Antennen: Sendeleistung und Strahlungsleistung (Technik)

Kuddel, Samstag, 13.08.2011, 23:06 (vor 4869 Tagen) @ RDW

Den Gedankengang mit den 100m² kann ich leider nicht nachvollziehen...

Dann will ich ihn kurz ausführen:

2. Eine Antenne mit einem Gewinn von 40dBi (also dem Faktor 10000) bündelt ihre abgestrahlte Leistung auf 1/10000 dieser Fläche, also im Abstand von 4,2m auf 0,0222m².

Rechnerisch ja (wenn man die 40dBi Antenne als punktfömig annimmt), real nein, da für eine 40dBi Antenne nicht punktförmig ist und die Fernfeldbedingung in 4,2m Abstand nicht erfüllt ist.

Um einen Gewinn von 40dBi (Faktor 10000) zu realisieren, benötigt die Antenne eine entsprechend große Ausdehnung (Wirkfläche: A= (G*Lambda²)/(4*Pi))

Geht man von einem Flächenstrahler (=Panel mit Antennenarray) aus, wie er auch in Mobilfunkantennen eingesetzt wird, dann hätte diese bei einer idealen, verlustfreien Antenne etwa eine Fläche von mindestens 70m².
(Diese hatte ich großzügig auf 100m² aufgerundet, da eine reale Antenne ja keinen 100% Wirkungsgrad hat, sondern bestenfalls 50..70%).

Man kann sich auch einen Parabolantenne mit dieser Fläche vorstellen.
=> Eine 40dBi Antenne in quadratischer Form hätte also mindestens die Fläche von 10m*10m = 100m², die in unserem Beispiel die eingespeiste Leistung homogen verteilt abstrahlt => 0,1W/ 100m² => 1mW/m² (in der Realität wird es nicht absolut homogen sein, aber annähernd)

Eine Panelantenne besteht intern aus einem Leistungsteiler welcher die eingespeiste Leistung bei einer 40dBi Antenne auf schätzungsweise 400..1000 Einzeldipole verteilt.
D.h. jeder Einzel-Dipol stahlt in unserem Beispiel von den gesamt eingespeisten 100mW nur etwa 0,1...0,25 mW Leistung ab.
(Viel weniger als die Antenne eines 1mW Bluetooth Headsets)

Alternativ (anschaulicher) kann auch eine Parabolantenne mit etwa 11,2m Durchmesser angenommen werden, die bei GSM-900 einen Gewinn von ca 40dBi hätte.

Der "Strahl", der die Antenne verläßt, hat also von vornherein einen Durchmesser von mehr als 11,2 Meter !

Erst in einem Abstand, welcher die Fernfeldbedingung erfüllt, kann die Antenne wieder als punktförmig angenommen werden, so daß die Fernfeldformel anwendbar ist.

Für eine Parabolantenne beginnt das Fernfeld in einer Entfernung von ca D²/Lambda (D=Durchmesser, Lambda=Wellenlänge).

In unserem Beispiel einer 40dBi Antenne wären das ca 420 Meter.

Bei einer typischen Mobilfunkantenne mit 20dBi aufgrund ihrer Apertur ca 20 Meter (3..4 Meter, wenn sie rund oder quadratisch wäre, statt länglich)

Unterhalb dieser Entfernung wird die Leistungsflußdichte durch die Fernfeldformel stark überschätzt, da die Strahlungsquelle eben nicht punktförmig ist, wie die Fernfeldformel voraussetzt.

Man kennt das auch aus der Beleuchtungstechnik.
An eine Leuchtstoffröhre kann man nah herangehen, ohne daß es den Augen schmerzt, da sich die abgestrahlte Leistung auf eine große Fläche verteilt.
Eine punktfömige Quelle mit gleicher Lichtleistung (z.B. moderne Leistungs-LED) blendet hingegen so stark, daß sie "nackt" (ohne Optik) mit einem Warnschild versehen werden muß.

K