Dieses Kapitel führt in die grundlegenden Parameter der drahtlosen Kommunikation ein und soll ein besseres Verständnis der Rolle von Antennen in Kommunikationssystemen ermöglichen. Da drahtlose Kommunikation mittels elektromagnetischer Wellen erfolgt, ist es unerlässlich, die Ausbreitungseigenschaften dieser Wellen zu verstehen.
In diesem Kapitel werden wir die folgenden Parameter besprechen:
•Frequenz
•Wellenlänge
•Impedanzanpassung
•VSWR & reflektierte Leistung
•Bandbreite
•Prozentuale Bandbreite
•Strahlungsintensität
Nun wollen wir sie genauer betrachten.
Frequenz:
Gemäß der Standarddefinition ist die Frequenz die Anzahl der Wiederholungen einer Welle pro Zeiteinheit. Vereinfacht ausgedrückt beschreibt die Frequenz, wie oft ein Ereignis auftritt. Eine periodische Welle wiederholt sich alle T Sekunden (eine Periode), und ihre Frequenz ist der Kehrwert der Periodendauer T.
Mathematisch stellt es sich wie folgt dar:
$$f = \frac{1}{T}$$
•F steht für die Frequenz einer periodischen Welle, während
•T ist die Zeit, die für einen vollständigen Zyklus benötigt wird.
Die Frequenz wird in Hertz gemessen, abgekürzt Hz.
Die obige Abbildung zeigt eine Sinuswelle mit der Spannung (in mV) als Funktion der Zeit (in ms). Diese Wellenform wiederholt sich alle 2t Millisekunden; daher beträgt ihre Periodendauer T = 2t ms und ihre Frequenz f = 1/(2t) kHz.
Wellenlänge:
Gemäß der Standarddefinition wird der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Maxima oder zwei aufeinanderfolgenden Minima als Wellenlänge bezeichnet.
Vereinfacht ausgedrückt ist die Wellenlänge der Abstand zwischen zwei benachbarten positiven oder negativen Wellenbergen. Die Abbildung unten zeigt eine periodische Wellenform mit markierter Wellenlänge (λ) und Amplitude. Je höher die Frequenz, desto kürzer die Wellenlänge und umgekehrt.
Die Formel für die Wellenlänge lautet:
$$\lambda = \frac{c}{f}$$
•λ steht für die Wellenlänge
•C ist die Lichtgeschwindigkeit ($3 \times 10^8$ Meter pro Sekunde)
•F ist die Frequenz
Die Wellenlänge λ wird in Längeneinheiten wie Metern, Fuß oder Zoll angegeben. Die gebräuchlichste Einheit ist der Meter.
Impedanzanpassung:
Gemäß der Standarddefinition liegt eine Impedanzanpassung vor, wenn die Impedanz des Senders annähernd gleich der Impedanz des Empfängers ist.
Für eine optimale Leistungsübertragung zwischen Antenne und Schaltung ist eine Impedanzanpassung erforderlich. Die Impedanzen von Antenne, Übertragungsleitung und Schaltung müssen aufeinander abgestimmt sein.
Die Notwendigkeit der Übereinstimmung
Resonanzbauelemente liefern optimale Leistung innerhalb bestimmter schmalbandiger Frequenzbereiche. Als Resonanzbauelement kann eine Antenne eine bessere Ausgangsleistung erzielen, wenn ihre Impedanz optimal angepasst ist.
•Wenn die Antennenimpedanz mit der Impedanz des freien Raums übereinstimmt, wird die von der Antenne abgestrahlte Leistung effektiv übertragen.
•Bei einer Empfangsantenne sollte die Ausgangsimpedanz mit der Eingangsimpedanz des Empfangsverstärkers übereinstimmen.
• Bei einer Sendeantenne sollte die Eingangsimpedanz sowohl mit der Ausgangsimpedanz des Sendeverstärkers als auch mit der charakteristischen Impedanz der Übertragungsleitung übereinstimmen.
Die Impedanz wird in Ohm gemessen und mit dem Symbol Z bezeichnet.
VSWR & Reflektierte Leistung:
Gemäß der Standarddefinition wird das Verhältnis der maximalen zur minimalen Spannung in einer stehenden Welle als Stehwellenverhältnis (VSWR) bezeichnet.
Bei Fehlanpassung der Impedanzen von Antenne, Übertragungsleitung und Schaltkreis kann keine effektive Leistung abgestrahlt werden; stattdessen wird ein Teil der Leistung reflektiert.
Die Hauptmerkmale sind —
•Der Parameter, der den Grad der Impedanzfehlanpassung angibt, wird als Stehwellenverhältnis (VSWR) bezeichnet.
•VSWR steht für Voltage Steady Wave Ratio (Spannungs-Stehwellenverhältnis) und wird auch häufig als SWR bezeichnet.
•Je größer die Fehlanpassung der Impedanz, desto höher der VSWR-Wert
•Um eine effektive Strahlung zu erreichen, ist ein idealer VSWR-Wert von 1:1 erforderlich.
• Reflektierte Leistung bezeichnet den Anteil der Vorwärtsleistung, der verloren geht. Reflektierte Leistung und VSWR beschreiben im Wesentlichen dasselbe physikalische Phänomen aus unterschiedlichen Perspektiven.
Bandbreite:
Gemäß der Standarddefinition wird das Frequenzband innerhalb eines festgelegten Wellenlängenbereichs, das für eine bestimmte Kommunikation zugewiesen ist, als Bandbreite bezeichnet.
Beim Senden oder Empfangen eines Signals wird ein bestimmter Frequenzbereich verwendet. Dieser spezifische Frequenzbereich ist einem bestimmten Signal zugeordnet, um Störungen durch andere Signale während der Übertragung zu verhindern.
•Bandbreite bezeichnet den Frequenzbereich zwischen der Hochfrequenz- und der Niederfrequenzgrenze einer Signalübertragung
•Sobald Bandbreite zugewiesen ist, kann sie nicht von anderen genutzt werden.
•Das gesamte Spektrum ist in Bandbreitensegmente unterteilt, die jeweils unterschiedlichen Sendern zugeordnet sind.
Die soeben besprochene Bandbreite kann auch als absolute Bandbreite bezeichnet werden.
Prozentuale Bandbreite:
Gemäß der Standarddefinition wird das Verhältnis der absoluten Bandbreite zu ihrer Mittenfrequenz als prozentuale Bandbreite bezeichnet.
Die Frequenz innerhalb eines Frequenzbandes, bei der die Signalstärke ihr Maximum erreicht, wird als Resonanzfrequenz bezeichnet, auch bekannt als Mittenfrequenz des Bandes, abgekürzt fC.
•Die höheren und niedrigeren Frequenzen des Frequenzbandes werden als fH bzw. fL bezeichnet.
•Die absolute Bandbreite ist gegeben durch fH − fL
•Um die Breite eines Frequenzbandes zu bestimmen, muss dessen relative Bandbreite oder prozentuale Bandbreite berechnet werden.
Die prozentuale Bandbreite wird berechnet, um den Bereich der Frequenzschwankungen zu ermitteln, den eine Komponente oder ein System verkraften kann.
•fH bezeichnet die höhere Frequenz
•fL bezeichnet die untere Frequenz
•fc bezeichnet die Mittenfrequenz
Je größer die prozentuale Bandbreite, desto größer die Kanalbandbreite.
Strahlungsintensität:
Die Strahlungsintensität ist definiert als die pro Raumwinkeleinheit abgestrahlte Leistung.
Eine Antenne strahlt in bestimmten Richtungen intensiver, was ihrer maximalen Strahlungsintensität entspricht. Die maximal mögliche Reichweite der Strahlung wird durch die Strahlungsintensität charakterisiert.
Mathematischer Ausdruck
Die Strahlungsintensität ergibt sich durch Multiplikation der abgestrahlten Leistungsdichte mit dem Quadrat des radialen Abstands:
Hierbei ist U die Strahlungsintensität, r der radiale Abstand und (Wrad) die Strahlungsleistungsdichte.
•U stellt die Strahlungsintensität dar
•r stellt den radialen Abstand dar
•Wrad stellt die abgestrahlte Leistungsdichte dar
Die obige Gleichung beschreibt die Strahlungsintensität der Antenne. Der radiale Abstand wird manchmal mit dem Symbol Φ bezeichnet.
Die Einheit der Strahlungsintensität ist Watt pro Steradiant (W/sr) oder Watt pro Quadratradian (W/rad²).
Um mehr über Antennen zu erfahren, besuchen Sie bitte:
Veröffentlichungsdatum: 26. März 2026
