UMTS-Antennen-Check

  • Wie hoch ist der Gewinn von UMTS-Antennen?
  • Wie realistisch sind die Angaben zum Antennengewinn?
  • Wieviel Verluste haben Kabel?


Eine Info des e-shops von Brennpunkt S.R.L. / Ing. Friedrich Rappl



Das Freeware-Programm MWconn von
Markus Weber mit Pegelanzeige in dB und % ist eine wertvolle Hilfe um den Gewinn einer Antenne festzustellen. http://www.mwconn.com/. Achten sie jedoch darauf, wenn sie Antennen vergleichen, daß die angezeigten Werte nicht sehr genau sind (dies liegt an der Hardware in den UMTS-Geräten) aber für eine überschlägige Betrachtung recht brauchbar sind.



Antennengewinn - wie gut ist (m)eine Antenne?

Wie gut eine Antenne ist, wird mit dem Antennengewinn angegeben. Ein einfacher Antennen-Dipol hat 2dBi (eine solche Antenne ist in jedem UMTS-Gerät bereits eingebaut). Eine externe Rundum-Antenne mit 2dBi Gewinn anzuschließen macht damit nur in ganz bestimmten Fällen Sinn.

Jeweils doppelter Antennengewinn sind 3db mehr und damit vierfacher 6dB, achtfacher 9dB, usw.
6dB mehr benötigt man für doppelte Reichweite - bei freier Sicht.

Achten sie auf die Kabelverluste!

Der Antennengewinn wird immer nur für das Antennenelement  !ohne!  Kabel angegeben!

Es gilt: Dicke Kabel haben weniger, dünne Kabel höhere Verluste. Bei größeren Längen sind die dickeren Kabel unumgänglich!

2,7mm dünne RG174 Kabel (leider oft verwendet - weil billig) haben ca. 2dB/m
- ein erschreckend hoher Wert - was bleibt da vom Antennengewinn noch übrig? Ein Verlust von 3dB bedeutet 50% Verlust, 6dB 75% Verlust.

Moderne Kabel mit Schaumstoffdielektrikum
mit etwa 2,8mm Durchmesser wie Microcell 3, LMR100, RF100 usw. haben ca. 0,9dB/m
5,4mm dicke wie Microcell 5+, RF5, H155 usw. etwas über 0,4dB/m.

Kabel mit Schaumstoffdielektrikum ist das mindeste was sie fordern sollten. Alles andere ist heute nicht mehr zeitgemäß.

* alle Verlustangaben beziehen sich auf UMTS-Frequenz von 2000MHz.


Antennentypen und deren Antennengewinne

Achten sie auf die Plausibilität von Gewinnangaben! Nicht jeder, der seine Antennen verkaufen will, macht seriöse Angaben.


Diese Tabelle ist aus unserer Erfahrung und der gängigen Literatur erstellt. Höheren Gewinnangaben sollten sie zumindest nicht leichtfertig Glauben schenken.

Antennentyp
bzw. gängige Bezeichnung
typ. erreichbarer
Antennengewinn
Strahlungs-
charakteristik
horrr./vert.
Anmerkungen
Dipolantenne
Antennenstummel
2,1dBi 360°/60° Dies sind Aufsteckantennen für Notebooks, Glasklebeantennen, kleine Standantennen sowie Autoantennen mit mehr oder weniger langem Kabel (einziger Vorteil zur bereits eingebauten Antenne ist dabei der veränderbare Antennenstandort - bedingt durch die Kabelverluste hat diese Antenne jedoch im Endeffekt erheblich weniger Leistung als die eingebaute)
Yagi-Antenne 15dBi (10dBi) 30°/30° Dieser Antennentyp ist schmalbandig und damit weniger für das breite UMTS-Band geeignet. Größere Bandbreite geht immer auf Kosten des Gewinns. Gewinnangaben beziehen sich auch immer auf den max. Wert in Bandmitte. Übertragen wird jedoch an den Bandrändern. Den angegebenen Gewinn kann man daher bei weitem nicht ausschöpfen. Von einer 15dBi Yagi hat man dann allenfalls 10dBi zur Verfügung.
BiQuad-Antenne
DoppelQuad-Antenne
Panel-Antenne
12dBi (10dBi) 45°/45° Eine Richt-Antenne mit max. 12dBi Gewinn (nur in Bandmitte) bei einer Baugröße von ca. 150*100mm. Wesentlich kleinere Ausführungen haben geringere Gewinne und alles was größer ist, kommt auch nicht über 12dBi.
Doppel-BiQuad-Antenne
Vierfach-Quad-Antenne
Panel-Antenne
14dBi (11dBi) 40°/40° Der etwas größere Bruder der BiQuad-Antenne mit etwa 14dBi (nur in Bandmitte) bei einer Baugröße von etwa 220*100mm.
Sechsfach-Quad-Antenne 14dBi 40°/40° Auch sowas gibt es (unnötigerweise). Wer glaubt mit jeweils 2 Quads mehr, werden auch jeweils 2dBi mehr, der liegt völlig daneben. Bedingt durch die Anpassungsschwierigkeiten sowie der physikalischen Gegebenheiten hat eine solche Antenne auch nicht mehr Gewinn als eine VierfachQuad.
Log.per.-Antenne

(fälschlicherweise manchmal als Yagi bezeichnet)
5dBi-11dBi 30°/30° Logarithmisch periodische Breitband-Richtantenne. Dies ist eine Elementantenne, mit zwei Elementträgern mit kurzen Elementen an der Antennenspitze für die hohen Frequenzen und nach hinten länger werdenden Elementen für die niedrigeren Frequenzen. Physikalisch bedingt sind die Gewinne derartiger Antennen auf max. ca. 11dBi begrenzt (höhere Gewinnangaben sind schlicht unseriös - !?habe schon Angaben von16,5dBi gesehen!?).
Diesen Antennentyp gibt es für UMTS in den unterschiedlichsten Varianten mit unterschiedlichen Gewinnen von etwa 5dBi (für GSM900, GSM1800 u. UMTS) bis 11dBi (für GSM1800 u. UMTS).
Vorteil: Hoher gleichmäßiger Antennengewinn über die gesamte Bandbreite, damit zum Teil leistungsfähiger als Quad-Antennen.
Panel-Antennen - Antennenarrays 15dBi 20°-25° Durch die Zusammenschaltung mehrerer Antennen auf einer größeren Fläche (z.B. 350 * 350mm für 15dBi) erreicht man höhere Antennengewinne.
Parabolspiegel-Antenne 20-27dBi 15°/15° Bekannt als Satelliten-Schüssel. Statt dem LNB ist eine UMTS-Antenne im Brennpunkt des Parabolspiegels montiert. Gewinne von etwa 20dBi bei 0,6m Schüssel, Strahlungsbreite je nach Schüsselgeometrie


"Hochleistungsantenne" oder andere hochgestochene Wortschöpfungen wie auch "hochwertiges Kabel" sind oft dazu da, von schlechten Werten nicht veröffentlichter Daten abzulenken.  Lassen sie sich davon  nicht täuschen und fragen sie nach Antennengewinn und Kabelverlusten (und zwar in Zahlen! "Gut", "bestens", "hochwertig", ist keine brauchbare Angabe.
Habe schon Angebote mit 5m! langem Kabel gesehen mit dem Vermerk 
"sehr geringer Empfangsverlust durch low loss RG174 Kabel". Aus diesem Kabel tröpseln nur noch jämmerliche 10% des Antennengewinns, 90% sind weg! Und es war auch nur eine 2dBi Antenne!).

Vergleichen sie angebotene Antennen mit den oben aufgeführten Typen. Sicher werden sie eine passende Zuordnung finden und damit sehen, ob die Gewinnangaben plausibel sind (gerne ergänze ich auch die Liste um weitere Typen).


Die Qual mit den Pigtails / Adapterkabeln / Antennensteckern
Unterschiedliche Geräte haben unterschiedliche Antennenbuchsen und man benötigt dazu immer das passende Adapterkabel. Manche Stecker werden weltweit nur von einem Hersteller gefertig. Entsprechend teuer und manchmal auch schwer zu bekommen, sind dann diese Stecker und Adapterkabel.
Eine Übersicht was wozu paßt, sowie die Stecker-Bezeichnungen finden sie auf unserer Web-Seite unter "UMTS-Stecker".

Tips zur Antennenwahl
finden sie auf unserer Web-Seite unter "UMTS-Antennen".


Nun die Qual der Wahl:
Wir hoffen, daß sie mit unseren Informationen jetzt in der Lage sind, die passende Antenne für sich zu finden, um in den Genuß von UMTS mit möglichst hoher Datenrate zu kommen.


Was ist erlaubt, welche Antenne darf ich anschließen?
In der untenstehenden Tabelle finden sie die zulässigen Sendeleistungen für die verschiedenen Dienste. Diese Sendeleistungen dürfen nicht überschritten werden.

An der zulässigen Sendeleistung für ein UMTS-Handy von 0,25W können sie schon erkennen, daß im Gegensatz zu GSM900 Handy und GSM1800 Handy, bei denen 2W erlaubt sind, die Reichweiten bei UMTS erheblich eingeschränkter sind. Deshalb funktioniert die Übertragung mit GPRS  immer noch, wenn mit UMTS schon lange nichts mehr geht.

Beispiel:
Die 0,25W dürfen sie an einer Iso-Antenne abstrahlen (lesen sie dazu auf unserer Web-Seite bei "WLAN-Antennen" die Erläuterungen nach). Liefert ihre UMTS-Karte 0.16W Sendeleistung, so dürfen sie nur eine 2dBi-Antenne anschließen. Die 2dBi-Antenne verstärkt ihr Signal von 0,16W auf 0,25W EIRP (effektiv isotrop abgetrahlte Leistung). Haben sie jetzt allerdings ein 20m langes Kabel mit 2 Steckverbindern, das vom Erdgeschoß bis in das Dach zur Antenne reicht, so macht dieses etwa 20m*0,4dB/m + 2*0,5dB/Stecker = 9dB Verlust. Diese 9dB können sie nun mit einer kräftigen Antenne kompensieren. Eine 2dBi-Antenne war in unserem Beispiel schon als vorhandene Antenne angenommen, zusätzlich können sie noch 9dB an Gewinn haben, 2dBi + 9dB = 11dBi. D.h. sie können eine Antenne mit einem Gewinn von 11dBi verwenden ohne die erlaubte Sendeleistung zu überschreiten.

Für die Einhaltung der Grenzwerte ist jeweils der Betreiber (das sind sie) verantwortlich. Nur sie wissen auch, welche Komponenten sie zusammengeschaltet haben.
Die Hersteller der Geräte haben nur sicherzustellen (CE-Kennzeichen), daß mit der "eingebauten Antenne" die Grenzwerte eingehalten werden. Wenn eine externe Antenne angeschlossen wird, ist selbstverständlich der Betreiber dafür verantwortlich.

Hier ist noch der Link zur Bundesnetzagentur: http://www.bundesnetzagentur.de/
Da kann nachgelesen werden, was erlaubt ist.


Hier die Zusammenstellung der wichtigsten Daten von UMTS (Frequenzen und erlaubte Sendeleistung)

UMTS-Frequenzbänder für Europa [MHz] Dienste
1710 - 1785 DCS-1800 Uplink (Digital Cellular System = GSM 1800)
1805 - 1880 DCS-1800 Downlink
1880 - 1900 DECT – Digital Enhanced Cordless Telecommunications
1900 - 1920 UTRA-TDD (5MHz-Bänder)
1920 – 1980 UTRA-FDD Uplink (5MHz Bänder)
1980 - 2010 MSS Uplink (Mobile Satellite Service)
2010 - 2020 UTRA-TDD unlizenzierter Betrieb (2x 5MHz Bänder)
2020 - 2025 UTRA-TDD (1x  5MHz Band)
2110 - 2170 UTRA-FDD Downlink  (12x  5MHz Bänder)
2170 - 2200 MSS Downlink (Mobile Satellite Service)


WLAN (gehört nicht mehr zum UMTS-Band)
2412 -2472
WLAN 13 Kanäle (IEEE802.11b, IEEE802.11g)
5150 – 5350 WLAN (IEEE802.11a/h)
5470 – 5725 WLAN (IEEE802.11a/h)


Zulässige Sendeleistungen
Angaben ohne Gewähr

Teilweise bestehen Unterschiede in verschiedenen Ländern
Funksystem Frequenz [MHz]
Leistung
GSM900 Handy 870-960
bis 2W
GSM900 Basisstation 870-960
10W - 40W (10W typisch)
GSM1800 Handy 1710-1880
bis 2W
GSM1800 Basisstation 1710-1880
10W - 40W (10W typisch)
DECT (Schnurlostelefon) 1880-1900
250mW
UMTS Basisstation 1900-2170
20W
UMTS Handy u. PC-Karten 1900-2170
0,25W = 24dBm
Garagentoröffner u.dgl. 2,4 GHz ca. 10mW = 10dBm
Bluetooth 2,4 GHz 10mW oder 100mW
WLAN 802.11b/g 2,4 GHz 100mW = 20dBm
WLAN 802.11a/h 5150 – 5350 200mW (für Indoor), 5150 - 5250: 0,25 mW/25kHz in jedem 25 kHz-Band,
5250 - 5350: 10mW/1MHz in jedem 1 MHz-Band
WLAN 802.11a/h 5470 – 5725 1W (für Indoor und Outdoor), 50 mW/MHz in jedem 1 MHz-Band


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