20 Watt gehen in die Antenne, aber 1200 W werden abgestrahlt (Allgemein)

Kuddel, Samstag, 16.07.2011, 22:27 (vor 4863 Tagen) @ H. Lamarr
bearbeitet von Kuddel, Samstag, 16.07.2011, 23:13

Hinweis für den "Nicht-Techniker": Ein Forumsbeitrag, welcher "EIRP" anhand einer Analogie aus dem täglichen Leben erklärt (Beispiel Rasensprenger) ist hier zu finden.

Ausgangspunkt dieses Beitrags über "Die schlimmsten K.O.Argumente von Sendemastgegnern":

Die abgegebene Leistung einer Mobilfunkantenne ist um den Antennengewinn (Faktor 60) höher als die aufgenommene. (Beispiel 1) (Beispiel 2)

Das Argument wird von Kritikern gerne benutzt, um Laien mit hohen Leistungswerten von einigen hundert, bis einigen tausend Watt zu beeindrucken.

Diese Aussage, die auch auf anderen Internetseiten und Druckschriften in unterschiedlichen Variationen zu finden ist, möchte ich nun richtig stellen:

1.) Schon in der Schule lernt man im Physik-Unterricht den Energieerhaltungssatz kennen, demnach in einem abgeschlossenen System keine Energie verloren geht und auch keine hinzukommt.
Dies ist das erste Argument, daß die Aussage der Mobilfunkkritiker nicht stimmen kann.

2.) Die Definition des Begriffs "Strahlungsleistung" im Zusammenhang mit Antennen lautet:

Die von einer Antenne insgesamt in Strahlung umgesetzte Leistung ist ihre Strahlungsleistung Ps.
Sie ergibt sich aus der Differenz zwischen Eingangsleistung und der in der Antenne in Wärme umgesetzten Verlustleistung.
(Quelle: Meinke-Grundlach, Taschenbuch der Hochfrequenztechnik, Studienausgabe 4. Auflage, Kapitel 3.1 Leistungsgrößen von Antennen)

Aus 1. und 2. ist somit klar ersichtlich, daß eine Antenne nicht mehr Leistung abstrahlen kann, als ihr per Kabel zugeführt wurde.

Bei (Meinke-Grundlach) ist ferner zu lesen:
Wird die Eingangsleistung mit dem auf den isotropen Strahler bezogenen Gewinn G multipliziert, so erhält man die "äquivalente isotrope Strahlungsleistung" (EIRP=Equivalent Isotropic Radiated Power).
Sie ist diejenige Leistung, die man einem isotropen Kugelstrahler zuführen muß, damit dieser die gleiche Leistungsdichte bzw gleichen Feldstärken erzeugt, wie die betrachtete Richtantenne in Hauptstrahlrichtung bei gleichem Abstand.

Soll die Leistungsdichte nicht durch einen isotropen Kugelstrahler sondern durch einen verlustlosen Halbwellendipol als Vergleichsstrahler erzeugt werden, so wird die diesem zugeführte Leistung "Effektive Strahlungsleistung (ERP = Effective Radiated Power) genannt.

Die in den Standortunterlagen einer Mobilfunkanlage aufgeführten E(I)RP-Strahlungsleistungen von einigen hundert, bis einigen 1000 Watt beziehen sich also nicht auf die von der Mobilfunkantenne abgestrahlte Leistung, sondern auf eine imaginäre (fiktive) Leistung, welche von einer imaginären Referenzantenne abgestrahlt werden müßte, um die gleiche Intensität (Leistungsdichte) in der Hauptstrahlrichtung zu erzielen, wie die Richtantenne.
Da diese kugelförmig abstrahlende, imaginäre Antenne auch Leistung in Richtung Weltall, in den Erdboden und in die entgegengesetzte Richtung abstrahlt, muß ihr eine entsprechend höhere Leistung (ERP oder EIRP) zugeführt werden, als einer gerichteten Antenne.
Die "imaginäre" Kugelstrahlerleistung wird gerne verwendet, weil sich Feldstärken und Leistungsflußdichten für einen kugelförmigen Strahler leichter berechnen lassen, als bei einer komplexen Richtkeule einer Mobilfunkantenne.
Man muß lediglich die (imaginäre) abgestrahlte Leistung durch die Kugeloberfläche (4*Pi*d²) teilen und erhält sofort die Leistung pro Fläche, welche zwecks Personenschutz bestimmte Werte nicht überschreiten soll.

Oft wird auch von Kritikern argumentiert:
Sodann...muss er vom Laser-Operationsbesteck her wissen, dass man mit 20Watt ungeheure Energien erzeugen kann, wenn man diese auf einen Punkt fokussiert.
...Ebendasselbe geschieht in einer Mobilfunk-Sendeantenne.
Mittels eines ausgeklügelten Reflektors werden aus 20Watt zugeführter Leistung deren 1200 gemacht, falls man dessen ganze Energie in einen nach oben, nach unten und nach der Seite hin in einen sehr schmalen Sektor wirft, statt kugelförmig abzustrahlen.

Die Gefährlichkeit eines Laserstrahls ist dem Laien anschaulich und die Kritiker behaupten nun, die Antenne würde gleich einem Laser die Strahlen "fokussieren".
Dabei passiert in Wirklichkeit genau das Gegenteil:
Da bei einer Antenne der Fokuspunkt in der Antenne liegt und nicht in Strahlrichtung, wird die punktförmig eingespeiste Leistung vom Speisekabel in einen mehr oder weniger weiten Abstrahlwinkel aufgefächert und abgestrahlt. Der Betreiber der Antenne möchte ja schließlich eine möglichst große Fläche mit Funk versorgen .

Ich will in diesem Beitrag nicht bestreiten, daß ein höherer "Gewinn" einer Mobilfunkantenne auch die Feldstärke und Strahlungsleistung in einem Abstand "d" zur Antenne erhöht. Tatsächlich erzeugt eine sehr stark gebündelte Richtantenne in Ihrer Hauptkeule eine vergleichsweise höhere Leistungsflußdichte, die jedoch nur in sehr seltenen Extremfällen in der Praxis 0,05 Watt pro Quadratmeter überschreitet. Das rührt daher, daß in Entfernungen über 50 Meter die abgestrahlte Leistung (15...50 Watt) durch die divergierende Hauptkeule bereits auf mehrere hundert Quadratmeter Fläche verteilt wurde.
Man muß auch berücksichtigen, daß diese Leistung nur innerhalb der Hauptkeule bei direkter Sicht auf die Antenne "ankommt". Bereits eine Mauer oder Dachziegel "dämpfen" sie auf deutlich kleinere Werte herunter.

K

Tags:
Nachhilfe, EIRP, Abstrahlwinkel, K.o.-Argumente