Die Antennenwirkfläche, die unbekannte Größe


Die Antennenwirkfläche ist der entscheidende Parameter bei der Bewertung der Leistungsfähigkeit einer Antenne, nicht nur für die Empfangseigenschaften, sondern auch für den Sende Betrieb. Die Antennenwirkfläche beschreibt die Fähigkeit der Antenne elektromagnetische Energie aus einer einfallenden Welle zu erfassen und in elektrische Energie umzuwandeln bzw. im Sende Betrieb eine optimale Abstrahlung der teuer erzeugten Leistung zu erreichen.

Im Fernfeld stehen die Komponenten E und H senkrecht aufeinander und das Kreuzprodukt beider Vektoren ergibt den Poynting Vektor mit der Dimension: Leistung pro Fläche, mit Richtung und Betrag. Das Fernfeld einer Sende Antenne ist etwa 4 fache Wellenlänge vom Ursprung.

Die Antennenwirkfläche kann durch folgende Beziehung berechnet werden: Antennenwirkfläche: Wellenlänge zum Quadrat mal Antennengewinn, dividiert durch 4 Pi als Oberfläche der Einheitskugel mit dem Radius 1.

Dabei ist die Antennenwirkfläche die effektive Fläche und der Antennengewinn der Gewinn über isotropen Strahler. Da Sende- und Empfangsantennen HF- technisch gleich sind, wenn der Innenwiderstand identisch ist, gilt die Formel für den Empfangs- und Senderfall. Die Antennenwirkfläche ist also abhängig vom Quadrat der Wellenlänge, d.h. mit zunehmender Wellenlänge vergrößert sich die effektive Fläche und je größer der Antennengewinn um so größer die effektive Fläche. Daher haben Antennen mit hoher Richtwirkung immer eine größere Wirkfläche.

Da der Poynting Vektor auch eine Phasenlage hat, beeinflusst die Polarisation der einfallenden Welle die Effizienz der Energieumwandlung.

Die Optimierung der Antennenwirkfläche kann durch folgende Maßnahmen erreicht werden:

1. Anpassungen im Design erhöhen den Antennengewinn
2. Reflektoren verbessern die einfallende Strahlung durch fokussieren der elektromagnetischen Welle
3. Eine Anpassung an die Polarisation der eingehenden Welle erhöht die Effizienz – vertikal, horizontal, zirkular.

Einige Beispiele für Antennenwirkflächen:
Yagi-Uda-Antennen haben typischerweise eine Wirkfläche von etwa 0,1 bis 0,5 Quadratmetern, abhängig von der Größe und Anzahl der Elemente. Eine einfache Dipolantenne hat eine Wirkfläche von etwa 0,03 Quadratmetern. Die Wirkfläche einer Parabolantenne hängt natürlich von der Größe des Reflektors ab, wobei eine kleine Satellitenantenne eine Wirkfläche von etwa 1 bis 10 Quadratmetern hat, während größere Radioteleskope Wirkflächen von über 100 Quadratmetern erreichen. Man denke nur an das Radio-Teleskop in der Eifel mit ihren 100 m Durchmesser – ein gewaltiges Teil. Log-Periodische Antennen haben eine Wirkfläche typischerweise zwischen 0,1 bis 1 Quadratmeter. Die Wirkfläche einer Stabantenne berechnet sich aus der Beziehung: Wellenlänge zum Quadrat dividiert durch 8 Pi, d.h. je größer die Wellenlänge umso höher die Antennenwirkfläche.

Die Wirkfläche einer Antenne ist daher entscheidend für ihre Empfangs- und Sendeleistung sowie Effizienz. Sie bestimmt, wie gut die Antenne elektromagnetische Wellen aus einer bestimmten Richtung erfasst oder sendet. Die Antennenwirkfläche ist daher ein zentrales Element in der Antennentechnik und wird viel zu wenig von den Amateuren berücksichtigt. Ihre Optimierung und genaue Berechnung sind entscheidend für die Leistung und Effizienz des Antennensystems. (Siehe Beitrag von HB9AJW über die Optimierung seiner Antennenanlage – im Netz).

Wer mehr wissen möchte sei auf meinen Beitrag: „Die Antenne macht die Musik“, unter der Rubrik „Rund um die Antenne“ verwiesen.

Dr. Walter Schau, DL3LH, rund 70 Jahre Amateurfunk im Gepäck

Veröffentlicht in Allgemein.

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