Antennen sind Sende- oder Empfangseinrichtungen für elektromagnetische Wellen. Als Sendeantenne wandeln sie den elektrischen Strom in elektromagnetische Welle, dabei wird die HF- Leistung des HF-Senders in eine Freiraumwelle umgesetzt, als Empfangsantenne wandeln sie die Freiraumwelle in eine Leitungswelle um, die dem HF-Empfangsteil zugeführt wird.
Die Abstrahlung einer elektromagnetischen Schwingung von einer Antenne hängt mit dem Feldwellenwiderstand des freien Raums zusammen, der sich aus der Permeabilität und Permittivität des freien Raumes errechnet und bei der Abstrahlfrequenz 376 Ohm beträgt. Der Wert für den Feldwellenwiderstand von 376 Ohm kann auch über die Impedanz von 120 Ohm multipliziert mit `pi` errechnet werden. Er ist damit geringer als der Wellenwiderstand der Antenne.
Eine optimale Anpassung wird durch die Größe und Form der Antenne erreicht. Eine Voraussetzung für das Ablösen der elektromagnetischen Wellen von der Antenne ist, dass die Antennenlänge mindestens ein Zehntel der Größe von der abzustrahlenden Wellenlänge hat, eine weitere, dass der Wellenwiderstand der Antenne größer als der Feldwellenwiderstand ist.
Das Antennenprinzip
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Antennen basieren auf dem Resonanzprinzip und werden durch einen offenen Schwingkreis gebildet. Das bedeutet, dass die Antenne an die Empfangsfrequenz angepasst sein muss und die Größe des Resonanzteils daher unmittelbar von der Wellenlänge bzw. einem festen Bruchteil der Wellenlänge (`lambda`) abhängt. So können Antennen auf Lambda, Lambda-Halbe, Lambda-Viertel oder Lambda-Achtel abgestimmt sein. Am Beispiel eines GSM- Handys ergibt sich aus der Mittenfrequenz des GSM-Bandes von 925 MHz eine Wellenlänge von 35 cm. Daraus ergeben sich Antennenlängen von 35 cm, 17,5 cm, 8,75 cm oder bei Lambda-Achtel von 4,37 cm.
Antennen-Kennwerte
Wichtige Antennen-Kenngrößen sind der Antennengewinn, die Antennenbandbreite und Antennenimpedanz, der Öffnungswinkel, die Rückdämpfung und die Abstrahlcharakteristik, die direkten Einfluss auf die Bauart hat. Entsprechend ihrer Richtwirkung lassen sich Antennen in direktionale und omnidirektionale Antennen einordnen. Zu den omnidirektionalen Antennen gehören Rundstrahler, Discone-Antennen und Stabantennen, zu den Richtantennen der Dipol, die logarithmisch-periodische Antenne, die Yagi-Antennen und Parabolantennen.
Omnidirektionale Antennen senden kreisförmig, sie sind in der Regel für den Einsatz in Gebäuden oder im Freien konzipiert und strahlen das Gebäude nach allen Richtungen hin ab. Die Reichweite kann dabei bis zu 600 m betragen. Sie werden in der Regel für Multipoint-Verbindungen und in Mobilgeräten genutzt. Zu ihnen gehören die Stabantennen, WLAN-Antennen, Groundplane-Antennen und Rundstrahler.
Richtungsbezogene Antennen, wie die Yagi-Antenne oder die Parabolantenne, werden für Punkt-zu-Punkt-Verbindungen im Außenbereich eingesetzt und können je nach Leistungsklasse mehrere Kilometer überbrücken. Sie werden für campusübergreifende Verbindungen und auch im Richtfunk eingesetzt.
Von der Bauweise her unterscheidet man bei den Antennen die Stabantenne, Flachantenne, Loop-Antenne, Ferritantenne, Kugelstrahler, Parabolantenne, Dipolantenne, Panel-Antenne, Yagi-Antenne, 3D-Antenne und Hornstrahler. Darüber hinaus gibt es noch formflexible Antennen wie die Spray-On-Antenne und Kombi-Antennen wie die Folienantenne. Die Kombi-Antenne kombiniert verschiedene Antennentypen, damit man beispielsweise im Auto nicht mehrere Antennen für Rundfunk, digitalen Hörfunk, das GPS-System und Mobilfunk benötigt. Für Mobilgeräte gibt es spezielle Antennen wie die Patchantenne oder die PIFA-Antenne, die ebenfalls mehrere Frequenzbänder abdecken, Duplex-Antennen für Radio und Mobilfunk und Triplex-Antennen, die zusätzlich das GPS-System einschließen.
Neben den genannten passiven Antennen gibt es auch intelligente Antennen, Smart-Antennen, und Antennenarrays wie die Phased-Array-Antennen. Um die knappen Frequenzressourcen besser nutzen zu können und dadurch die Funkkapazität einer Funkzelle zu erhöhen, wird an intelligenten Antennenkonzepten entwickelt. Das Grundprinzip der intelligenten Antennen basiert auf der kontrollierten Abstrahlung der elektromagnetischen Wellen. Dadurch wird das zu versorgende Funkempfangsgebiet mit optimaler Feldstärke bestrahlt. Man unterscheidet verschiedene Techniken mit fixer Strahlungscharakteristik, geschalteter fixer Abstrahlung und dynamischer Abstrahlung.