ANTENNEN. Weitere Top-Infos unter ITWissen.info

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2 Inhalt Impressum: Herausgeber: Klaus Lipinski Antennen Copyrigt 2009 DATACOM-Buchverlag GmbH Dietersburg Alle Rechte vorbehalten. 22-kHz-Steuersignal AAS, adaptive antenna system Abstrahlcharakteristik Aktive Antenne Antenne Antennenfaktor Antennengewinn Antennenkabel Antennenstecker Antennenverstärker Beamforming Bikonische Antenne Corner-Reflektor db, decibel dbd, decibel dipol dbi, decibel isotrop dbm, decibel mw Dipolantenne Discone-Antenne Dual-LNB Dualband-LNB Einkabelsystem EIRP, equivalent isotropically radiated power ERP, equivalent radiated power Feedhorn Feldstärke Flachantenne Gemeinschaftsantenne Gemeinschaftsantennenanlage Großgemeinschaftsantennenanlage Impedanz Isotrop Keramik-Antenne LHCP, left hand circular polarisation LNB, low noise blockconverter LNC, low noise converter Mehrantennensystem Multischalter Öffnungswinkel Panel-Antenne Parabolantenne Patchantenne Polarisation Quattro-LNB RHCP, right hand circular polarisation Richtantenne Rundstrahler Single-LNB Stabantenne Twin-LNB Unicable Wellenwiderstand Yagi-Antenne Keine Haftung für die angegebenen Informationen. Das E-Book ist urheberrechtlich geschützt und darf nicht auf fremden Websites ins Internet oder in Intranets gestellt werden. Produziert von Media-Schmid 2

3 22-kHz-Steuersignal 22 khz control signal Steuersignale für LNB/LNC-Converter AAS, adaptive antenna system Abstrahlcharakteristik radiation diagramm 3 Bei Low Noise Convertern (LNC/LNB) kann mit einer Gleichspannung die Polarisationsebene des LNC/LNB geschaltet werden. Darüber hinaus kann mit dem niederfrequenten Steuersignal von 22 khz, das aus dem Satelliten- oder Digitalreceiver kommt, der Empfangsfrequenzbereich zwischen dem unteren (Low) und dem oberen (High) Frequenzband umgeschaltet werden. Der gesamte Empfangsbereich für universelle LNB- Converter liegt zwischen 10,7 GHz und 12,75 GHz und unterteilt sich in das Low-Band zwischen 10,70 GHz und 11,70 GHz für analoges Fernsehen und das High- Band zwischen 11,70 GHz und 12,75 GHz für Digital- TV. Wird auf die Steuer-Gleichspannungen für die Polarisationsebene von 14/18 Volt eine Frequenz von 22 khz gelegt, dann schaltet der LNB-Converter in den High-Bereich für Digital-TV, ist die Gleichspannung unmoduliert, dann verbleibt der LNB-Converter im Low-Frequenzbereich. Die 14/18-V-Steuerspannung selbst hat einen relativ großen Toleranzbereich und kann im unteren Spannungsbereich um einige Volt unterhalb von 14 V liegen und im oberen zwischen 16 Volt und 19 Volt. Funknetze nutzen verschiedenste Abstrahltechniken von Antennen um den Funkempfang auch unter ungünstigen topographischen Bedingungen sicherzustellen. Diesem Aspekt kommt mit Wireless-Breitband eine besondere Bedeutung zu. Neben AAS, dem adaptiven Antennensystem, gibt es das MIMO-Verfahren, das Streuausbreitungswege nutzt und das RRH-System, das mit mehreren Funkmodulen arbeitet. Das AAS-Verfahren arbeitet mit einer gerichteten Abstrahlung des Sendesignals von der Antenne hin zum Nutzer. Dadurch steigen die Reichweite und die Zellengröße, während Interferenzen durch Störquellen abnehmen. Empfangsmäßig passt sich der Signalempfang der Richtung an, aus der die Funksignale kommen. Das AAS-Verfahren wird im GSM-Standard, in WCDMA genutzt und optional in angewendet. Die Abstrahlung von elektromagnetischen Wellen und von Schall kann durch technische und konstruktive Maßnahmen richtungsmäßig beeinflusst werden. Solche Maßnahmen werden bei der Antennenkonstruktion aber auch bei der Schallabstrahlung von Lautsprechern eingesetzt. Die Abstrahlcharakteristik von Antennen zeigt an, wie sich die Funkwellen von der Antenne aus in alle Richtungen ausbreiten und dabei abschwächen, in vertikaler und horizontaler Richtung. Neben der Abstrahlung und der damit in Zusammenhang stehenden Feldstärke von Sende-Antennen verdeutlicht die Strahlungscharakteristik auch die Empfangsempfindlichkeit für Empfangsantennen. Die Abstrahlcharakteristik hängt von der Antennenbauweise ab und kann gleichmäßig rundum sein, wie bei der Stabantenne, es kann aber auch richtungsabhängig oder auf unterschiedliche Polarisationsebenen ausgerichtet sein, wie bei der Dipolantenne, der Yagi-Antenne oder der Parabolantenne. Da die

4 Antennendiagramm mit Haupt-, Neben- und Rückkeule Aktive Antenne active antenna 4 Abstrahlcharakteristik häufig keulenförmig ausgeprägt ist, spricht man auch von Haupt- und Nebenkeulen. Bei Antennen mit starker Bündelung, wie bei Richtfunkantennen, ist der Öffnungswinkel der Strahlungscharakteristik nur wenige Grade breit, in anderen Fällen, wie bei Autoantennen oder Stabantennen für WLANs, ist sie kreisförmig ausgebildet. Neben dem Öffnungswinkel können aus dem Antennendiagramm weitere wichtige Merkmale ermittelt werden, so die Nebenkeulendämpfung und die Rückdämpfung. In den Antennendiagrammen erkennt man außer der Hauptkeule auch mehrere Nebenkeulen und eine Rückkeule. Die Neben- und Rückkeule beeinträchtigen den Richteffekt, da sie der Hauptkeule Energie entziehen. Zur Charakterisierung einer Antenne wird daher auch die Nebenkeulendämpfung angegeben. Diese entspricht dem db-wert der Hauptkeule und dem der Nebenkeule. Hat die Hauptkeule einen 0 db- Wert und liegt die Nebenkeule bei -40 db, dann beträgt die Nebenkeulendämpfung 40 db. Gleiches gilt für die Rückdämpfung, die sich aus dem db-wert der Hauptkeule und der der Rückkeule errechnet. Neben der festen Strahlungscharakteristik gibt es Entwicklungen für eine intelligente Strahlformung zur Optimierung der Feldstärke im Empfangsgebiet, dem Beamforming. Bei dieser Technik werden einzelne Antennenelemente eines Antennen-Arrays, das aus vielen Antennenelementen besteht, elektronisch zu einem Antennen-Array kombiniert. Durch die Kombination verschiedenster Antennenelemente können der Einfalls- und der Öffnungswinkel bei stationären Antennensystemen verändert werden. Daneben gibt es Techniken mit einer festen Strahlungscharakteristik, deren Formung den Empfangsbedingungen angepasst ist. Andere arbeiten mit einer dynamischen Strahlungskeule, die über den Empfangsbereich bewegt wird. Man spricht bei diesen Techniken von Beamforming. Antennen sind passive HF-Komponenten, die elektromagnetische Wellen in Hochfrequenzspannung umsetzen. Werden sie mit integrierten Antennenverstärkern kombiniert, spricht man von aktiven Antennen. Die Kombination Antenne mit integriertem Antennenverstärker ist nicht zu verwechseln mit einer Antenne mit nachgeschaltetem Antennenverstärker. Der Unterschied liegt im Antennenkabel, das sich beim nachgeschalteten Antennenverstärker zwischen den beiden HF-Komponenten befindet und das HF-Signal dämpft bevor es an den Eingang des Antennenverstärkers gelangt. Außerdem kann das Antennenkabel Störungen und elektromagnetische Störfelder aufnehmen. Bei der aktiven Antenne ist der Antennen-Fußpunkt direkt mit dem Eingang des Antennenverstärkers verbunden. Der integrierte Antennenverstärker verstärkt die HF-Signale ohne dass diese vorher durch

5 Aktive Antenne als sog. Haifischflosse für Autos, Foto: yatego.com Antenne antenna Antennenspiegel für Richtfunk, Foto: Rolf Heine Hochfrequenztechnik 5 Rauschsignale oder andere Störsignale beeinträchtigt werden. Aktive Antennen zeichnen sich durch einen hohen Antennengewinn aus, sie können breitbandiger ausgelegt werden und so mehrere Frequenzbänder abdecken. Sie bieten sich nicht nur für den stationären Betrieb an, sondern werden auch als Auto-Antennen eingesetzt. Die sogenannten Haifischflossen vereinen in einem kompakten Gehäuse mehrere Antennensysteme, u.a. für UKW, digitalen Hörfunk (DAB), HDTV, Satellitenradio (SR), Verkehrsfunk, digitalen Verkehrsfunk (TMC), Mobiltelefon, WiMAX und für das GPS-System. Antennen sind Sende- oder Empfangseinrichtungen für elektromagnetische Strahlung. Sie wandeln elektromagnetische Strahlung in elektrischen Strom und umgekehrt. Die Abstrahlung einer elektromagnetischen Schwingung von einer Antenne hängt mit dem Wellenwiderstand des freien Raums zusammen, der mit 380 Ohm bei der Abstrahlfrequenz geringer ist als der Wellenwiderstand der Antenne. Die Abstrahlung erfolgt dann, wenn die Antenne mindestens ein Zehntel der Größe von der abzustrahlenden Wellenlänge hat. Antennen basieren auf dem Resonanzprinzip und werden durch einen elektronischen Schwingkreis gebildet. Das bedeutet, dass die Antenne an die Empfangsfrequenz angepasst sein muss und die Größe des Resonanzteils daher unmittelbar von der Wellenlänge bzw. einem festen Bruchteil der Wellenlänge (Lambda) abhängt. So können Antennen auf Lambda, Lambda-Halbe, Lambda-Viertel oder Lambda-Achtel abgestimmt sein. Am Beispiel eines GSM-Handys ergibt sich aus der Mittenfrequenz des GSM-Bandes von 925 MHz eine Wellenlänge von 35 cm. Daraus ergeben sich Antennenlängen von 35 cm, 17,5 cm, 8,75 cm oder bei Lambda-Achtel von 4,37 cm. Wichtige Antennen-Kenngrößen sind der Antennengewinn, die Antennenbandbreite und -impedanz, der Öffnungswinkel, das Vor-Rück-Verhältnis und die Abstrahlcharakteristik, die direkten Einfluss auf die Bauart hat. Entsprechend ihrer Richtwirkung lassen sich Antennen in direktionale und omnidirektionale Antennen einordnen. Zu den omnidirektionalen gehören die Rundstrahler und Stabantennen, zu den Richtantennen die Dipol-, Discone-, Yagi- und Parabolantennen. Omnidirektionale Antennen senden kreisförmig, sie sind in der Regel für den Einsatz in Gebäuden oder im Freien konzipiert und strahlen das Gebäude nach allen Richtungen hin aus. Die Reichweite kann dabei bis zu 600 m betragen. Sie werden in der Regel für Multipoint-Verbindungen genutzt. Richtungsbezogene Antennen, wie die Yagi-Antenne oder die Parabolantenne, werden für Punkt-zu-Punkt- Verbindungen im Außenbereich eingesetzt und können je nach Leistungsklasse mehrere Kilometer überbrücken. Sie werden für campusübergreifende Verbindungen und auch im Richtfunk eingesetzt. Von der Bauweise her unterscheidet man bei den Antennen die Stabantenne, Flachantenne, Kugelstrahler, Parabolantenne, Dipolantenne, Panel-Antenne und Yagi-Antenne. Neben den genannten Antennen gibt es noch Kombi-Antennen, die verschiedenen Antennentypen kombinieren, damit man beispielsweise im Auto nicht mehrere Antennen für Radio, GPS und Mobilfunk benötigt. Es gibt Duplex-Antennen für Radio und Mobilfunk und Triplex-Antennen, das zusätzlich das GPS-

6 System einschließt. Neben den genannten Antennen gibt es auch intelligente Antennen. Um die knappen Frequenzressourcen besser nutzen zu können und dadurch die Funkkapazität einer Funkzelle zu erhöhen, wird an intelligenten Antennenkonzepten entwickelt. Das Grundprinzip der intelligenten Antennen basiert auf der kontrollierten Abstrahlung der elektromagnetischen Wellen. Dadurch wird das zu versorgende Funkempfangsgebiet mit optimaler Feldstärke bestrahlt. Man unterscheidet verschiedene Techniken mit fixer Strahlungscharakteristik, geschalteter fixer Abstrahlung und dynamischer Abstrahlung. Antennenfaktor AF, antenna factor Antennengewinn antenna gain Antennengewinn verschiedener Antennen 6 Der Antennenfaktor (AF) ist ein Wandlungsmaß zwischen der Feldstärke an der Antenne und der Eingangsspannung eines Empfängers. Er wird durch das Verhältnis von der Feldstärke an der Antenne zu der daraus erzeugten Spannung am Antennenausgang bestimmt und charakterisiert die Empfangseigenschaften der Antenne. Bei einer logarithmischen Darstellung ergibt sich der Antennenfaktor (db/m) aus der elektrischen Feldstärke (dbv/m) dividiert durch die erzeugte Spannung (dbv). Der Antennenfaktor wird individuell für einzelne Antennentypen bestimmt und dient der Vergleichbarkeit von Antennen und deren generierten Spannungen. Da der Antennenfaktor durch Reflexionen an Gebäuden oder an Bodenerhebungen beeinträchtigt wird, ist eine Voraussetzung, dass Messungen des Antennenfaktors im Freiraum erfolgen und die Polarisation von Sende- und Empfangsantenne gleich sind. Der Antennengewinn (G) ist eine relative Größe, die sich auf eine Referenzantenne bezieht. Die Bezugsgröße ist die Empfangsfeldstärke der Antenne in Empfangsrichtung zur Empfangsfeldstärke der Referenzantenne, ebenfalls in Empfangsrichtung. Als Referenzantenne dient entweder eine so genannte isotrope Antenne oder ein Halbwellen-Dipol. Eine isotrope Antenne strahlt gleichmäßig in alle Richtungen und weist ein optimales Energiefeld auf. Der Pegel einer isotropen Antenne wird in Decibel Isotrop (dbi) angegeben, wobei 0 dbi den Bezugspegel für die Berechnung des Antennengewinns bildet. Die dbi-referenztechnik wird vorwiegend bei Mikrowellen benutzt, in anderen Frequenzbereichen dient als Referenz der Halbwellen-Dipol, und als Referenzpegel Decibel Dipol (dbd). Das logarithmische Verhältnis der Feldstärken von gemessener Antenne zur Referenzantenne ist der Antennengewinn, angegeben in Dezibel (db). Ist die gemessene Feldstärke einer Yagi-Antenne beispielsweise 100 fach größer als die der isotropen Antenne, dann beträgt der Antennengewinn 20 db. Generell ist der Antennengewinn von der Abstrahlcharakteristik der Antenne abhängig. Bei Parabolantennen steigt der Antennengewinn mit der Größe des Parabolspiegels.

7 Antennenkabel antenna cable Antennenkabel mit doppelter Folienund Geflechtschirmung von ViaBlue Antennenstecker antenna connector Antennenstecker nach IEC Antennenkabel sind Koaxialkabel, die die Antenne mit dem Antennenverstärker oder direkt mit dem Empfangsgerät, der Settop-Box, dem Receiver oder dem Tuner verbinden. Antennenkabel werden in Haus- und Gemeinschaftsantennenanlagen eingesetzt und müssen die gesamten Empfangsfrequenzbereiche für Rundfunk und Fernsehen übertragen. Diese reichen über den UKW-Rundfunk und die verschiedenen Frequenzbänder für den VHF- und UHF-Bereich bis zu 862 MHz. Außerdem muss der Frequenzbereich für den Satellitenempfang berücksichtigt werden, und der reicht bis 2,15 GHz. Das bedeutet, dass Antennenkabel für den Frequenzbereich bis 3 GHz ausgelegt sein müssen. Da die Entfernungen zwischen Antenne oder LNB-Converter und Empfangseinrichtung durchaus zwischen 10 m und 100 m betragen kann, ist eine geringe Dämpfung eine Voraussetzung für Antennenkabel. Als weitere Forderungen muss die Impedanz des Antennenkabels an den Fußpunktwiderstand der Antenne angepasst sein und das Antennenkabel darf möglichst keine Fremdsignale aufnehmen. Was die Dämpfung betrifft, so wird diese durch dickere Hochfrequenzkabel mit versilbertem Innenleiter und versilberter Schirmung möglichst gering gehalten. Daher haben gute Sat- und Antennenkabel Dämpfungswerte von etwa 12 db/100 m bis 17 db/100 m bei 450 MHz und 30 db/100 m bis 40 db/100 bei 2 GHz. Was die Impedanz anbetrifft so ist diese meistens 75 Ohm und damit an die Fußpunktimpedanz einer Dipolantenne angepasst, und bei der Schirmung setzt man auf Mehrfachschirmungen mit Folien- und Geflechtschirmung, in manchen Antennenkabeln auch in mehrlagiger Ausführung: Folie-Geflecht-Folie- Geflecht. Dies trägt erheblich zur Schirmdämpfung bei. So haben gute Antennenkabel bis 2 GHz ein Schirmungsmaß von 120 db und sind gleichermaßen für analoges Fernsehen und Digital-TV geeignet. Antennenstecker sind HF-Stecker für Antennenkabel, Antennenanlagen und Satelliten-Antennenanlagen. Der klassische Antennenstecker ist der IEC-Stecker nach IEC Der IEC-Steckverbinder besteht aus einem koaxial aufgebautem Stecker und einer Buchse, die überlappend ineinander gesteckt werden. Dadurch hat der IEC-Stecker eine relativ gute HF-Dichtigkeit. Der IEC-Antennenstecker ist geeignet für Kabelfernsehen, DVB-T, analoges Fernsehen, UKW-Rundfunk uvm. Für Satelliten-Antennenanlagen wird nicht der IEC-Stecker eingesetzt, sondern der F-Stecker. Er benutzt die Kabelader als Stecker-Innenleiter, wodurch die Dämpfung

8 im einige Dezibel reduziert wird. Außerdem hat er einen Schraubverschluss, der für eine hohe HF-Dichtigkeit sorgt. In der Mikrowellentechnik werden ja nach Frequenz- und Kabelanforderung als Antennenstecker die verschiedensten SMA- und SMB-Stecker benutzt. Antennenverstärker antenna amplifier Antennenverstärker für UHF, VHF und AM/FM, Foto: Kathrein Inline-Antennenverstärker für den Frequenzbereich von 30 MHz bis 950 GHz, Foto: Hama Beamforming 8 Antennenverstärker sind breitbandige HF-Verstärker, die mehrere Frequenzbereiche oder sogar mehrere Frequenzbänder abdecken. Das bedeutet, dass Antennenverstärker durchaus den UKW-Bereich, den VHFund UHF-Bereich und sogar das vom LNB-Converter kommende Signal gemeinsam verstärken können. Es gibt schmalbandigere Ausführungen, die ein bestimmtes Frequenzbandoder einen bestimmten Frequenzbereich verstärken. Antennenverstärker werden in Antennennähe installiert und verstärken die von der Antenne kommenden HF-Signale, die dann über das Antennenkabel zur Settop-Box, zum Receiver oder Tuner übertragen werden. Dadurch, dass die Antenennverstärker in Antennennähe liegen wird das Signal bereits im Empfangspegel angehoben, bevor es auf das Antennenkabel gelegt wird. Da es auf diesem gedämpft wird und zudem HF-Störungen aufnehmen kann. Die Verstärkung von Antennenverstärkern ist fest oder in Stufen einstellbar. Sie kann zwischen 10 db und über 30 db liegen. Die Versorgung kann über die Netzspannung erfolgen, aber auch über das Antennenkabel. Entsprechende Antennenverstärker werden als Inline-Antennenverstärker bezeichnet. Eingangsseitig können Antennenverstärker Eingänge für AM/FM, UKW, den VHF- und den UHF-Bereich und für LNB-Converter haben. Ausgangsseitig können die Geräte einen oder mehrere Ausgänge für Einbenutzer-Antennenanlagen aber auch für Mehrbenutzer- oder Gemeinschaftsantennenanlagen haben. Die Eingangsimpedanz der Antennenverstärker ist an die Kabelimpedanz des Antennenkabels angepasst, gleiches gilt für die Ausgangsimpedanz. Antennenverstärker sollten ein geringes Rauschen haben, eine hohe Empfindlichkeit und Linearität. Letztere ist besonders wichtig zur Vermeidung von Intermodulationen. Beamforming ist eine von mehreren intelligenten Antennentechnologien zur Erhöhung der empfangsseitigen Feldstärke. Weitere sind MIMO, Spatial Multiplexing (SM) und Maximum Ratio Combining (MRC). Beim Beamforming werden mehrere dicht beieinander angebrachte unidirektionale Antennen so mit HF- Signalen belegt, dass die Antennen-Arrays eine direktionale Abstrahlcharakteristik nachbilden. Die

9 Abstrahlcharakteristik eines solchen Antennen-Arrays kann elektronisch geändert werden und zwar durch Änderung der Signalpegel und -phasenlagen. Die simulierte Abstrahlcharakteristik kann anwendungsspezifische Formen nachbilden. So kann für stationäre Anwendungen eine stark gebündelte Abstrahlkeule nachgebildet werden und für Mobilanwendungen eine breitere Abstrahlcharakteristik. Auch die Strahlungsleistung EIRP kann den Anwendungen entsprechend angepasst werden. Wird ein solches Antennen-Array als Empfangsantenne geschaltet, kann sie so geformt werden, dass das empfangene Signal verstärkt und Interferenzen unterdrückt werden. Das Beamforming-Verfahren bedingt ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) in Richtung der Empfangsantennen und eignet sich am besten für Sichtverbindungen (LOS). Bikonische Antenne biconical antenna Bikonische Antenne, Foto: schwarzbeck.com Corner-Reflektor coner reflector 9 Antennen mit konisch angeordneten Antennenelementen wurden bereits in den Anfangsjahren der Funktechnik entwickelt und eingesetzt. Die Weiterentwicklung der konischen zu bikonischen Antennen führte später zu der Discone-Antenne, bei der eine konische Antenne unverändert existent ist, die andere auf eine Strahlungsebene reduziert wurde. Eine bikonische Antenne besteht aus zwei konischen Antennen, die die gleiche Größe und den gleichen Konus haben, aber in entgegengesetzter Richtung auf der gleichen Achse angebracht sind. Sie bestehen aus sechs oder acht Antennenelementen, die am Ende in der Antennenachse zusammengefügt sind. Diese Zusammenfassung der Antenennelemente wird als Antennenhut bezeichnet, hat aber nur einen geringfügigen Einfluss auf die Antenneneigenschaften. Bei der bikonischen Antenne ist die Antennenimpedanz eine Funktion des konischen Winkels, in dem die Antennenelemente angebracht sind. Bei einem bestimmten Konuswinkel ändert sich die Antennenimpedanz nur geringfügig über einen großen Frequenzbereich. Die Abstrahlcharakteristik entspricht einer acht. Die relativ konstante Antennenimpedanz und die stabile Abstrahlcharakteristik der bikonischen Antenne sind ideale Eigenschaften für breitbandige Übertragungen. Solche Antennen werden vorzugsweise für Messungen der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) eingesetzt und decken den Frequenzbereich zwischen 60 MHz und 200 MHz ab. Unterhalb von 60 MHz verschlechtert sich das Stehwellenverhältnis. Ein Corner-Reflektor oder Winkel-Reflektor ist ein Antenennreflektor, der elektromagnetische Wellen so reflektiert, dass die reflektierten Wellen immer in der gleichen Richtung den Reflektor verlassen, in der sie auf diesen getroffen sind. Die elektromagnetischen Wellen werden also in Richtung ihres Ursprungsortes

10 Reflexion an einem Corner-Reflektor db, decibel Dezibel 10 reflektiert. Sie dienen als Radarziele oder Markierungspunkte. Corner-Reflektoren bestehen aus drei im rechten Winkel aufeinander angebrachten Reflexionsflächen bestehen, bei vertikal oder horizontal polarisierten Wellen reichen auch zwei im rechten Winkel zueinander stehenden Reflexionsflächen. Vom Prinzip her werden die einfallenden elektromagnetischen Wellen an der Reflexionsfläche auf die sie treffen, und zwar werden sie in dem Winkle reflektiert, der dem einfallenden Winkel entspricht. Das Gleiche geschieht an der zweiten Reflexionsfläche. Die Summe aller Reflexionswinkel ist damit immer 180 Grad, was bedeutet, dass die Wellen den Reflektor in der gleichen Richtung verlassen, in dem sie auf ihn getroffen sind. Dezibel (db) ist das logarithmierte Verhältnis zweier elektrischer Größen (Spannung, Strom, Leistung). Das Bel wurde nach dem schottischen Erfinder Alexander Graham Bell ( ) benannt, der auch das Telefon erfunden hat. Die Einheit Bel entspricht der Signaldämpfung in einem Telefondraht auf einer Länge von einer Meile. Ursprünglich wurde diese dimensionslose Einheit zum Vergleich der Leistungen am Ein- und Ausgang eines Übertragungsmediums benutzt. Das Dezibel ist ein Zehntel Bel; wobei die Grundeinheit Bel nicht benutzt wird. Das Dezibel kann relativ und auch absolut sein. Als relatives Verhältnis bezieht es sich auf Spannungen und Leistungen. Bei Spannungen ist es der 20-fache Logarithmus des Spannungsverhältnisses zwischen Ausgangs- zu Eingangsspannung, relative db-leistungswerte errechnen sich über den 10-fachen Logarithmus der Leistungsverhältnisse zwischen Ausgangs- zu Eingangsleistung. Der Vorteil dieser logarithmischen Darstellung liegt darin, dass sich Zehnerpotenzen relativ einfach darstellen lassen und bei Berechnungen lediglich addiert oder subtrahiert werden müssen. So entspricht beispielsweise ein Spannungsverhältnis von 1:10 einem db-wert von 20 db, ein Verhältnis von 1:100 einem db-wert von

11 Leistungsverhältnisse in db dbd, decibel dipol dbi, decibel isotrop Bestimmung der Richtwirkung einer Antenne in dbi db. Ein Leistungsverhältnis von 1:10 entspricht einem db-wert von 10 db, eines von 1:100 einem db-wert von 20 db. Eine Leistungserhöhung von 3 db entspricht einer Verdoppelung der Leistung; eine Leistungsverringerung (Dämpfung) von -3 db einer Leistungshalbierung. Um einen absoluten Leistungswert ermitteln zu können, wurde ein Referenzwert festgelegt und dieser mit dbm bezeichnet. 0 dbm entsprechen einer effektiven Leistung von 1 mw an 600 Ohm. Da in der Nachrichten- und Kommunikationstechnik Schwingungsweiten (Amplituden), also Spannungen eher eine Rolle spielen, wird das Dämpfungsmaß definiert als das logarithmische Verhältnis der Eingangs- zur Ausgangsspannung. Ein Unterschied von 6 db zwischen Eingang und Ausgang entspricht einem Amplitudenabfall auf die Hälfte, 20 db auf ein Zehntel. Damit auch der absolute Spannungswert ermittelt werden kann, wurden zwei Referenzwerte festgelegt: das dbv und das dbu. Ersteres bezieht sich auf eine effektive Spannung von 1 V, letzteres auf 0,7746 V an 600 Ohm, entsprechend 1 mw. Der große Vorteil der db-rechnung liegt darin, dass bei mehreren hintereinander geschalteten Strecken oder Vierpolen die db-werte für die Dämpfungen und Verstärkungen einfach nur addiert oder subtrahiert werden müssen. Beim Antennengewinn ist die Referenzantenne normalerweise eine isotrope Antenne, die in alle Richtungen die gleiche HF-Energie abstrahlt. Angegeben wird der Antennengewinn für die isotrope Antenne in dbi (isotrop). Man kann aber als Referenzantenne auch eine Dipolantenne benutzen, die einen höheren Antennengewinn hat als eine isotrope Antenne. Nimmt man den Dipol als Referenzantenne, dann wird der Antennengewinn in Decibel Dipol (dbd) angegeben und die Werte anderer Antennen auf den dbd-wert bezogen. Der dbd-wert ist um 2,15 db höher als der dbi-wert. Hat also beispielsweise eine Antenne einen Antennengewinn von 3 dbd, dann entspricht dies 5,15 dbi. In der Antennentechnik wird die Abstrahlleistung der Antenne in Dezibel isotrop (dbi) angegeben. Der Referenzwert von 0 dbi bezieht sich auf den Antennengewinn eines idealen Kugelstrahlers, der die HF-Strahlung isotrop aus allen Richtungen empfängt oder sendet. Die Richtwirkung einer Antenne ergibt sich aus dem Verhältnis der maximalen Leistungsdichte zu dem Mittelwert der

12 Leistungsdichte einer isotropen, omnidirektional strahlenden Antenne. Da in WLANs und anderen Funktechniken keine Kugelstrahler verwendet werden, sondern beispielsweise Yagi-Antennen, Parabol- oder Dipolantennen, liegt deren dbi-wert weit über dem des Rundstrahlers. So haben Dipole etwa 2,5 dbi Antennengewinn, mit Yagi- oder Parabolantennen lassen sich Antennengewinne von 20 dbi und mehr realisieren. Das bedeutet, dass die empfangene Strahlung oder gesendete 100 fach stärker ist als die des Kugelstrahlers. Der dbi-wert wird in Datenblätter als Antenenngewinn-Wert angegeben. dbm, decibel mw Dezibel Milliwatt Umrechnungstabelle von dbm in mw Dezibel Milliwatt (dbm) ist der Leistungspegel in Dezibel, bezogen auf 1mW. In optischen Systemen wird ein dbm als Referenz für die absolute optische Leistung von 1 mw genutzt, ausgedrückt in dbm. 0 dbm entspricht einer Leistung von 1 mw, größere Leistungswerte haben positive, kleinere negative dbm- Werte. So entsprechen 10 dbm 10 mw, 20 dbm 100 mw und 30 dbm mw beziehungsweise 1 W. Negative dbm-werte sind Leistungswerten zugeordnet, die kleiner sind als 1 mw. So entsprechen 100 µw -10 dbm, 10 µw -20 dbm und 1 µw -30 dbm. Als Faustformel kann festgehalten werden, dass 30 db einem fachen Leistungsanstieg entsprechen, 20 db einem hundertfachen, 10 db dem zehnfachen und 3 db dem doppelten. -3 db entsprechen einer Leistungsreduzierung um 50 %, 10 db einer um 90 % und -20 db einer um 99 %. Mit Hilfe der dbm-werte können auf einfachste Weise Leistungen und Dämpfungsbudgets in Übertragungs- und LwL-Systemen ermittelt werden. So entspricht die Leistung von 1 Mikrowatt (µw) -30 dbm, von 1 Nanowatt (nw) -60 dbm und einem PicoWatt (pw) -90 dbm. Dipolantenne dipole antenna Runddipol für den UKW-Empfang 12 Die Dipolantenne ist eine Sende- oder Empfangsantenne für terrestrische HF- Signale. Sie ist als abgeflachtes Rechteck ausgeführt und bildet einen offenen Schwingkreis, der auf die Empfangsfrequenz abgestimmt ist. Die einfache Dipolantenne besteht aus einem gestreckten Leitungsstück mit definierter Länge, das in der Mitte, wo sich die Anschlüsse befinden, geteilt ist. Die Länge des Dipols entspricht der halben Wellenlänge Lambda/2. Neben dieser Bauform gibt es

13 Bauformen von Dipolen: Gestreckte Dipole, Schleifendipol und Doppelschleifendipol Discone-Antenne discone antenna Discone-Antenne, Foto: 2dehands.nl 13 noch den Schleifendipol, bei dem die Enden des gestreckten Dipols miteinander verbunden sind. Der Schleifen- oder Faltdipol weist etwa den vierfachen Strahlungswiderstand des einfachen, gestreckten Dipols auf und liegt bei etwa 240 Ohm bis 280 Ohm. Weitere Bauformen des offenen Dipols sind die in einem bestimmten Winkel gespreizten Leitungsstücke. Diese Dipole heißen wegen der V- ähnlichen Winkelung Inverted Vee und können mit 90 und 120 Spreizwinkel gewinkelt sein. Darüber hinaus sind noch der Doppelschleifendipol zu nennen, dessen Strahlungswiderstand zwischen 500 Ohm und 2 kohm liegt, und der Runddipol. Die Empfangs- und Abstrahlcharakteristik liegt senkrecht zur Dipolebene. Wichtige Parameter sind die Fußpunktimpedanz und der Antennengewinn, der bei 1,6 liegt. Die Bandbreite des Dipols wird durch das Verhältnis von Länge zu Durchmesser bestimmt. Neben der Flachbauweise, die in Yagi-Antennen eingesetzt wird, gibt es den Runddipol, der eine gleichmäßige Empfangscharakteristik in alle Richtungen hat. Runddipole oder Ringdipole werden vorwiegend für den Empfang von UKW-Rundfunk eingesetzt, da der Runddipol UKW-Sender aus alle möglichen Richtungen empfangen muss. Der Frequenzbereich für den UKW-Rundfunk liegt zwischen 87,5 MHz und 108 MHz, das bedeutet, dass der Runddipol, abgestimmt auf die mittlere Wellenlänge von 100 MHz einen Durchmesser von etwa 50 cm haben muss. Eine Discone-Antenne ist ein Rundstrahler, entstanden aus bikonischen Antenne. Bei dieser Antenne existiert nur eine sichtbare konische Antenne, die andere ist auf eine Ebene reduziert. Beide Antennen, die konische und die auf die Ebene reduzierte, bestehen aus sechs oder acht Antennenelementen. Die Discone-Antenne arbeitet wie ein Rundstrahler der die Wellen stark bündelt. Der omnidirektionale Ausleuchtungskegel ist sehr flach, die Polarisation verläuft in vertikaler Richtung. Der Antennengewinn von Discone-Antennen liegt bei 3 dbi bis 4 dbi. Das Stehwellenverhältnis ist frequenzabhängig und liegt bei ca. 1:1,3, die Fußpunktimpedanz beträgt 50 Ohm. Dieser

14 ändert sich nur geringfügig über einen großen Frequenzbereich. Discone-Antennen sind äußerst breitbandig, sie werden im VHF- und UHF-Band zwischen 20 MHz und 1,3 GHz eingesetzt. In der Praxis werden Discone-Antennen fast nur mit Top-Strahlern ausgestattet, durch den senderseitig bessere Werte erzielt werden. Dual-LNB dual LNB Dualband-LNB dual band LNB Einkabelsystem scd, single cable distribution 14 Bei einem Dual-LNB handelt es sich um einen Low Noise Blockconverter (LNB) mit zwei Ausgängen für die horizontale und vertikale Polarisationsebene. Die beiden Polarisationsebenen werden mit der dafür vorgesehenen 14/18-V-Steuerspannung selektiert, getrennt gemischt und stehen auf den beiden separaten Ausgängen zur Verfügung. Darüber hinaus können mit dem 22-kHz-Steuersignal, die Empfangsfrequenzbereich zwischen dem unteren (Low) und dem oberen (High) Frequenzband umgeschaltet werden. Die Transponder von Satelliten senden auf mehreren Kanälen analoges Fernsehen und Digital-TV. Für das analoge Fernsehen sind die Frequenzen von 10,7 GHz bis 11,7 GHz und für Digital-TV die Frequenzen von 11,7 GHz und 12,75 GHz reserviert. Normale LNBs eignen sich nur für das Low-Band, den unteren Frequenzbereich; Universal-LNBs oder Dualband-LNBs decken hingegen beide Frequenzbereiche ab. Solche LNBs werden auch als digitaltauglich bezeichnet. Wobei sich die Aussage digital auf den Empfangsbereich für das Digital-TV bezieht. In Antennenanlagen gibt es zwei technische Konzepte mit denen mehrere Teilnehmer über ein einziges Antennenkabel gleichzeitig verschiedene Fernseh- und Rundfunkprogramme empfangen können: Das Einkabelsystem und das Unicable. Beide Antennenanlagenkonzepte berücksichtigen einen unproblematischen Umstieg bei neuen Empfangseinrichtungen wie einer Satellitenschüssel. Das Einkabelsystem teilt den gesamten Frequenzbereich des Antennenkabels in einzelne Frequenzbereiche, die den verschiedenen Broadcastdiensten zugeordnet werden. Das Unicable-Konzept ist dagegen für den Satellitenempfang konzipiert und arbeitet mit speziellen LNB-Convertern. Bei dem in Einkabelsystemen eingesetzten Koaxialkabel handelt es sich um ein breitbandiges Hochfrequenzkabel, über das alle Broadcastdienste übertragen werden können. Die Einspeisung der Broadcastdienste in das Einkabelsystem erfolgt dabei direkt, ohne Frequenzumsetzung. Das bedeutet, dass UKW-Rundfunk, analoges terrestrisches Fernsehen, terrestrisches Digital-TV (DVB-T), Digital-TV aus Kabelverteilnetzen (DVB-C) und satellitengestütztes Digital-TV (DVB-S) in verschiedenen Frequenzbändern über das Koaxialkabel übertragen werden. Das ist direkt möglich, da den verschiedenen Broadcastdiensten unterschiedliche Übertragungsfrequenzen zugeordnet sind. Eine Voraussetzung ist allerdings, dass das Hochfrequenzkabel alle Frequenzbereiche bis hin zu 2,250 GHz übertragen kann. Weil das der Frequenzbereich für DVB-S ist, der als Zwischenfrequenz im LNB-Converter erzeugt wird. Nach diesem Schema wird UKW-Rundfunk, das den Frequenzbereich zwischen 88 MHz und 108 MHz belegt, direkt eingespeist. Auch das für das Kabelfernsehen reservierte Frequenzband zwischen 105 MHz und 465 MHz und das im UHF-Band übertragene terrestrische Fernsehen und Digital-TV kann direkt einespeist werden und belegt den Frequenzbereich zwischen 470 MHz und 855 MHz.

15 EIRP, equivalent isotropically radiated power ERP, equivalent radiated power Effektive, isotrope Strahlungsleistung EIRP 15 Die Equivalent Isotropically Radiated Power (EIRP) ist ein Gütemaß für die Strahlungsleistung von Antennen, das die Parameter Sendeleistung und Antennengewinn umfasst. Die EIRP ist ein theoretischer Wert, der sich auf eine isotrope Antenne, eine punktförmige Strahlungsquelle, bezieht. Sie errechnet sich aus dem Verhältnis der Antennenleistung zu der Leistung einer theoretischen, isotropen Antenne und wird in Watt (W) oder dbw angegeben. Die isotrope Strahlungsleistung gibt an, welche Leistung man in eine isotrope Antenne einspeisen müsste, um ein Feld zu erzeugen, das dieselbe Leistungsdichte in dbi aufweist wie eine Richtantenne in ihrer Hauptstrahlrichtung. Der EIRP-Wert addiert sich aus der Sendeleistung in dbm und dem Antennengewinn in dbi. Beträgt die Sendeleistung beispielsweise 10 dbm und der Antennengewinn 8 dbi, dann ist die EIRP 18 dbm. Im Unterschied zur EIRP bezieht sich die äquivalente Strahlungsleistung (ERP) auf einen Halbwellendipol. Beide Werte stehen in direktem Bezug zueinander: ERP = EIRP x 1,64. Weitere, die Leistung beeinflussende Parameter sind der Antennengewinn, das G/T, das Verhältnis der Verstärkung zur Rauschtemperatur und die Intermodulationsprodukte. Die EIRP wird für Sende- und Antenneneinrichtungen in Satelliten- und Mobilfunknetzen angegeben, ebenso wie für Access Points und Antennen von WLANs. Es ist die Sendeleistung, die gesetzlich vorgeschrieben ist. Bei Transpondern ist EIRP ein wichtiger Kennwert, da dieser Wert entscheidend dafür ist, mit welcher Feldstärke das Downlink-Signal des Transponders bei der Bodenstation ankommt. So liegt beispielsweise der EIRP-Wert bei Eutelsat bei etwa 50 dbw. Die Satellitenbetreiber stellen für die Ausleuchtzonen EIRP- Karten für den Empfang der Satellitensignale zur Verfügung. Die äquivalente Strahlungsleistung (ERP) ist ein in der praktischen Antennentechnik benutzter Wert, der sich auf einen Lambda-Halbe-Dipol bezieht und die von der Antenne abgestrahlte Hochfrequenzleistung angibt. Diese Abstrahlleistung setzt sich zusammen aus der Ausgangsleistung des Senders, die in die Antenne eingespeist wird, dem Stehwellenverhältnis und dem Antennengewinn. Somit ist die Strahlungsleistung um den Antennengewinn höher als die zugeführte Sendeleistung. Die abgestrahlte Leistung ist immer kleiner als die vom Sender zugeführte HF- Wirkleistung. Im Gegensatz dazu steht der theoretische Wert der äquivalenten isotropen Strahlungsleistung, EIRP, der sich auf einen punktförmigen Strahler mit kugelförmiger Abstrahlcharakteristik bezieht. Beim Lambda-Halbe-Dipol liegen die Feldstärkemaxima senkrecht zur Dipolebene, dagegen strahlt die isotrope

16 Antenne mit gleicher Feldstärke in alle Richtungen. Werden in beide Antennen die gleichen Hochfrequenzleistungen eingespeist, so hat der Halbwellendipol in den Hauptabstrahlrichtungen höhere Feldstärken als der isotrope Strahler. Zwischen beiden Werten besteht ein direkter Zusammenhang: Die Strahlungsleistung eines Halbwellendipols, ERP, ist um Faktor 1,64 höher als die Equivalent Isotropic Radiated Power (EIRP) des Rundstrahlers: ERP = EIRP x 1,64. Dieser Wert von 2,15 db entspricht dem Unterschied in der Strahlungsleistung zwischen beiden Antennentypen. Der ERP-Wert des Halbwellendipols bildet die Referenz für den Vergleich mit anderen Antennen. Feedhorn feedhorn Feedhorn mit der Befestigungsebene für den LNB Feldstärke F, field strength Flachantenne flat antenna Gemeinschaftsantenne, GA common antenna Das Feedhorn ist ein mechanischer Arm einer Parabolantenne, der den Antennendipol und den Low Noise Converter (LNC/LNB) im Brennpunkt der Parabolantenne fixiert. Das Feedhorn ist hinter dem Parabolspiegel befestigt und so geformt, dass der Antennendipol im Brennpunkt liegt. Die Feldstärke (F) ist die Leistungsdichte einer elektromagnetischen Welle, in der sich die Energien der magnetischen und elektrischen Feldstärke summieren. Das Maß für die elektrische Feldstärke ist das Verhältnis der Spannung zur Längeneinheit: Volt/ Meter, mv/m oder µv/m. Eine elektromagnetische Welle hat dann eine elektrische Feldstärke von 1 V/m, wenn sie eine Spannung von einem Volt in einer Antenne mit der effektiven Länge von einem Meter erzeugt. In der Satellitentechnik wird als Maßeinheit das Equivalent Isotropically Radiated Power (EIRP) benutzt. Die magnetische Feldstärke bezieht sich im Gegensatz zur elektrischen auf das Verhältnis des Stroms zur Längeneinheit: Ampere/Meter (A/m), Milli-Ampere/Meter (ma/m), Mikro-Ampere/Meter (µa/m) oder Nano- Ampere/Meter (na/m) oder Nano-Ampere/Zentimeter (na/cm). Eine ältere Einheit ist das Oersted (Oe), das aus der Einheit A/m abgeleitet werden kann: 1 Oersted entspricht 79,6 A/m. Die Einheit Oersted ist nach dem dänischen Physiker Hans Cristian Oersted (1777 bis 1851) benannt. Bei isotroper Abstrahlung nimmt die Feldstärke einer elektromagnetischen Welle mit dem Quadrat der Entfernung vom Sender ab. Flachantennen oder Planarantennen sind vergleichbar mit kleinen Antennen-Arrays. Sie bestehen aus mehreren Antennen, die untereinander verbunden sind und gemeinsam für einen höheren Antennengewinn sorgen. Flachantenne können in gedruckter Schaltung ausgeführt sein. Unter einer Gemeinschaftsantenne versteht man eine Antennenanlage an die einige hundert Haushalte angeschlossen sind. Solche Gemeinschaftsantennenanlagen werden in Wohnblöcken, Krankenhäusern oder Hotels eingesetzt. Noch größere Antennenanlagen bezeichnet man mit Großgemeinschaftsantennenanlagen (GGA). 16

17 Gemeinschaftsantennenanlage MATV, master antenna television Großgemeinschaftsantennenanlage, GGA Impedanz Z, impedance Bestimmung der Impedanz aus dem Wirkwiderstand und dem imaginären Blindwiderstand 17 Gemeinschaftsantennenanlagen (MATV) sind Mini-Breitbandkabelsysteme über die TV-Kanäle in Wohnanlagen, Krankenhäuser, Universitäten und Institute übertragen werden. Bei diesen Anlagen benutzt man in der Regel eine Antenne für jeden Frequenzbereich: also eine für den VHF-Bereich, eine für UHF, eine für den Lang-, Mittel- und Kurzwellen-Rundfunkbereich und eine oder mehrere Parabolantennen für den Satellitenempfang. Die diversen Antennensignale werden über Antennenweichen zusammengeführt, verstärkt und über die Stammleitungs- oder Stichleitungsverteiler und über die Stamm- oder Stichleitungen an die Antennensteckdosen in den einzelnen Räume geführt, wo sie mit 75 Ohm abgeschlossen sind. Großgemeinschaftsantennenanlagen (GGA) sind solche die mehrere hundert Haushalte oder Teilnehmeranschlüsse versorgen. Die etwas kleineren Gemeinschaftsantennenanlagen (GA) versorgen bis zu ein paar hundert Haushalte. Großgemeinschaftsantennenanlagen speisen terrestrische, kabelgebunde oder satellitengestützte Sender für Hörfunk und Fernsehen in ihre Antennenanlgen ein. Sie können auch Pay-TV und andere kostenpflichtige Broadcastdienste einspeisen. Die Impedanz (Z) ist der Scheinwiderstand eines Zwei- oder Vierpols. Dieser setzt sich zusammen aus dem ohmschen Widerstand (R) und der Reaktanz (X), dem Blindwiderstand. Dabei handelt es sich um die frequenzabhängigen Widerstände der Induktivitäten und Kapazitäten. Generell ist die Impedanz Z eine komplexe, frequenzabhängige Größe, die aus einem realen und einem imaginären (j) Widerstand besteht und durch ihren Betrag Z und ihren Winkel Phi eindeutig bestimmt ist. Der Betrag errechnet sich nach Pythagoras aus der Wurzel der Summe der Quadrate der realen und der imaginären Anteile. Der Winkel Phi über den Tangens. Bei Kabeln ist die Impedanz unabhängig von der Kabellänge und wird über die Quadratwurzel aus dem Verhältnis der Induktivität zur Kapazität errechnet. Beide Größen werden durch die Konstruktion des Kabels, durch die Maße von Innenleiter, Außenleiter, Dielektrikum und Schirmung, bestimmt. Die Induktivität ist direkt abhängig von der Dicke des Innenleiters, ein dickerer Innenleiter sorgt für eine geringere Induktivität, ein dünnerer für eine höhere. Die Kapazität ist vom Dielektrikum abhängig. Ein Dielektrikum mit einer höheren Dielektrizitätskonstante verursacht eine Erhöhung der Kapazität, eine kleinere Dielektrizitätskonstante hat eine geringere Kabelkapazität zur Folge. Die Impedanz wird in Ohm angegeben und ist bei Kabeln über weite Frequenzbereiche frequenzunabhängig. Mit steigenden

18 Frequenzen wird die Impedanz zunehmend vom Leiterwiderstand bestimmt, bei dem sich der Skineffekt auswirkt. Bei aktiven Vierpolen (Verstärker, Repeater etc.) wird die Impedanz durch entwicklungstechnische Maßnahmen in der Eingangsschaltung festgelegt. Der Kehrwert der Impedanz ist die Admittanz. Isotrop isotropic Keramik-Antenne ceramic antenna Keramik-Antenne für Ultra- Breitband (UWB), Foto: Taiyo Yuden LHCP, left hand circular polarisation LNB, low noise blockconverter LNB-Converter 18 Unter isotrop sind Materialeigenschaften wie Dichte, elektrische Leitfähigkeit, magnetische Permeabilität oder deren Brechung zu verstehen, die richtungsunabhängig sind und die sich weder mit der Richtung noch der Entfernung ändern. Bedingt durch diese Eigenschaften breiten sich elektrische, magnetische oder elektromagnetische Felder in alle Richtungen gleichmäßig aus. Die Bezeichnung isotrop wird bei Antennen und Lautsprechern verwendet. Eine isotrope Antenne ist ein theoretisches Antennenmodell, vergleichbar einem Rundstrahler. Ein solches Antennenmodell ist eine Referenzantenne, die gleichmäßig in alle Richtungen strahlt und ein optimales Energiefeld aufweist. Der Pegel einer isotropen Antenne wird in Dezibel isotrop (dbi) angegeben, wobei 0 dbi den Bezugspegel für die Berechnung des Antennengewinns bildet. Im Gegensatz zur isotropen Ausbreitung steht die richtungsabhängige, die anisotrope Ausbreitung. Der Trend zur Verkleinerung und Kostenersparnis ist in den Geräten der Mobilkommunikation besonders ausgeprägt. Keramik-Antennen erfüllen diese Ansprüche im Mikrowellenbereich bei Bluetooth, WLANs, UMTS oder GSM. Sie eignen sich wegen ihrer Kostenvorteile für den Einsatz in vielen funktechnischen Mobilgeräten, in Handys, PCMCIA-Karten, Laptops oder Handhelds. Von der Größe her sind Keramik-Antennen nicht einmal 2 mm dick und haben Seitenlängen von ca. 15 mm x 8 mm. Sie haben geringe dielektrische Verluste und können breitbandig ausgelegt sein. Elektromagnetische Wellen breiten sich im Raum unipolarisiert aus, sie haben keine festgelegte Schwingungsebene. Erst durch Polarisation wird eine bestimmte Schwingungsebene festgelegt. Diese kann horizontal, vertikal oder in anderer Richtung ausgelegt sein. Man kann die Polarisation aber auch so beeinflussen, dass die Wellenausbreitung im Raum kreisförmig erfolgt. Man spricht in diesem Zusammenhang von Zirkularpolarisation. Je nachdem, ob sich die elektromagnetische Welle von der Antenne aus betrachtet, im Uhrzeigersinn dreht oder gegen den Uhrzeigersinn, spricht man von Right Hand Circular Polarisation (RHCP) oder von Left Hand Circular Polarisation (LHCP). Die Zirkularpolarisation wird von Antennen realisiert, deren Antennenelemente rechtwinklig zueinander stehen und die zudem zwei um 90 phasenverschobene Sendesignale abstrahlen. Ein Low Noise Blockconverter (LNB) ist ein rauscharmer Konverter, der die Antennensignale von Parabolantennen verstärkt und frequenzmäßig umsetzt. Da die Satellitendienste im Mikrowellenbereich

19 Parabolantenne mit zwei LNBs, Foto: Kathrein Steuersignale für LNB/LNC-Converter LNC, low noise converter LNC-Converter 19 zwischen 10,7 GHz und 12,75 GHz übertragen werden, müssen die LNB-Konverter auf dieses Fequenzband abgestimmt sein und die Mikrowellen in tiefere Frequenzen konvertieren, damit sie über Hochfrequenzkabel übertragen und im Receiver empfangen werden können. LNBs arbeiten mit Hochfrequenztransistoren HEMT und erreichen Verstärkungen von 50 db bis 60 db. Dabei werden im LNB die Empfangsfrequenzen mit der Lokaloszillatorfrequenz (LOF) gemischt und das untere Seitenband als Zwischenfrequenz (ZF), dem IF-Band, ausgefiltert. Die Zwischenfrequenzen liegen im F-Band zwischen 950 MHz und 2,150 GHz. Diese Frequenzen werden dem Receiver zugeführt, der daraus die einzelnen Satellitenkanäle selektiert. Das vom LNB zum Receiver übertragene Signal wird als ZF- Signal oder Sat-Signal bezeichnet. Der LNB ist als Singleband-LNB für ein Frequenzband ausgelegt, er kann aber auch mehrere Frequenzbänder in vertikaler und horizontaler Polarisationsebene empfangen. Diese LNBs eignen sich für Gemeinschaftsantennenanlagen. Die Umschaltung der empfangenen Polarisationsebene erfolgt mittels zweier Gleichspannung von 14/18 Volt, die Umschaltung zwischen dem Low-Band für analoges Fernsehen und High-Band für Digital-TV mit dem 22-kHz-Steuersignal. Für den gleichzeitigen Empfang von mehreren Satelliten mit einer einzigen Parabolantenne, gibt es das so genannte Multifeed. Bei dieser Technik sind an dem Parabolspiegel mehrere LNBs angebracht, wobei der Parabolspiegel allerdings eine Defokussierung aufweist um die verschieden positionierten Satelliten empfangen zu können. Die Multifeed-Technik kann wegen der Defokussierung nur dann eingesetzt werden, wenn die Satelliten nicht weiter als 10 Grad auseinander liegen. LNBs gibt es in einfacher universeller Version als Single-LNB, in universeller Doppelausführung als Dual- LNB, Dualband-LNB oder Twin-LNB und in Vierfachausführung als Quattro-LNB, wobei sich das Universelle auf den Empfang des gesamten Frequenzbandes und somit für analoges Fernsehen und Digital-TV bezieht. Wie der Name Low Noise Converter (LNC) oder Low Noise Blockconverter (LNB) bereits aussagt, handelt es sich um einen rauscharmen Konverter, der die Antennensignale von Parabolantennen verstärkt und frequenzmäßig umsetzt. Da Parabolantennen für den Fernseh-Satellitenempfang im Mikrowellenbereich bei 10,70 GHz bis 12,75 GHz arbeiten, müssen diese HF-Signale in tiefere Frequenzen konvertiert werden, damit sie übertragen und empfangen werden können.

20 Der LNC, der bei der Antenne im Brennpunkt der Parabolantenne installiert ist und zur Outdoor Unit (ODU) gehört, mischt die Empfangsfrequenzen mit einer Lokaloszillatorfrequenz (LOF) und filtert das untere Seitenband als Zwischenfrequenz aus. Die Zwischenfrequenzen liegen im F-Band zwischen 950 MHz und 2,150 GHz. Diese Frequenzen werden der Indoor Unit (IDU), das ist der Receiver, zugeführt, der daraus die einzelnen Satellitenkanäle selektiert und das FBAS-Signal demoduliert. Es gibt LNCs und LNBs für einen oder mehrere Frequenzbänder. Bei universellen LNCs für mehrere Frequenzbänder erfolgt die Umschaltung der Frequenzbänder mit einem 22-kHz-Steuersignal. Außerdem kann die Polarisationsebene des LNCs verändert werden. Dies erfolgt durch verschiedene Gleichspannungspegel. < Daneben gibt es Dualband-LNBs zum Empfang der Frequenzbereiche von 10,70 GHz bis 11,7 GHz für analoges Fernsehen und 11,7 GHz bis 12,75 GHz für Digital-TV, Twin-LNBs mit zwei Ausgängen und Quattro-LNBs mit vier Anschlüssen, die den Polarisationsebenen und Frequenzbändern fest zugeordnet sind. Mehrantennensystem multiple antenna system Mehrantennensysteme Um in Funksystemen höhere Empfangsfeldstärken und Datenraten zu erzielen, gibt es mit der Raumdiversität eine Technik, die die Mehrwegeausbreitung der Funksignale nutzt, mit Spatial-Multiplexing oder Diversitäts-Verfahren arbeiten oder auch mit sendeund empfangsseitigen Antennen-Arrays, so genannten Mehrantennensystemen. Generell erfolgt eine funktechnische Übertragung zwischen einem Sender und einem Empfänger in der Form, dass der Sender das HF-Signal von einer Antenne abstrahlt und der Empfänger eine Antenne für den Empfang hat. Für solche Systeme gibt es das Akronym SISO, das für Single Input Single Output steht. Eine Erhöhung der Empfangsfeldstärke kann bereits durch zwei oder mehr Empfangsantennen erfolgen. Man spricht dann von SIMO, Single Input Multiple Output. Werden anstelle einer Sendeantenne mehrere Antennen zur Abstrahlung des HF-Signals eingesetzt, spricht man von MISO, Multiple Input Single Output. Werden sowohl für die senderseitige Abstrahlung als auch für die Empfangsseite mehrere Antennen eingesetzt heißen die Systeme MIMO, Multiple Input Multiple Output. Bei den Mehrantennensystemen senden alle Sender 20

21 die Signale an alle Empfänger. So erhält bei einem Drei-Antenennsystem die erste Empfangsantenne die Summe der Signalanteile h11, h12 und h13, die zweite h21, h22 und h23 und die dritte Empfangsantenne empfängt Anteile von h31, h32 und h33. Sind die Matrixen bekannt, dann können aus diesen die Sendesignale berechnet werden. Die Matrixelemente werden regelmäßig durch einen Pilot-Ton gemessen und optimiert. Dies ist erforderlich weil sich die Übertragung auf der Funkstrecke und damit die Empfangsbedingungen geändert haben können. Mit diesen Mehrantennensystemen kann die Bandbreite effizienter genutzt und die Datenrate auf 20 bit/hz bis 40 bit/hz erhöht werden. Multischalter multiswitch Multiswitch mit einem terrestrischen und 4 Sat-Eingängen und 4 Receiver-Ausgängen, Foto: basesatellite.com Öffnungswinkel beam width 21 Multiswitche oder Multischalter werden in Satellitenempfangsanlagen eingesetzt und haben mehrere Eingänge für LNB-Converter und einen oder mehrere Ausgänge die mit den Satelliten- oder Digitalreceivern verbunden sind. Multiswitche verteilen die anliegenden LNB-Signale an einen oder mehrere Satellitenreceiver. Da LNB/LNC-Converter in Frequenzbereich und der Polarisationsebene umgeschaltet werden können, können die an den Satelliten-Eingängen anliegenden Zwischenfrequenzen aus dem Low- oder High- Empfangsbereich sein, also mit analogem Fernsehen oder Digital-TV moduliert sein, und darüber hinaus von einem vertikal oder horizontal abstrahlenden Transponder stammen. Multiswitche werden mit den gleichen Steuersignalen gesteuert wie LNB-Converter und schalten mit diesen Steuersignalen den entsprechend belegten Satelliten-Eingang auf den Receiver-Ausgang. Liegen beispielsweise das 22-kHz-Steuersignal und die 18-V- Gleichspannnung als Steuersignale an dem Multiswitch, dann schaltet dieser den Receiver-Ausgang auf den Sat-Eingang, an dem der LNB-Converter angeschlossen ist, der auf das High- Band (22 khz) für Digital-TV und die horizontale Polarisationsebene (18 V) abgestimmt ist. Der Multiswich kann mit den Gleichspannungen von 14/18 V die Polarisationsebenen im LNB-Converter umschalten und mit dem 22-kHz-Steuersignal in jeder Polarisationsebene das Low- Band für analoges Fernsehen und das High-Band für Digital-TV selektieren. Multiswitche gibt es in den verschiedensten Ausführungen mit 2, 4, 12 und 16 Satelliteneingängen und ein oder mehreren Ausgängen. Zusätzlich zu den Sat-Eingängen können Multiswitche auch einen Eingang für terrestrisches Fernsehen besitzen. In Gemeinschaftsantennenanlagen kann ein Multiswitch durchaus 4 Eingänge und 8 Ausgänge haben. Der Öffnungswinkel ist eine Kenngröße von Antennen, der unmittelbar auf die Abstrahlcharakteristik eingeht. Es handelt sich um den Winkel bei dem die abgestrahlte Sendeleistung der Hälfte der maximalen