Whitepaper Antennen richtig einsetzen: Fünf häufige Fehler, die sich einfach vermeiden lassen

Transkript

1 Whitepaper Antennen richtig einsetzen: Fünf häufige Fehler, die sich einfach vermeiden lassen

2 Antennen richtig einsetzen: Fünf häufige Fehler, die sich einfach vermeiden lassen Per Definition ist eine Antenne nichts anderes als eine Sende- und Empfangseinrichtung für elektromagnetische Wellen. Antenne ist jedoch nicht gleich Antenne bei Auswahl und Betrieb der Lösungen gibt es wichtige Punkte zu beachten. Denn obwohl viele der auf dem Markt erhältlichen Produkte auf dem Papier beeindruckende Eigenschaften besitzen, bleibt die Performance in der Praxis oftmals unter den Erwartungen. Woran das liegen kann, erklärt Jos Zenner, bei der Welotec GmbH zuständig für Business Development. Die Zahl drahtlos kommunizierender Geräte steigt stetig, privat wie auch im Business- und Industrie-Bereich. Die Kommunikation läuft über Mobilfunk von GPRS, UMTS bis LTE, WLAN im 2,4 GHz und 5 GHz Bereich über UHF-/ VHF-Datenfunk oder es werden zum Beispiel Positionssignale im GNSS/GPS-Bereich empfangen. In allen Fällen werden Antennen benötigt. Die Auswahl fällt dabei nicht leicht, denn für jeden Anwendungsfall gibt es vielfältige Bauformen, Materialien und Frequenzen. Nicht zuletzt werden passende Kabel und Adapter benötigt. Unabhängig vom Anwendungsszenario gibt es bei der Auswahl und dem Betrieb von Antennen typische Fehlerquellen, die sich einfach vermeiden lassen. Dazu gehört zum Beispiel die sogenannte Fehlanpassung oder aber auch die falsche Montage. 1) Fehlanpassungen von vornherein vermeiden Fehlanpassung bedeutet nichts anderes, als dass die verwendet Antenne nicht optimal für den eigentlich benötigten Frequenzbereich ausgelegt ist. Bildlich gesprochen lässt sich dies mit einer rutschenden Kupplung beim Auto vergleichen: Was nützt der beste Motor (Router/Modem), wenn die Kupplung (Antenne) letztlich nicht in der Lage ist, diesen Input ohne große Verluste weiterzugeben? Nicht viel deshalb sollte gleich zu Beginn geklärt werden, ob das jeweilige Gerät überhaupt für den entsprechenden Frequenzbereich geeignet ist. Bei einem VHF-Modem mit einer Frequenz von 135 MHz beispielsweise ist diese Frage mithilfe des Datenblattes einfach zu beantworten. Genau hinsehen lohnt sich das erspart später viel Ärger! Bei WLAN-Antennen hingegen wird es schon etwas schwieriger, sind diese doch zumeist für den 2,4 GHz Bereich oder den 5 GHz Bereich verfügbar. Deswegen sollten Anwender vorab klären, welches WLAN-Frequenzband genutzt wird und entsprechend ein passendes Gerät wählen. Übrigens: Es gibt auch Antennen, die beide Frequenzbänder also sowohl 2,4 GHz als auch 5 GHz unterstützen. Mit diesen Lösungen lassen sich Fehler von vornherein vermeiden. Beim Mobilfunk wird es noch komplexer, denn hier gibt es sehr viele unterschiedliche Frequenzen für GSM, UMTS und LTE. Anwender sollten sich deshalb bei der Wahl der Antenne am besten von Experten beraten lassen. Zwar gibt es auch in diesem Bereich breitbandige Geräte, die alle Frequenzbereiche abdecken zum Beispiel von 700 MHz bis 2600 MHz. Bei diesen universellen Lösungen müssen die Nutzer allerdings auch eine schlechtere Performance auf den einzelnen Bändern in Kauf nehmen. Gut zu wissen: Je niedriger die Frequenz, desto länger ist die Antenne (und umgekehrt). Sollte im Datenblatt ein VSWR-Wert angegeben sein, so sollte dieser so gering wie möglich sein. Als Faustregel gilt bei schmalbandigen Antennen (ein Frequenzbereich) ein Wert unter 1,5 und bei breitbandigen Produkten (mehrere Frequenzbereiche) ein Wert unter 2,5. 1

3 2) Groundplane nötig oder nicht? Grundsätzlich gibt es halbe (1/4 Lamda λ) und ganze (1/2 Lambda λ) Antennen. Während ganze Antennen problemlos ohne Groundplane funktionieren, können die halben Antennen auf keinen Fall darauf verzichten. Aber was genau ist eigentlich eine Groundplane? Unter diesem Begriff versteht man nichts anderes als eine Metallplatte. Die sogenannten Groundplane-Antennen können nur ¼ der Wellenlänge λ (Lambda) darstellen. Zur Ausschöpfung des vollen Potenzials wird jedoch ½ λ benötigt. ¼ Wellenlänge 90 Winkel Metallplatte (1x1m) Eine Groundplane aus Metall fungiert hier als Erdungsfläche, auf der die Antenne vertikal, mittig und im 90 -Winkel montiert wird. Eine elektro-magnetische Reflektion bewirkt, dass die benötigte Wellenlänge erreicht wird. Darüber hinaus beeinflusst die Groundplane die Abstrahl-Charakteristik der Antenne maßgeblich: Je nach Position der Antenne kann deren Feld entweder in eine bestimmte Richtung gelenkt werden (Position am Rand) oder gleichmäßig strahlen (mittige Position). REICHWEITE OHNE GROUNDPLANE REICHWEITE MIT GROUNDPLANE ANTENNE REICHWEITE NORMAL KLEIN URSPRUNG Ohne eine Groundplane ist es bei Antennen der Länge ¼ λ unmöglich, den im Datenblatt angegebenen Gewinn zu erreichen. Deswegen ist es durchaus sinnvoll, bei der Montage darauf zu achten, dass eine halbe Antenne stets auf einem metallischen Untergrund angebracht ist. Nur durch diesen metallischen Untergrund kann aus einer halben Antenne eine ganze Antenne werden. Das Fazit: Halbe (1/4 Lamda λ) Antennen nur auf metallischem Untergrund montieren. Bei ganzen (1/2 Lamda λ) ist der Untergrund egal. 2

4 3) Das richtige Antennenkabel Auch das Antennenkabel spielt entscheidende eine Rolle für eine optimale Datenübertragung. Der wichtigste Faktor ist die Gesamtlänge des Kabels zwischen Sender und Empfänger. Kabellängen von bis zu drei Metern sind für die allermeisten Anwendungen absolut unproblematisch. Erst Distanzen über fünf Meter fallen spürbar ins Gewicht. Trotzdem gilt bei der Länge des Kabels grundsätzlich: Weniger ist mehr! Verbindung 3 Verbindung 2 Verbindung 1 Anwender sollten zudem möglichst ein Kabel am Stück verwenden. Wenn viele einzelne Teile oder Verbindungsstücke zu einem langen, vermeintlich passenden Kabel zusammengestückelt werden, erhöht sich der absolute Dämpfungswert. Folglich können Signale, die mit noch ausreichender Stärke an der Antenne empfangen werden, auf dem Weg zum Endgerät so stark abgeschwächt werden, dass sie für den Empfänger dann nicht mehr auflösbar sind. Zu guter Letzt hat auch die Dicke also der Durchmesser des Antennenkabels Einfluss auf die Datenübertragung. Je dünner das Kabel ist, desto höher ist die prozentuale Dämpfung bzw. Abschwächung des eingehenden Signals an der Antenne bis hin zum Endgerät. Ein größerer Durchmesser hingegen bewirkt eine höhere Steifigkeit des Kabels selbst. Es gibt also keine pauschale Lösung die Kabelauswahl sollte immer individuell auf die Anforderungen und Gegebenheiten des jeweiligen Projekts abgestimmt sein. 3

5 4) Richt-Antennen vs. Rundstrahler Jede Antenne ist eine Richt-Antenne. In der Theorie gibt es zwar den Isotopenstrahler der in alle Richtungen (oben, unten, links, rechts, hinten & vorne) gleichmäßig strahlt, dies ist aber in der Realität zu vernachlässigen. Wenn von Rundstrahlern gesprochen wird, dann geht es in den meisten Fällen um Antennen, die zwar in alle vier Himmelsrichtungen gleichmäßig abstrahlen, aber nach oben und unten unterschiedliche große Abstrahl-Felder haben. REICHWEITE MIT RICHTANTENNE REICHWEITE MIT RUNDANTENNE ANTENNE REICHWEITE GROSS NORMAL URSPRUNG Vereinfacht gesagt lässt sich das Signal mithilfe von Richt-Antennen gezielt in eine Richtung absenden und bündeln. Vergleicht man die gesamte Kubikmeter-Zahl des abgedeckten Bereichs einer Richt-Antenne mit der einer rundstrahlenden Lösung, so fällt auf, dass beide den gleichen Rauminhalt abdecken. Die Richt-Antenne verlegt ihr Spektrum also einfach stärker in eine bestimmte Richtung, während ein rundstrahlendes Gerät gleichmäßig in alle Richtungen strahlt. Sollte also in einer nicht mobilen Anwendung bekannt sein, wo sich die Gegenstationen befinden, dann lässt sich mit gerichteten Antennen die Sendeleistung gezielt und somit effizient ausstrahlen. Eine Richt-Antenne kann aber auch schwache Empfangssignale aus der gewünschten Richtung verstärken. 4

6 5) Positionieren von Antennen Die meisten Fehler werden beim Positionieren von Antennen gemacht. Für optimalen Empfang gibt es auch hier einige Faustregeln zu beachten: Je höher sie angebracht ist, desto besser der Empfang. Zudem haben Antennen in (Schalt-)Schränken aus Metall absolut nichts verloren das führt zu schlechtem oder keinem Signal. Die Geräte sollten stets so positioniert sein, dass sie ungehindert in alle vier Himmelsrichtungen abstrahlen können. Bei Lösungen mit MIMO (Multiple Input Multiple Output), d.h. mehreren Antennen-Anschlüssen an einem Gerät, sollten die einzelnen Antennen so weit wie möglich auseinander sein. Mindestens 20 cm sind eine gute Distanz, um alle gängigen Anwendungen abzudecken. Wer sich bei der Wahl der richtigen Antenne nicht ganz sicher ist, sollte am besten einen Experten um Rat fragen. Welotec ist ein international anerkannter Spezialist für Wireless-Lösungen. Höchste Priorität haben immer die bestmögliche Beratung und ein optimaler Service für unsere Kunden. Bei der Angebotsgestaltung steht der Qualitätsanspruch immer im Mittelpunkt. Bevor ein Produkt in unser Welotec-Portfolio aufgenommen wird, durchläuft es Tests und Konformitätsprüfungen. Das gilt selbstverständlich auch für das umfangreiche Portfolio an Antennen: Unsere Produkte decken einen großen Frequenzbereich von 68 MHz bis 6000 MHz ab. Es sind sowohl Lösungen für den Indoor als auch für den Outdoor-Bereich erhältlich darunter auch Geräte mit einem Betriebstemperaturbereich von -40 C bis +85 C sowie für den Einsatz in rauen Umgebungen. Auch kundenspezifische Lösungen im Bereich Antennen und Antennenkabel sind möglich. Dazu gehören unter anderem die Kabelkonfektionierung, die Bereitstellung von passenden Adaptern und die Antennenentwicklung. Somit ist gewährleistet, dass sich für jede Anwendung die richtige Lösung finden lässt optimaler Empfang selbstverständlich inklusive. 5