Der Antennengewinn beschreibt, wie stark eine Antenne elektromagnetische Energie in einer bestimmten Richtung konzentriert – jeweils im Vergleich zu einer festgelegten Referenzantenne. Ein höherer Gewinn erzeugt keine zusätzliche HF-Leistung. Die vorhandene Energie wird räumlich anders verteilt: In einigen Richtungen ist das Signal stärker, in anderen schwächer.
Darum ist ein einzelner dBi-Wert noch keine vollständige Auswahlentscheidung. Sie müssen zusätzlich Frequenz, Richtdiagramm, Polarisation, Montage und Verluste im restlichen System prüfen.
Was ist Antennengewinn?
In der technischen Definition werden eine reale Antenne und eine verlustfreie Referenzantenne verglichen. Beide sollen in derselben Richtung und Entfernung die gleiche Feldstärke oder Leistungsflussdichte erzeugen. Benötigt die reale Antenne dafür weniger Eingangsleistung, besitzt sie in dieser Richtung einen positiven Gewinn gegenüber der Referenz.
Wenn ein Datenblatt keine Richtung nennt, ist meist der maximale Gewinn in der Hauptstrahlrichtung gemeint. Dieser Spitzenwert sagt nicht, dass die Antenne in alle Richtungen gleich stark arbeitet. Für die Abdeckung ist deshalb das komplette Strahlungsdiagramm wichtiger als der Spitzenwert allein.
Als Referenz werden vor allem zwei Antennen verwendet:
- dBi: Gewinn gegenüber einem hypothetischen isotropen Strahler, der verlustfrei und gleichmäßig in alle Richtungen abstrahlt.
- dBd: Gewinn gegenüber einem idealen Halbwellendipol.
dB allein bezeichnet nur ein logarithmisches Verhältnis. Ohne Angabe der Referenz ist ein Antennengewinn in „dB“ nicht eindeutig.
Richtwirkung und Wirkungsgrad: die zwei Bestandteile
Antennengewinn, Richtwirkung und Wirkungsgrad sind verwandt, aber nicht identisch.
- Richtwirkung D beschreibt, wie stark das Strahlungsdiagramm Energie in einer Richtung bündelt, verglichen mit der über alle Richtungen gemittelten Strahlungsintensität.
- Wirkungsgrad η beschreibt, welcher Anteil der zugeführten Leistung nach der verwendeten Messdefinition tatsächlich abgestrahlt wird.
- Antennengewinn G verbindet beide Größen.
Für lineare Werte gilt:
G = ηDIn dBi:
G(dBi) = 10 log₁₀(ηD)Oder, wenn die Richtwirkung bereits in dBi vorliegt:
G(dBi) = D(dBi) + 10 log₁₀(η)Der Wirkungsgrad liegt zwischen 0 und 1. Bei einer idealen verlustfreien Antenne wären Gewinn und Richtwirkung gleich. Reale Verluste senken den Gewinn.
Prüfen Sie trotzdem die Definition im Datenblatt: Manche Quellen geben den reinen Strahlungswirkungsgrad an, andere einen Gesamtwirkungsgrad. Impedanzfehlanpassung, Polarisation, Kabel und externe Steckverbinder dürfen nicht ohne Prüfung in denselben Wert eingerechnet werden.
dBi und dBd richtig vergleichen
dBi und dBd beschreiben dieselbe physikalische Art von Vergleich, verwenden aber unterschiedliche Referenzen. Der ideale Halbwellendipol besitzt 2.15 dB mehr Gewinn als der isotrope Strahler. Deshalb gilt:
dBi = dBd + 2.15
dBd = dBi - 2.15Beispiele:
8 dBi = 5.85 dBd0 dBd = 2.15 dBi
| Angabe | Referenz | Was vor dem Vergleich zu tun ist |
|---|---|---|
| dBi | Isotroper Strahler | Direkt mit anderen dBi-Werten derselben Frequenz und Richtung vergleichen |
| dBd | Halbwellendipol | Für den Vergleich mit dBi zuerst 2.15 addieren |
| dB | Nicht eindeutig | Referenz und Messbedingung beim Anbieter nachfragen |
Ein Wert von 8 dBi ist also nicht automatisch größer als 8 dBd. Nach der Umrechnung entsprechen 8 dBd nämlich 10.15 dBi.
Wie berechnet man den Antennengewinn?
Welche Berechnung sinnvoll ist, hängt von den vorhandenen Daten ab. Für eine grundlegende technische Prüfung reicht meist die Beziehung zwischen Richtwirkung und Wirkungsgrad.
Angenommen:
- lineare Richtwirkung
D = 8 - Wirkungsgrad
η = 0.70
Dann beträgt der lineare Gewinn:
G = 0.70 × 8 = 5.6Die Umrechnung in dBi:
G(dBi) = 10 log₁₀(5.6) = 7.48 dBiGerundet ergibt das 7.5 dBi.
Dieses Beispiel ist kein Produktwert und keine Empfehlung für eine bestimmte Anwendung. Es zeigt nur, warum eine Antenne trotz gleicher Richtwirkung einen geringeren Gewinn haben kann, wenn ihr Wirkungsgrad niedriger ist.
Wenn ein Datenblatt den Wert bereits in dBd angibt, benötigen Sie keine neue Antennensimulation. Addieren Sie 2.15, um dBi zu erhalten. Wichtig ist, dass Frequenz, Richtung, Polarisation und Messbedingungen bei beiden Vergleichswerten übereinstimmen.
Was ändert ein höherer Antennengewinn praktisch?
Ein höherer Spitzengewinn bedeutet typischerweise eine stärkere Richtwirkung und eine schmalere Hauptkeule. Das kann helfen, wenn Sender und Empfänger fest stehen und die Antenne präzise ausgerichtet werden kann. Es kann aber nachteilig sein, wenn das Ziel sich bewegt, die Ausrichtung schwankt oder eine breite Fläche versorgt werden soll.
Feste Richtfunkstrecke
Bei einer Verbindung zwischen zwei bekannten Punkten kann eine stärker bündelnde Antenne die Energie gezielter auf den Gegenpunkt richten. Dafür müssen Azimut, Elevation und Polarisation stimmen. Schon eine schlechte Ausrichtung kann den Vorteil des höheren Spitzenwerts wieder aufheben.
Mobile oder wechselnde Orientierung
Bei Fahrzeugen, mobilen Geräten oder wechselnden Einbaulagen kann ein schmaler Strahl zu Abdeckungsproblemen führen. Eine breitere Richtcharakteristik kann hier wichtiger sein als der höchste dBi-Wert.
GPS/GNSS-Empfang
Eine GPS/GNSS-Antenne soll Signale aus verschiedenen Richtungen des sichtbaren Himmels empfangen. Deshalb sollten Sie nicht nur den Spitzengewinn betrachten, sondern auch das Richtdiagramm, die Polarisation, die Montagefläche und die Umgebung. Eine pauschale Empfehlung wie „für GNSS sind X dBi optimal“ wäre ohne Empfänger, Frequenz und Einbausituation nicht belastbar.
Datenblatt richtig lesen
Prüfen Sie bei jedem Gain-Wert mindestens diese Punkte:
- Frequenz: Bei welcher Frequenz oder in welchem Frequenzabschnitt wurde der Wert angegeben?
- Spitze oder Verlauf: Ist es der maximale Gewinn, ein Mittelwert oder ein Wert über ein bestimmtes Winkelgebiet?
- Richtung: Gehört der Wert zur Hauptkeule? Gibt es horizontale und vertikale Strahlungsdiagramme?
- Polarisation: Wurde mit der für Ihr System passenden Polarisation gemessen?
- Wirkungsgrad: Ist Strahlungswirkungsgrad oder Gesamtwirkungsgrad gemeint?
- Referenzebene: Gilt der Wert am Antennenanschluss, oder wurden Kabel und Steckverbinder einbezogen?
- Montage: Wurde die Antenne frei, auf einer Massefläche, im Gehäuse oder in einer anderen definierten Konfiguration gemessen?
Kabeldämpfung, Steckverbinder, Fehlanpassung und externe HF-Schaltungen gehören in die Systembetrachtung. Ein Datenblattwert am Antennenanschluss ist deshalb nicht automatisch der Gewinn des fertig installierten Systems.
Auch der EIRP-Wert darf nicht allein aus dem Antennengewinn beurteilt werden. Dafür sind unter anderem Senderleistung und Verluste im Speisesystem relevant; die anwendbaren Grenzwerte müssen für das konkrete Land, Band und Gerät separat geprüft werden.
Welcher Antennengewinn ist richtig?
Es gibt keinen allgemein „guten“ dBi-Wert. Der passende Gewinn ergibt sich aus der Aufgabe:
| Projektbedingung | Wichtiger als der höchste Einzelwert |
|---|---|
| Festes Ziel in bekannter Richtung | Hauptkeule, Ausrichtung, Polarisation und Link-Budget |
| Rundumabdeckung | Gleichmäßiges horizontales Richtdiagramm und passende vertikale Abdeckung |
| Bewegtes Gerät oder Fahrzeug | Abdeckung bei wechselnder Orientierung und realer Montage |
| GPS/GNSS | Himmelsabdeckung, passende Polarisation, Empfängerfrequenzen und Einbauumgebung |
| Antenne im Gehäuse | Richtdiagramm und Anpassung in der endgültigen Einbausituation |
Vergleichen Sie Antennen daher nicht nur nach dem größten Zahlwert. Ein hoher Gewinn im falschen Frequenzbereich, in der falschen Richtung oder bei unpassender Polarisation hilft dem Projekt nicht.
Vor der Anfrage prüfen
Je genauer die Randbedingungen sind, desto sinnvoller lässt sich eine Antenne auswählen. Sie müssen nicht jede Angabe schon kennen; senden Sie die vorhandenen Daten und markieren Sie offene Punkte.
- Gerät, Anwendung und verwendeter Empfänger
- benötigter Frequenzbereich oder Funkstandard
- gewünschte Abdeckungsrichtung und Information, ob sich Gerät oder Ziel bewegt
- gewünschtes Richtdiagramm und Polarisation, falls bekannt
- Antennenanschluss, Steckerart und verfügbare Kabellänge
- Montageart, Einbauraum und Materialien in Antennennähe
- Temperatur, Feuchtigkeit, Vibration und erforderlicher Schutz
- Muster- oder Projektmenge und gewünschter Zeitraum
Diese Angaben helfen, Spitzengewinn, Abdeckung und Systemverluste gemeinsam zu beurteilen. Sie ersetzen keine Messung im endgültigen Gerät und sind keine Zusage für Eignung, Lieferzeit oder regulatorische Freigabe.
Häufige Fragen
Was ist Antennengewinn?
Antennengewinn ist der Vergleich, wie stark eine Antenne Energie in einer bestimmten Richtung konzentriert, bezogen auf eine festgelegte Referenzantenne. Er verbindet Richtwirkung und Wirkungsgrad und wird meist als Spitzenwert angegeben.
Was ist der Antennengewinn in dB?
dB ist ein logarithmisches Verhältnis. Bei Antennen muss zusätzlich die Referenz genannt werden: dBi bezieht sich auf einen isotropen Strahler, dBd auf einen Halbwellendipol. Eine Angabe nur in dB ist ohne diese Information nicht eindeutig.
Wie berechnet man den Antennengewinn?
Sind lineare Richtwirkung und Wirkungsgrad bekannt, gilt G = ηD. Für die Umrechnung in dBi verwenden Sie G(dBi) = 10 log₁₀(ηD). Im Beispiel mit D = 8 und η = 0.70 ergibt sich 7.48 dBi, gerundet 7.5 dBi.
Antenne für ein konkretes Projekt auswählen
Wie Gewinn, Öffnungswinkel und Rundumabdeckung zusammenhängen, erklärt der deutsche Leitfaden Rundstrahlantenne auswählen. Für die Ausrichtung der Gegenstelle ist außerdem Antennenpolarisation relevant.
Wenn Sie zunächst verfügbare Bauformen und Anwendungen einordnen möchten, nutzen Sie nach Veröffentlichung die Seite Antennenprodukte ansehen.
Für Ortungs- und Navigationsprojekte führt der nächste Schritt zu Antennenprodukte.
Wenn Frequenz, Anschluss, Montage und Anwendung bereits feststehen, können Sie diese Daten über Angebot anfordern übermitteln. Die Links werden erst aktiviert, wenn die jeweiligen deutschen Zielseiten öffentlich und geprüft sind.
