Der Antennengewinn lässt sich durch eine Vergleichsmessung mit einer kalibrierten Referenzantenne bestimmen. Dabei werden Referenz und Prüfling im gleichen Feld ausgetauscht. RSSI, eine Empfangsbalkenanzeige oder niedriges VSWR ergeben allein keinen absoluten Gewinn in dBi. Die Messung erfordert definierte Referenzebenen, Korrekturen und eine Unsicherheitsbewertung.
Messgröße und Bezugsbedingungen festlegen
Nennen Sie Frequenz, Richtung, Polarisation und Bezugsebene. Der Gewinn enthält den Strahlungswirkungsgrad; der realisierte Gewinn berücksichtigt zusätzlich die Fehlanpassung am Anschluss. Kalibrierwert und Auswertung müssen dieselbe Definition verwenden.
Das folgende Empfangsverfahren gilt für passive reziproke Antennen. Bei aktiven Antennen sind Antennengewinn und elektronische Verstärkung getrennt zu betrachten. dBm beschreibt Leistung bezogen auf 1 mW, dBi einen Gewinn bezogen auf den isotropen Strahler.
1. Messaufbau vorbereiten
Benötigt werden eine stabile Quelle, Sendeantenne, Referenzantenne mit bekanntem Gewinn, ein geeignetes Empfangsmessgerät und reproduzierbare Halterungen. Bestimmen Sie Kabel- und Adapterverluste bis zur festgelegten Bezugsebene.
Der Pegel muss ausreichend über dem Rauschen und unterhalb der Kompression liegen. Ein VNA kann das Reflexionsverhalten messen, aber eine gute S11-Kurve ersetzt weder eine Gewinn- noch eine Wirkungsgradmessung.
2. Abstand und Reflexionen prüfen
Für elektrisch große Aperturen wird häufig R ≥ 2D²/λ als Fernfeldkriterium verwendet. D ist die maximale Antennenabmessung. Berücksichtigen Sie beide Antennen und die benötigte Genauigkeit; die Beziehung beseitigt keine Boden- oder Wandreflexionen.
Für D = 0,60 m bei 12 GHz ist λ ≈ 0,025 m; daraus folgen etwa 28,8 m. Drei Wellenlängen reichen in diesem Beispiel nicht. Kürzere Messstrecken benötigen passende Verfahren wie eine charakterisierte Nahfeldtransformation oder eine geeignete Kompaktmessstrecke.
3. Referenzantenne messen
Positionieren Sie die Referenz an der vorgesehenen Stelle und richten Sie die Polarisation aus. Für den Maximalgewinn wird die Richtung kontrolliert abgesucht. Mechanische Achse und elektrisches Maximum müssen nicht genau zusammenfallen.
Protokollieren Sie Empfangsleistung, Frequenz, Abstand, Kabelanordnung und Geräteeinstellungen. Eine Mischung aus linearer und zirkularer Polarisation erfordert eine entsprechende Bewertung der Polarisationskopplung.
4. Prüfling einsetzen und Differenz bilden
Bei unveränderter Übertragungsstrecke und gleichen Verlusten gilt:
GPrüfling(dBi) = GReferenz(dBi) + PPrüfling(dBm) − PReferenz(dBm).
Bei unterschiedlichen Empfangsverlusten ergänzen Sie LPrüfling − LReferenz, jeweils als positive Verluste in dB. Fehlanpassungskorrekturen richten sich nach der gewählten Gewinndefinition.
Beispiel: Referenzgewinn 15,0 dBi, Referenzpegel −45,0 dBm und Prüflingspegel −42,5 dBm. Die Differenz ist +2,5 dB, somit ergeben sich ohne weitere Korrekturen 17,5 dBi. Es handelt sich um ein Rechenbeispiel, nicht um eine Produktmessung.
5. Wiederholbarkeit und Unsicherheit erfassen
Setzen Sie die Referenz erneut ein, um Drift und Wiederholbarkeit zu prüfen. Für eine Bandangabe sind mehrere Frequenzen erforderlich. Für ein Diagramm müssen Winkel gescannt werden: Ein Maximalwert zeigt weder Nebenkeulen noch Nullstellen.
- Kalibrierunsicherheit und Definition der Referenz.
- Kabelverluste, Biegungen und erneute Anschlüsse.
- Position, Abstand, Winkel und Polarisation.
- Reflexionen und zeitliche Feldstabilität.
- Rauschen, Linearität und Drift der Geräte.
Gewinn, Reichweite und zulässige Sendeleistung
3 dB entsprechen ungefähr doppelter Leistung, nicht doppelter Entfernung. Im Freiraummodell bei festem Empfangsschwellwert und sonst gleichen Bedingungen erlauben 3 dB mehr Gewinn an einem Ende etwa den Faktor √2 in der Entfernung. Hindernisse und Interferenz verändern die Praxis.
Eine pauschal erlaubte maximale dBi-Zahl gibt es nicht für alle Funkdienste. Wo die abgestrahlte Leistung begrenzt ist, zählen unter anderem Senderleistung, Leitungsverlust und Antennengewinn nach den Regeln des Dienstes. Eine Gewinnmessung ist daher nicht automatisch eine Zulassungsprüfung.
Das Verfahren beruht auf der Friis-Beziehung. Fragen Sie beim Vergleich von Dolph Microwave SATCOM-Antennen nach Kalibrierung, Messbedingungen und Gewinndefinition.
