\u00fcr eine PCB-Antenne ist die Molex Wi-Fi PCB-Antenne<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

Sie hat eine Bandbreite von 100 MHz bei einer Mittenfrequenz von 2,45 GHz, eine Impedanz von 50 Ohm und einen Gewinn von 3,2 dBi.<\/p>\n\n\n\n

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Abbildung 3 – Die Molex Wi-Fi PCB-Antenne (Quelle: Molex)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

VSWR und R\u00fcckflussd\u00e4mpfung:<\/strong> Die R\u00fcckflussd\u00e4mpfung misst, wie gut eine Antenne an einen Sender und seine \u00dcbertragungsleitung (das Koaxialkabel) angepasst ist. Die R\u00fcckflussd\u00e4mpfung misst, wie viel Leistung zur\u00fcck zum Sender reflektiert wird, anstatt abgestrahlt zu werden, und wird in dB gemessen. Je h\u00f6her die (negative) Zahl ist, desto besser ist die Leistung der Antenne. Das Stehwellenverh\u00e4ltnis (VSWR) ist eine weitere Methode zur Messung der R\u00fcckflussd\u00e4mpfung. Eine Antenne sollte eine R\u00fcckflussd\u00e4mpfung von mehr als -10 dB haben (VSWR 2). Abbildung 4 veranschaulicht die R\u00fcckflussd\u00e4mpfungseigenschaften der Taoglas GA110<\/a> Mobilfunkantenne.<\/p>\n\n\n\n

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Abbildung 4 – Ein Diagramm der R\u00fcckflussd\u00e4mpfungseigenschaften der Taoglas-Mobilfunkantenne zeigt die R\u00fcckflussd\u00e4mpfung in Abh\u00e4ngigkeit von der Frequenz (Quelle: Taoglas)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Messung der Antennenparameter<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Ein Vektor-Netzwerkanalysator (VNA) wird zur Messung der Impedanz- und R\u00fcckflussd\u00e4mpfungseigenschaften einer Antenne und ihrer \u00dcbertragungsleitung verwendet. Tragbare, preiswerte VNAs (< 150 Euro) bieten eine ausreichende Messaufl\u00f6sung, aber ein professionelles Tischger\u00e4t, das mehr als 5.000 Euro kostet, ist f\u00fcr die Arbeit im Labor besser geeignet. Hochwertige HF-Spektrumanalysatoren verf\u00fcgen h\u00e4ufig \u00fcber eine VNA-Funktion. Ein VNA hilft auch bei der korrekten Auslegung von kapazit\u00e4ts- und induktivit\u00e4tsbasierten Anpassungsnetzwerken zwischen dem Sender und der \u00dcbertragungsleitung.<\/p>\n\n\n\n

Antennen-Datenblatt-Parameter: kein Geheimnis mehr<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

In diesem kurzen Artikel werden einige der wichtigsten Parameter erl\u00e4utert, die Ihnen in einem Antennen-Datenblatts begegnen k\u00f6nnten. Mit diesen Informationen erhalten Sie einen besseren Einblick in die beste Antenne f\u00fcr Ihre Anwendung, die optimale Leistung bietet. In Teil 2 werden wir uns mit der Rolle von Antennenkabeln und g\u00e4ngigen Antennensteckern befassen.<\/p>\n\n\n\n

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