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Antennenverstärkung und Antennenstrahlberechnung
Die Antennenverstärkung ist ein Parameter, der den Richtungsgrad des Strahlungsmusters der Antenne misst. Eine Antenne mit hoher Verstärkung strahlt vorzugsweise in eine bestimmte Richtung. Der Gewinn einer Antenne ist ein passives Phänomen - die Leistung wird nicht von der Antenne hinzugefügt, sondern einfach neu verteilt, um mehr Strahlungsleistung in eine bestimmte Richtung zu liefern, als von einer isotropen Antenne übertragen würde.
Die Verstärkung wird in dBi und dBd gemessen.
● dBi ist die Verstärkung in Bezug auf die isotrope Antenne● dBd ist die Verstärkung in Bezug auf die Dipolantenne
Es gibt eine Beziehung zwischen dBd und dBi, die unten angegeben ist
● dBi = dBd + 2.15
Ein Antennenentwickler muss die Anwendung der Antenne bei der Bestimmung der Verstärkung berücksichtigen.
● Antennen mit geringer Verstärkung haben eine kürzere Reichweite, aber die Ausrichtung der Antenne spielt keine Rolle
Um die abgestrahlte Leistung auf den Bereich um den Horizont zu konzentrieren, werden Halbwellendipole vertikal angeordnet und bei jeder Verdoppelung der Dipolzahl in Phase kombiniert.
● Die Strahlbreite mit halber Leistung beträgt ca. Hälften
● Die Verstärkung erhöht sich in Hauptrichtung um 3 dB
Die folgende Abbildung zeigt die vertikale Anordnung der Dipolstrahlbreite und der jeweiligen Verstärkung
Dementsprechend kann auch in der horizontalen Ebene mit jeder Halbierung der Strahlbreite die Verstärkung erzeugt werden um 3 dB erhöht (die gezeigten Muster sind theoretisch).
Berechnung der Verstärkung und Strahlbreite für eine Antenne
In der folgenden Abbildung befindet sich eine Antenne, in der Dipole in vertikaler Polarisation angeordnet sind. Im Folgenden wird der Schritt zur Berechnung des Antennengewinns beschrieben. Die gezeigte Antenne hat 8 Dipole in vertikaler Richtung, was 9 dB beiträgt. 3 dB aufgrund der hinteren Ebene der Antenne und weitere 3 dB aufgrund einer weiteren Spalte mit 8 Dipolen in der horizontalen Ebene.
● 3 dB Verstärkung durch Backplane
● 3 dB Verstärkung durch Hinzufügen einer weiteren Säule mit acht Dipolen in der horizontalen Ebene
Wenn wir es nun in Bezug auf die isotrope Antenne umwandeln wollen, müssen wir die Dipolverstärkung um 2.15 dB addieren
Dann Antennengewinn in dBi = 15 + 2.15 dB = 17.15 dB
Auf die gleiche Weise können wir die Strahlbreite der Antenne ermitteln.
Ein Dipol hat einen Strahl von 78 Grad in der vertikalen Ebene, und durch Verdoppeln des Dipols wird die Strahlbreite halbiert. Für 2 Dipole in vertikaler Richtung machen Sie die vertikale Strahlbreite auf 32 Grad und für weitere 8 Dipole machen Sie die Strahlbreite auf 7 Grad. Ein Teil der Strahlleistung wird beim Entwurf der Antenne in der Nebenkeule verschwendet.
Wie bei der horizontalen Strahlbreite haben die beiden Spalten eine horizontale Strahlbreite von 90 Grad. Dann wird die Spezifikation einer solchen Antenne wie folgt:
● Horizontale Strahlbreite = 90 Grad
● Vertikale Strahlbreite = 7 Grad
● Antennengewinn = 17.15 dBi