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Öffnungswinkel

Bild 1: Die reale Strahlbreite einer Antenne im Vergleich zu einer idealisierten Form eines Antennendiagramms

Bild 1: Die reale Strahlbreite einer Antenne im Vergleich zu einer idealisierten Form eines Antennendiagramms

Öffnungswinkel

Unter dem Öffnungswinkel oder der Strahlbreite der Hauptkeule einer Antenne, meist mit dem englischen Wort Beamwidth oder der Abkürzung von Full Width of Half Maximum (FWHM) bezeichnet, versteht man allgemein die Halbwertsbreite der Leistungskurve. Das Maximum dieser Leistungskurve wird unter Bedingungen einer möglichst reflexionsfreien Umgebung messtechnisch ermittelt. Dieses Maximum wird als Referenz für alle anderen Messwerte genommen, die dann drehwinkelabhängig in das Antennendiagramm eingetragen werden. An jeder Seite des Maximums der Hauptkeule verringert sich die gemessene Leistung. Die Halbwertsbreite ist dann der Winkel zwischen den Punkten links und rechts vom Maximum, an denen die Leistung auf die Hälfte abgesunken ist. Dieser Winkel wird dann als Strahlbreite der Hauptkeule festgelegt.[1] Die Hälfte der Leistung ist in logarithmischen Skalen als −3 dB benannt, weshalb der Winkel auch als θ3 bezeichnet wird. Die gleiche Herangehensweise wird für horizontale und vertikale Winkel genutzt.

Im Interesse einer leichteren Messung von Parametern an einem Oszilloskop wird abweichend davon manchmal auch eine andere Definition angewendet. Auf einem Oszilloskop werden meist keine Leistungen angezeigt, sondern Spannungen. Die Hälfte der Spannung liegt aber bei −6 dB, weshalb diese Messpunkte dann mit dem Variablennamen θ6 bezeichnet werden.[1] Vorausgesetzt, dass die Impedanz konstant ist, verursacht die Hälfte der Spannung auch nur die Hälfte des Stroms. Die Leistung als mathematisches Produkt von Spannung und Strom ist dann an diesem Punkt nur ein Viertel des Maximums.

Wenn die auf einem Oszilloskop angezeigte Spannung als Maß für die Halbwertsbreite der Leistung genutzt werden soll, dann muss der Wert 0.707 des Maximums gewählt werden. Auf den meisten Oszilloskopen mit Bildröhre ist dieser Wert als Orientierung in der Skala als gestrichelte Linie eingraviert.

Vereinfachungen

Ein vereinfachtes Antennendiagramm ist eine Idealisierung von gegebenen Antennenparametern, das dazu dient, geometrische Berechnungen (zum Beispiel für die Richtwirkung einer Antenne) zu erleichtern.

Als erste Vereinfachung wird angenommen, dass die Nebenkeulen der Antenne vernachlässigt werden können und die gesamte durch den Sender erzeugte Leistung sich in der Hauptkeule konzentriert.[2] Um die Auswirkungen dieser Vereinfachung bei theoretischen Berechnungen zu korrigieren, wird der Begriff Antennenabtastverluste (Beam Shape Loss) eingeführt.

Eine zweite Vereinfachung ist die Annahme, dass die gesamte Leistung sich innerhalb der Halbwertsbreite der Antenne befindet und auch innerhalb dieser Halbwertsbreite gleichmäßig verteilt sei (siehe Bild 1, die grün eingefärbte Fläche). Außerhalb dagegen wird angenommen, dass dort keine Leistung existiere.[2] Wenn es erforderlich ist, bei der Berechnung von Reichweiten oder Signalamplituden die Auswirkungen dieser Vereinfachung zu korrigieren, gibt es den Beam Width Factor, welcher ebenfalls als Verlustfaktor angesehen werden kann.

Aufgrund dieser Vereinfachungen ist es möglich, die vom Sender erzeugte Leistung und den Antennengewinn direkt in der Radargrundgleichung als Parameter zu verwenden. Weiterhin kann erst mit Hilfe dieser Vereinfachungen der Gewinn einer Antenne gegenüber einem isotropen Strahler als Verhältnis der Fläche zwischen den Winkeln der Halbwertsbreite zur Gesamtfläche einer Kugel angegeben werden. In der Radartechnik werden diese Vereinfachungen vor allem dort angenommen, wo es nur um eine qualitative Bewertung geht, zum Beispiel eine Positionsbestimmung.

Sources and ressorces:

  1. Hamish Meikle: ''Modern Radar Systems'' Artech House on Demand, 2008, ISBN 978-1-59693-242-5, p. 108 (online preview)
  2. NAVAIR Electronic Warfare/Combat Systems: ''Electronic Warfare and Radar Systems Engineering Handbook'', 1 Jun 2012, p. 64 (PDF) p. 3-1.2 (Print) (online)