Millimeterwellenantennen werden eingesetzt, wenn hohe Frequenzen, gerichtete Funkverbindungen oder kompakte Antennenarrays benötigt werden. Typische Anwendungen sind Richtfunk, bestimmte Mobilfunkbänder, Fahrzeugradar, industrielle Sensorik, Bildgebung, Forschung und Messtechnik. Millimeterwellen bezeichnet im klassischen Sinn 30–300 GHz, entsprechend etwa 10–1 mm Wellenlänge. Die verfügbare Bandbreite und die zulässige Nutzung hängen vom konkreten Frequenzbereich ab.
Was MMW beziehungsweise mmWave bedeutet
Die Abkürzungen stehen für Millimeterwellen. In der Mobilfunkbranche werden teilweise auch Frequenzen knapp unter 30 GHz als mmWave vermarktet. Deshalb sollte eine Spezifikation immer die tatsächlichen Frequenzgrenzen nennen, statt allein „MMW“ oder „5G-Antenne“ anzugeben.
Aus λ = c/f folgen etwa 5 mm bei 60 GHz und 3,9 mm bei 77 GHz. Kleine Wellenlängen ermöglichen kompakte Arrayelemente. Gleichzeitig werden mechanische Toleranzen, Oberflächen, Leiterplattenverluste und die Eigenschaften einer Abdeckung wichtiger.
Sieben typische Anwendungen
Inhaltsverzeichnis
1. Richtfunk zwischen festen Standorten
Hochfrequente Punkt-zu-Punkt-Verbindungen können breite Kanäle und stark gebündelte Strahlen nutzen. Dafür müssen Sichtverbindung, Montage, Schwingungen und Regenreserve berücksichtigt werden. Ein schmaler Strahl reduziert nicht automatisch alle Störungen und verlangt eine entsprechend genaue Ausrichtung.
2. Mobilfunk und ortsfester drahtloser Zugang
Bestimmte 5G-Systeme verwenden hohe Frequenzbereiche mit elektronisch schwenkbaren Arrays. Beamforming hilft, die Verbindung räumlich auszurichten. Die tatsächliche Datenrate hängt aber auch von Kanalbandbreite, Netzlast, Modulation, Endgerät und Abschattung ab. Eine mmWave-Antenne garantiert daher keinen festen Geschwindigkeitsgewinn.
3. Fahrzeugradar
Radar in dafür vorgesehenen Bereichen um 77 GHz nutzt Antennen zur Messung von Entfernung, Relativgeschwindigkeit und Winkel. Die Entfernungsauflösung hängt wesentlich von der Signalbandbreite ab, die Winkelauflösung auch von der Apertur und Signalverarbeitung. Beides darf nicht allein der Trägerfrequenz zugeschrieben werden.
4. Industrielle Messung und Anwesenheitserkennung
Radarsensoren können Füllstände, Bewegungen oder Abstände erfassen. Ob ein Sensor durch eine Abdeckung zuverlässig misst, hängt von Material, Dicke, Feuchte und Frequenz ab. Metallische Hindernisse und Mehrwegeausbreitung erfordern eine anwendungsbezogene Prüfung.
5. Bildgebung und Untersuchung von Materialien
Millimeterwellen lassen sich für bestimmte Bildgebungs- und Prüfaufgaben verwenden. Die Durchdringung ist materialabhängig; „sieht durch Wände“ ist keine allgemeine Eigenschaft. Apertur, Bandbreite, Abstand und Rekonstruktionsverfahren bestimmen zusammen die erreichbare Auflösung.
6. Radioastronomie und wissenschaftliche Instrumente
In der Forschung werden schmalbandige und breitbandige Signale mit empfindlichen Empfangsketten untersucht. Antennengewinn, Strahlform, Oberflächenqualität, Empfängerrauschen und atmosphärische Bedingungen sind dabei entscheidend. Nicht jeder Frequenzbereich ist für jeden Beobachtungsstandort gleich geeignet.
7. Antennen- und Materialmesstechnik
Hörner, Linsen oder Arrays dienen als Sender, Empfänger oder Referenz in Prüfaufbauten. Bei Millimeterwellen müssen Kalibrierebene, Adapterverluste, Ausrichtung und Messabstand besonders sorgfältig festgelegt werden. Ein kurzer Abstand ist nicht automatisch Fernfeld, nur weil die Antenne klein aussieht.
Welche Antennenbauform passt
| Bauform | Typische Stärke | Zu prüfen |
|---|---|---|
| Hornantenne | Definierte Richtwirkung, häufig in Mess- und Speisesystemen | Bandbreite, Flansch, Strahlform und Phasenzentrum |
| Planar- oder Phased-Array | Kompakte Integration und gegebenenfalls elektronische Strahlschwenkung | Scanverluste, Versorgung, Kalibrierung und Wärme |
| Reflektor oder Linse | Hoher Gewinn bei geeigneter Apertur | Ausrichtung, Oberflächenpräzision und Einbauvolumen |
| Schlitzarray | Integrierbare gerichtete Apertur | Speisenetz, Polarisation, Bandbreite und Nebenkeulen |
Ausbreitung: keine pauschale Reichweitenregel
Bei gleichen Antennengewinnen steigt die Freiraumdämpfung mit der Frequenz. Bei gleicher physischer Apertur verändert sich jedoch auch der Antennengewinn. Ein fairer Vergleich muss angeben, welche Größe konstant gehalten wird.
Regen und atmosphärische Gase verursachen frequenzabhängige Dämpfung; insbesondere im Bereich um 60 GHz spielt Sauerstoffabsorption eine Rolle. Daraus folgt weder, dass alle Millimeterwellen nur wenige Meter reichen, noch dass eine hohe Sendeleistung jedes Hindernis ausgleicht. Erforderlich ist eine konkrete Linkbudgetrechnung.
Angaben für die technische Auswahl
Nennen Sie Frequenzband, nutzbare Bandbreite, Polarisation, Gewinn, Strahlbreite, Scanbereich, Anschluss, Abmessungen und Umgebungsbedingungen. Klären Sie getrennt davon die örtliche Frequenznutzung. Für eine passende RF-Anbindung vergleichen Sie die Hohlleiterkomponenten von Dolph Microwave anhand der Modellangaben.
Grundlagen zu Apertur und Gewinn bietet Antenna-Theory. Die ITU-R-Empfehlung P.676 behandelt die Dämpfung durch atmosphärische Gase. Die verlinkten technischen Unterlagen sind englisch.
