Rundstrahlantenne auswählen: warum mehr Gewinn nicht mehr Abdeckung heißt

Wer eine Rundstrahlantenne auswählen muss, vergleicht meist die dBi-Werte im Datenblatt und nimmt den höchsten. Genau das ist der teuerste Fehler bei dieser Bauform. Gewinn macht das Signal nicht stärker, er verteilt es nur um: weg vom Bereich über und unter der Antenne, hin zum Horizont. Wer mehr Gewinn kauft, als der Standort verträgt, verliert Abdeckung genau dort, wo die Nutzer stehen.

Kurzantwort

• Entscheiden Sie in dieser Reihenfolge: Montageart → Nutzergeometrie → vertikaler Öffnungswinkel → Gewinn. Nie umgekehrt.
• Den vertikalen Öffnungswinkel können Sie vorab schätzen: θ₃ ≈ 107,6 × 10^(−0,1 × G), mit G in dBi. 8 dBi ergibt rund 17°, 10 dBi rund 11°.
• Reichweite entsteht in erster Linie aus der Montagehöhe, nicht aus dBi.
• Prüfen Sie Frequenzbereich und VSWR an den Bandkanten, nicht in der Bandmitte.

Zuerst die Bauform, dann der Gewinn

Bevor Sie dBi-Werte vergleichen, klären Sie, wie die Antenne am Standort montiert wird. Diese Entscheidung schließt meist den größten Teil des Katalogs aus, bevor die HF-Eigenschaften überhaupt zur Debatte stehen.

• Fiberglas-Rundstrahlantenne: Mast- oder Wandmontage, geschlossenes Radom, für den Außeneinsatz gebaut. Standard für Basisstationen, Flächenversorgung und Weitverbindungen.
• Deckenmontage: flache Bauform, strahlt von oben nach unten und außen ab. Für Innenraumversorgung, wenn die Antenne über den Nutzern sitzt.
• Terminal / mobil: kurz, robust, direkt am Gerät oder an der Fahrzeugkarosserie montiert.

Eine Antenne, die messtechnisch überzeugt, aber nicht dort montiert werden kann, wo sie gebraucht wird, ist wertlos. Dieser Fehler steht in keinem Datenblatt.

Gewinn ist umverteilte Abdeckung, nicht mehr Leistung

Eine Rundstrahlantenne strahlt in der Horizontalebene rundum gleichmäßig ab. Energie erzeugen kann sie nicht. Jedes zusätzliche Dezibel muss also aus der Vertikalebene kommen: Der dicke „Donut” um die Antenne wird zu einer flachen Scheibe in Richtung Horizont.

Die entscheidende Größe ist der vertikale Öffnungswinkel — der Winkelbereich, in dem die Antenne noch mindestens die Hälfte ihrer maximalen Leistung abstrahlt. Deshalb heißt er auch −3-dB-Halbwertsbreite (Definition der Halbwertsbreite).

Den Öffnungswinkel können Sie vorab ausrechnen

Die ITU beschreibt in Recommendation ITU-R F.1336 Referenz-Strahlungsdiagramme für Rundstrahlantennen. Darin steht eine direkte Beziehung zwischen Gewinn und vertikalem Öffnungswinkel:

θ₃ ≈ 107,6 × 10^(−0,1 × G)

θ₃ ist der vertikale Öffnungswinkel in Grad, G der Gewinn in dBi. Die Empfehlung ist für 400 MHz bis etwa 70 GHz formuliert. Unterhalb von 400 MHz ist sie eine Näherung, keine zugesicherte Größe.

Wie gut sie trägt, zeigt der Abgleich mit der veröffentlichten Spezifikation einer eigenen Fiberglas-Baureihe für 300–390 MHz. Gleiches Band, gleiche Bauart, der Gewinn ist die einzige Variable:

Die Rechenwerte liegen bei allen drei Modellen innerhalb eines Grades an den Datenblattwerten. Das hat zwei praktische Folgen:

• Sie können den vertikalen Öffnungswinkel abschätzen, bevor Ihnen ein Datenblatt vorliegt — etwa in einer Ausschreibung, in der nur der Gewinn gefordert ist.
• Sie erkennen unplausible Angaben. Nennt ein Datenblatt hohen Gewinn und gleichzeitig einen auffällig breiten Vertikalwinkel, stimmt eine der beiden Zahlen nicht.

Lesen Sie die Tabelle als eine einzige Kurve: 2,4 dB mehr Vorwärtsgewinn kosten rund 40 % des vertikalen Öffnungswinkels, von 17° auf 10°. Gleichzeitig wächst die Antenne von 1,8 m auf 4,7 m und von 2,0 kg auf 4,5 kg. Mastlast, Windlast, Transport und Montage ändern sich mit.

Die richtige Frage ist deshalb nie „wie viel Gewinn ist möglich”, sondern „wie viel vertikale Abdeckung kann ich aufgeben”.

Wie groß das Funkloch unter der Antenne wird

Diesen Teil zeigt kein Datenblatt, er lässt sich aber aus zwei Zahlen abschätzen. Aus Öffnungswinkel und Montagehöhe ergibt sich der Radius, ab dem die untere Kante der Hauptkeule den Boden überhaupt erreicht. Alles innerhalb dieses Radius liegt unter der Hauptkeule:

r ≈ h / tan(θ₃ / 2)

h ist die Montagehöhe, θ₃ der vertikale Öffnungswinkel. Für einen 30 m hohen Mast ergibt das:

Das ist eine geometrische Schätzung, kein Messwert. Bodenreflexionen, Nebenkeulen und Streuung versorgen den Nahbereich in der Praxis teilweise mit, und Gelände verschiebt das Ergebnis. Die Größenordnung stimmt aber — und sie erklärt den häufigsten Reklamationsfall: „Die Antenne funkt weit, aber am Mastfuß und in den unteren Etagen ist nichts.”

Der Sprung von 7,8 dBi auf 10,2 dBi verschiebt die Nahversorgungsgrenze bei gleicher Masthöhe um über 140 m nach außen. Liegen Nutzer nah am Mast, unter der Antenne oder auf mehreren Etagen, ist die Antenne mit weniger Gewinn die technisch richtige. Auf unebenem Gelände liefert eine 5-dBi-Antenne in der Praxis häufig ein besseres Ergebnis als eine 10-dBi-Antenne.

Reichweite kommt aus der Montagehöhe

Bei UHF entscheidet in erster Linie die Sichtverbindung. Wie weit der Radiohorizont eines Standorts reicht, lässt sich mit einer Faustformel abschätzen (Radiohorizont):

s ≈ 4,1 × √h

s ist die Entfernung in Kilometern, h die Antennenhöhe in Metern über ebenem Grund, gerechnet mit dem um 4/3 vergrößerten Erdradius für Standardatmosphäre:

• 10 m Höhe → ca. 13 km
• 30 m Höhe → ca. 22 km
• 60 m Höhe → ca. 32 km

Zum Vergleich: Die 2,4 dB Mehrgewinn aus der Tabelle oben bringen im Freiraum rechnerisch etwa 30 % mehr Reichweite, weil die Reichweite mit der Wurzel des Gewinns skaliert — und zwar nur innerhalb des Horizonts, nicht darüber hinaus. Die Masthöhe von 30 m auf 60 m zu verdoppeln bringt rund 40 % mehr Horizont und kostet keine vertikale Abdeckung. Wenn beides zur Wahl steht, ist Höhe der bessere Hebel.

Frequenzband an den Bandkanten prüfen, nicht in der Bandmitte

Eine Rundstrahlantenne muss jedes Band abdecken, das das Funkgerät nutzt, und zwar an beiden Enden des Bereichs. Prüfen Sie im Datenblatt den vollständigen angegebenen Frequenzbereich und den zugehörigen VSWR-Wert, nicht die Produktbezeichnung.

Der VSWR gibt an, wie viel der eingespeisten Leistung von der Antenne zurückläuft. Der Anteil lässt sich direkt ausrechnen (Definition VSWR):

Γ = (VSWR − 1) / (VSWR + 1), reflektierter Leistungsanteil = Γ²

• VSWR 1,5 → 4 % reflektiert, rund 0,18 dB Fehlanpassungsverlust
• VSWR 2,5 → 18 % reflektiert, rund 0,9 dB

Rutscht der VSWR an der Bandkante von 1,5 auf 2,5, verlieren Sie also etwa 0,7 dB. Das ist rund ein Drittel des Gewinnvorteils, für den Sie eine 4,7 m lange Antenne gekauft und den Mast verstärkt haben.

Beispiel Deutschland: die Falle bei 390 MHz

Im deutschen Frequenzplan sind für den Digitalfunk BOS die Bereiche 380–385 MHz, 390–395 MHz und 406,1–410 MHz ausgewiesen (Bundesnetzagentur, BOS-Funk). Genutzt wird im Duplexbetrieb 380–385 MHz als Unterband und 390–395 MHz als Oberband.

Eine Antenne mit der Spezifikation 300–390 MHz deckt das Unterband vollständig ab, endet aber genau an der unteren Kante des Oberbands. Für eine Basisstation, die im Oberband sendet, ist sie damit die falsche Antenne — obwohl die Zahl „390″ im Datenblatt zunächst passend aussieht. Gleichen Sie deshalb immer den konkreten Sende- und Empfangsbereich Ihres Netzes mit dem Datenblatt ab.

Gewinn zählt auch in der Genehmigung mit

Regulatorisch wird nicht die Senderleistung bewertet, sondern die abgestrahlte Leistung als EIRP: eingespeiste Leistung plus Antennengewinn in dB, abzüglich Kabel- und Steckerdämpfung (EIRP). Wer den Gewinn erhöht, erhöht damit auch den genehmigungsrelevanten Wert. In Bändern mit festem EIRP-Limit kann eine Hochgewinnantenne dazu führen, dass die Sendeleistung am Gerät reduziert werden muss — der gewonnene Gewinn ist dann teilweise wieder weg, die verlorene vertikale Abdeckung bleibt.

Auswahl in sechs Schritten

1. Montageart festlegen — Mast, Wand, Decke oder Gerät.
2. Nutzergeometrie klären — liegen die Geräte auf gleicher Höhe, darunter oder verteilt über Etagen? Wie nah am Mast?
3. Vertikalen Öffnungswinkel wählen, dann den passenden Gewinn ableiten, nicht umgekehrt. Zur Abschätzung dient die ITU-Formel oben.
4. Nahbereich prüfen — Innenradius mit r ≈ h / tan(θ₃ / 2) gegenrechnen, bevor Sie die Hochgewinnvariante bestellen.
5. Frequenzbereich und VSWR über das gesamte genutzte Band abgleichen, inklusive Bandkanten.
6. Mechanik, Umgebung und Genehmigung prüfen: Länge, Gewicht, Mastlast, Windlast, Steckverbinder, Kabelweg, EIRP-Grenzwert.

Wann eine Rundstrahlantenne die falsche Wahl ist

Für eine feste Punkt-zu-Punkt-Verbindung über eine bekannte Richtung ist eine Richtantenne die passendere Bauform. Sie bündelt die Energie in eine Richtung und unterdrückt gleichzeitig Störungen von den Seiten. Der Vergleich der beiden Bauformen ist in einem eigenen Beitrag beschrieben: Panelantenne vs. Yagi-Antenne.

Beispielmodell für kurze und temporäre Installationen

GL350AT3

Ein vertikaler Öffnungswinkel ist für dieses Modell nicht spezifiziert. Nach der ITU-Formel liegt er bei 3 dBi rechnerisch bei rund 54° — breit genug, dass Montagehöhe und Neigung unkritisch bleiben. Genau das ist der Grund, warum diese Bauform für Feldkits, temporäre UHF-Versorgungspunkte und Installationen taugt, die zwischen fahrzeuggebundenem und festem Einsatz wechseln.

Häufige Fragen

Ist eine Rundstrahlantenne mit mehr Gewinn immer besser?

Nein. Mehr Gewinn verringert den vertikalen Öffnungswinkel. Auf hügeligem Gelände, in Innenräumen oder bei Nutzern auf mehreren Etagen führt zu viel Gewinn zu Funklöchern statt zu mehr Reichweite.

Wie rechne ich vom Gewinn auf den Öffnungswinkel?

Mit θ₃ ≈ 107,6 × 10^(−0,1 × G) aus ITU-R F.1336. Für 8 dBi ergibt das rund 17°, für 10 dBi rund 11°. Der Wert ist eine Näherung und ersetzt kein Datenblatt, deckt Widersprüche in Herstellerangaben aber zuverlässig auf.

Muss eine Rundstrahlantenne ausgerichtet werden?

In der Horizontalebene nicht. Die vertikale Ausrichtung und die Montagehöhe entscheiden aber darüber, ob der abgestrahlte Bereich die Nutzer trifft.

Warum ist der Empfang direkt am Mast schlechter als in einigen Hundert Metern Entfernung?

Weil der Nahbereich unter der Hauptkeule liegt. Der Innenradius wächst mit der Masthöhe und mit dem Gewinn: bei 30 m Höhe und 10° Öffnungswinkel liegt er rechnerisch bei etwa 345 m.

Rundstrahl- oder Richtantenne für eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung?

Für eine feste Strecke zu einem bekannten Ziel ist eine Richtantenne in der Regel die passendere Wahl.

Reicht eine 300–390-MHz-Antenne für den deutschen BOS-Digitalfunk?

Nur für das Unterband 380–385 MHz. Das Oberband 390–395 MHz liegt außerhalb des spezifizierten Bereichs.

Dokumentierte Rundstrahl-, Panel- und Yagi-Modelle für 2,4-GHz- und 5-GHz-Projekte finden Sie unter Outdoor WLAN-Antennen.

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