Um den Antennenwirkungsgrad zu verbessern, müssen reflektierte, dissipierte und abgestrahlte Leistung getrennt werden. Ein stärkeres Empfangssignal nach dem Ausrichten beweist allein keine geringeren internen Verluste. Die folgenden fünf Maßnahmen werden am vollständigen Gerät überprüft.
Wirkungsgrad, Gewinn und Anpassung
Der Strahlungswirkungsgrad ηrad ist das Verhältnis abgestrahlter zu aufgenommener Leistung. Für eine Einportantenne mit definiertem Bezug gilt ηtot = (1−|Γ|²)ηrad, wobei Γ der Reflexionsfaktor ist.
Gewinn verbindet Richtwirkung und Wirkungsgrad. Eine Bündelung kann den Gewinn erhöhen, ohne die Verlustleistung zu verringern. Legen Sie fest, welche Größe verbessert werden soll.
1. Impedanz im endgültigen Einbau anpassen
Messen Sie S11 mit einem VNA am geeigneten kalibrierten Bezugspunkt. Prüfen Sie das gesamte Band einschließlich Gehäuse, Batterie, Kabel und vorgesehener Körpernähe.
Bei VSWR 2 beträgt |Γ| ein Drittel und der reflektierte Anteil etwa 11,1%; bei VSWR 1,5 sind es 4%. Bleibt der Strahlungswirkungsgrad bei 70%, steigt der Gesamtwert rechnerisch von etwa 62,2% auf 67,2%.
Das ist ein Rechenbeispiel, kein garantierter Abgleicherfolg. Berücksichtigen Sie Verluste des Anpassnetzwerks. Ein verlustbehaftetes Gebilde kann ein gutes S11 haben und dennoch schlecht abstrahlen.
2. Leiter- und Kontaktverluste reduzieren
Untersuchen Sie Material, Dicke, Stromwege und Verbindungen. Schmale Leiterbahnen, mangelhafte Lötstellen oder korrodierte Kontakte können Verluste verursachen. Gleichstromleitfähigkeit allein beschreibt die ganze Antenne nicht.
Bei Miniaturisierung können Ladungselemente und hohe Ströme nötig werden. Vergleichen Sie Bauraum, Verlust und Bandbreite gemeinsam. Das kleinste sichtbare Strahlerelement ist nicht automatisch die effizienteste Gesamtlösung.
3. Substrat und benachbarte Materialien wählen
Nutzen Sie dielektrische Daten bei passender Frequenz, Temperatur und Feuchte. Verguss, Klebstoffe und Abdeckungen in starken Feldbereichen können Energie aufnehmen und Resonanzen verschieben.
Ein Patchsubstrat auf 3–5 mm zu verdicken verbessert den Wirkungsgrad nicht pauschal um 15%. Dicke, Oberflächenwellen, Speisung und Diagramm verändern sich gemeinsam. Simulieren und messen Sie vergleichbare Varianten.
Die Bezeichnung FR4 oder eines Handelslaminats ersetzt nicht Messmethode und Materialversion. Schutz- und Wärmeschichten müssen im realen Aufbau bewertet werden.
4. Massefläche und Speisung beherrschen
Bei Monopolen und vielen gedruckten Antennen strahlt die Massefläche mit. Ein universelles Optimum von λ/4 gilt nicht für jedes Gerät. Modellieren Sie die relevanten leitenden Teile.
Eine symmetrische Antenne am Koaxialkabel kann einen geeigneten Balun oder eine Mantelwellensperre benötigen. Ändert Kabelbewegung die Messung deutlich, untersuchen Sie Gleichtaktströme, bevor Sie alles dem Strahler zuschreiben.
5. Abgestrahlte Leistung kontrollieren
Eine geeignete Diagrammintegration oder eine korrekt kalibrierte Modenverwirbelungskammer kann je nach Gerät und Band zur Bestimmung beitragen. Ein einzelner RSSI-Wert misst nicht die gesamte Strahlungsleistung.
| Messung | Aussage |
|---|---|
| S11 und VSWR | Anpassung und Band am Port. |
| Gewinn und Diagramm | Räumliche Verteilung. |
| Wirkungsgrad | Strahlungsleistung relativ zur Bezugsleistung. |
| Gerätetest | Einfluss von Gehäuse und Nutzung. |
Wirkfläche und Empfang verbessern
Unter passenden Anpassungs- und Polarisationsbedingungen gilt Ae = Gλ²/(4π) für die effektive Empfangsfläche. Sie ist nicht generell die sichtbare geometrische Fläche. Benutzen Sie einen zum Bezug passenden linearen Gewinn.
Auch bei 433 MHz prüft man zunächst Position, Polarisation, Kabel und Störungen. Ein Vorverstärker kann nachfolgende Verluste weniger bedeutend machen, verändert aber nicht den Strahlungswirkungsgrad und kann übersteuern.
Die Wirkungsgraddefinitionen und effektive Apertur helfen beim Vergleich. Dokumentieren Sie Bezugsebenen und Unsicherheit, damit eine bessere Anpassung nicht mit beliebig höherer Reichweite gleichgesetzt wird.
