Isotroper Kugelstrahler
Bild 1: Ein isotroper Strahler hat eine kugelförmige Leistungsverteilung
Bild 1: Ein isotroper Strahler hat eine kugelförmige Leistungsverteilung
Isotroper Kugelstrahler
Ein isotroper Kugelstrahler ist eine in der Praxis nie vorkommende Antenne, die mit der geometrischen Abmessung eines Punktes in alle Richtungen (kugelförmig) gleichmäßig stark strahlt. Jedoch schon der Einfluss der Erdoberfläche würde das Diagramm verändern und die Ausbildung von Minima und Maxima bewirken.
Ein isotroper Kugelstrahler hat aber kein Maximum. Das horizontale Diagramm ist gleich dem vertikalen Diagramm. Während alle anderen charakteristischen Eigenschaften gleich der zu vergleichenden realen Antenne seien wird angenommen, dass die gesamte abgestrahlte Leistung sich gleichmäßig auf einer Kugeloberfläche verteile. Gemäß den Maxwellschen Gleichungen ist selbst das für elektromagnetische Wellen nicht einmal theoretisch möglich. Damit ist er nur ein hypothetisches Konstrukt als Grundlage für eine mathematisch- physikalische Größe, die zum Vergleich herangezogen wird.
Bild 2: Strahlungsdichte um einen Halbwellendipol, gleiche Leistung pro Flächeneinheit ist mit gleicher Farbe dargestellt (Ergebnis einer 3D-Antennensimulation)
Bild 2: Strahlungsdichte um einen Halbwellendipol, gleiche Leistung pro Flächeneinheit ist mit gleicher Farbe dargestellt (Ergebnis einer 3D-Antennensimulation)
Alle anderen Antennen haben entweder in einer Ebene oder in einer Richtung gegenüber dem Kugelstrahler einen durch Reflexionen oder durch die geometrische Ausdehnung der Antenne verursachten Gewinn.
| G = | 4·π·Ae | G = Antennengewinn λ = Wellenlänge Ae = effektive Antennenfläche |
(1) |
| λ2 |
Der isotrope Kugelstrahler wird als Referenz für die Richtwirkung und den Antennengewinn einer realen Antenne verwendet. Da dieser isotrope Kugelstrahler in der Praxis nicht existieren kann (ein Punkt kann keine Transversalwellen erzeugen), muss sich messtechnisch irgendwie beholfen werden. Oft werden dann kalibrierte Vergleichsantennen mit bekanntem Gewinn verwendet und das Ergebnis auf einen isotropen Kugelstrahler umgerechnet. Diese Umrechnung kann man sich auch sparen, wenn als Referenz ein einfacher Dipol verwendet wurde. Um zu unterscheiden, welche Referenzantenne für die Vermessung einer Antenne genutzt wurde (oder ob das Ergebnis auf einen isotropen Kugelstrahler hochgerechnet wurde), wird dann mit einem Index zur Hilfsmaßeinheit Dezibel die zugrunde liegende Referenz benannt:
- 0 dBi (oder auch 0 dBi ) ist ein isotroper Kugelstrahler als Referenz;
- 0 dBd = 2,15 dBi ist das Strahlungsmaximum eines Halbwellendipols als Referenz.
Eine Empfangsantenne kann hingegen nicht einmal hypothetisch ein punktförmiges Gebilde sein. Sie soll aus einem Feld mit einer gegebenen Strahlungsdichte (Watt pro m²) Energie entnehmen. Je größer die effektive Antennenfläche der Empfangsantenne ist, desto mehr Energie kann sie empfangen. Wäre sie punktförmig, dann wäre die effektive Antennenfläche Null und die Antenne würde nicht funktionieren.
Deshalb müssen Empfangsantennen, die als Referenz angenommen werden, eine Mindestgröße haben. Diese Mindestgröße ist als quadratische Fläche mit der Kantenlänge von einer Wellenlänge definiert. Damit wird diese Referenz plötzlich frequenzabhängig, was sich zum Beispiel in der Berechnung der Freiraumdämpfung als Frequenzabhängigkeit auswirkt.