Abbildung 1
1. Strahleffizienz
Ein weiterer gängiger Parameter zur Bewertung der Qualität von Sende- und Empfangsantennen ist der Wirkungsgrad der Strahlbündelung. Für die Antenne mit der Hauptkeule in z-Richtung, wie in Abbildung 1 dargestellt, ist der Wirkungsgrad der Strahlbündelung (BE) wie folgt definiert:
Es handelt sich um das Verhältnis der innerhalb des Kegelwinkels θ1 gesendeten oder empfangenen Leistung zur gesamten von der Antenne gesendeten oder empfangenen Leistung. Die obige Formel lässt sich wie folgt schreiben:
Wählt man den Winkel θ1, bei dem der erste Nullpunkt bzw. Minimalwert auftritt, so entspricht der Wirkungsgrad des Strahls dem Verhältnis der Leistung im Hauptkeulenbereich zur Gesamtleistung. In Anwendungen wie Metrologie, Astronomie und Radar ist ein sehr hoher Wirkungsgrad der Antenne erforderlich. Üblicherweise werden über 90 % benötigt, und die von den Nebenkeulen empfangene Leistung muss so gering wie möglich sein.
2. Bandbreite
Die Bandbreite einer Antenne ist definiert als „der Frequenzbereich, in dem die Leistung bestimmter Antenneneigenschaften festgelegte Standards erfüllt“. Die Bandbreite kann als Frequenzbereich beidseitig der Mittenfrequenz (im Allgemeinen der Resonanzfrequenz) betrachtet werden, in dem die Antenneneigenschaften (wie Eingangsimpedanz, Richtcharakteristik, Strahlbreite, Polarisation, Nebenkeulenpegel, Verstärkung, Strahlrichtung und Strahlungseffizienz) nach Vergleich mit der Mittenfrequenz im zulässigen Bereich liegen.
Bei Breitbandantennen wird die Bandbreite üblicherweise als Verhältnis der oberen zur unteren Grenzfrequenz für einen akzeptablen Betrieb angegeben. Beispielsweise bedeutet eine Bandbreite von 10:1, dass die obere Grenzfrequenz das Zehnfache der unteren Grenzfrequenz beträgt.
Bei Schmalbandantennen wird die Bandbreite als Prozentsatz der Frequenzdifferenz zum Mittenfrequenzwert angegeben. Beispielsweise bedeutet eine Bandbreite von 5 %, dass der zulässige Frequenzbereich 5 % der Mittenfrequenz beträgt.
Da die Antenneneigenschaften (Eingangsimpedanz, Richtcharakteristik, Verstärkung, Polarisation usw.) frequenzabhängig sind, sind die Bandbreiteneigenschaften nicht eindeutig. Üblicherweise unterscheiden sich die Änderungen der Richtcharakteristik und der Eingangsimpedanz. Daher sind die Bandbreite der Richtcharakteristik und die Impedanzbandbreite erforderlich, um diesen Unterschied hervorzuheben. Die Bandbreite der Richtcharakteristik hängt von der Verstärkung, dem Nebenkeulenpegel, der Strahlbreite, der Polarisation und der Strahlrichtung ab, während die Eingangsimpedanz und der Strahlungswirkungsgrad von der Impedanzbandbreite abhängen. Die Bandbreite wird üblicherweise in Abhängigkeit von Strahlbreite, Nebenkeulenpegel und Richtcharakteristik angegeben.
Die obige Diskussion setzt voraus, dass sich die Abmessungen des Kopplungsnetzwerks (Transformator, Gegengewicht usw.) und/oder der Antenne bei Frequenzänderungen nicht ändern. Lässt sich die Bandbreite einer Schmalbandantenne durch die Anpassung der kritischen Abmessungen der Antenne und/oder des Kopplungsnetzwerks an die Frequenzänderungen erhöhen, ist dies generell nicht einfach. Es gibt jedoch Anwendungsfälle, in denen dies möglich ist. Das bekannteste Beispiel ist die Radioantenne eines Autoradios, deren Länge in der Regel verstellbar ist und mit der sich die Antenne für besseren Empfang abstimmen lässt.
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Veröffentlichungsdatum: 12. Juli 2024
