UMTS-, WLAN-, DECT-Antennen - Kauf - Checkliste

Wie gut ist (m)eine Antenne?

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

Diese Information soll alle zum Nachdenken anregen. Jeder soll in die Lage versetzt werden, die Angabe über den Gewinn einer Antenne, der allzuoft zu hoch gegriffen ist, auf seine Plausibilität zu überprüfen.

Der großen Konkurenz bei ebay sei es gedankt, daß wir viele kluge Köpfe bekommen haben, die endlich in der Lage sind, Antennen mit immer höheren Gewinnen zu bauen. War der Rest der Welt bisher zu blöd? Oder stimmt da was nicht?

Ein altes Sprichwort heißt: "Papier ist geduldig". Nicht alles was da so geschrieben steht, ist auch richtig. Jeder Lieferant und Verkäufer verspricht seinen (möglichen) Kunden das beste um sein Produkt gegenüber der Konkurenz abzuheben und schönt zu diesem Zweck die Daten seines Produktes. Besonders dort, wo der Kunde nicht in der Lage ist, die Angaben nachzuprüfen, wird nicht selten am meisten übertrieben.

Die Konkurenz mit den seriöseren Angaben verkauft dann möglicherweise weniger, oder zieht nach und gibt dann ihrerseits auch bessere Werte an. Wo soll das ganze enden?

Es werden Yagi-Antennen mit 19dBi angeboten bei einer Baulänge von nur 700mm!? Veröffentlichte Meßergebnisse an einer 2m langen Yagi dokumentierten 19dBi!

Das Paradoxe:
Den Gewinn einer Antenne zu messen ist eine aufwendige Sache und kann vom Käufer normalerweise nicht vorgenommen werden. Wenn der Käufer mit seiner Antenne eine Verbesserung gegenüber der ursprünglichen Antenne feststellt, ist er erstmal zufrieden und attestiert dem Verkäufer auch noch, daß er ihm eine gute Antenne verkauft hat, was subjektiv auch nicht unrichtig ist.

Zusammengefaßt die 5 wichtigsten Checkpunkte für den Antennenvergleich

Die Leistung einer Antenne wird bestimmt durch:

Antennentyp
Der Antennentyp bestimmt die Daten und Leistungen einer Antenne, der Hersteller nur sehr begrenzt.
Die Bandbreite einer Antenne ist weitgehend vom Typ abhängig.
Baugröße
wichtig bei Rundum/Omni (Anzahl der Antennenelemente (= Bauhöhe des aktiven Teils ohne ev. Halterungsabschnitt)), Yagi (Anzahl der Reflektor-Elemente (= Baulänge, ohne ev. Halterung)), Helix (Anzahl Drahtwindungen (=Rohrlänge)), Hohlleiter (aktive Höhe ohne Halterung), Hornstrahler (Öffnungsgröße), Parabolspiegel (Schüsselgröße)
Art und Länge des Kabels
Die Gewinnangaben für die antennen berücksichtigen meist nicht die Kabelverluste. Je dünner ein Kabel, umso höher die Verluste. Diese Verluste sind erheblich bei RG174 2,2dB/m, mittel bei RG58 0,8-1dB/m und LMR100 und Microcell3 1,1dB/m, moderat bei H155 Low-Loss und Microcell5+ 0,5dB/m (die Verlustangaben beziehen sich auf 2,4GHz WLAN-Frequenz, für UMTS sind die Verluste bedingt durch die niedrigere Frequenz etwas kleiner).
Low-Cost
Werden sinnvolle Teile einer Antenne verkleinert oder weggelassen, (z.B. um sie in einem kleineren, weil billigeren Gehäuse unterbringen zu können) wird sich dies deutlich am Gewinn zeigen.
Sorgfalt der Verarbeitung
Alles was nicht in großen Stückzahlen produziert wird, läuft eher in die Gefahr von Verarbeitungsmängeln.

Gleich weiter zur Tabelle

Antennen - und ihre dBi (= Angabe für den Gewinn einer Antenne)

Was ist dBi?
Eine Angabe eines Wertes in dB (dezi Bel = zentel Bel) ist immer eine relative Angabe. Das heißt, es muß auch der Bezugswert angegeben sein. Bei Antennen ist diese Bezugsgröße der Isostrahler, deshalb hängt man ein "i" an: dBi. 0dBi bedeutet somit keinesfalls, daß die Antenne keine Leistung bringt. 0dBi bedeutet Faktor 1 oder anders ausgedrückt: es ist gleich wie beim Isostrahler.

Was ist ein Isostrahler?
Ein Isostrahler ist eine Antenne, die in alle Richtungen gleich stark strahlt. So etwas gibt es in der Praxis nicht und dieses theoretische Modell verwendet man nur als Vergleichsmodell um Antennengewinne anzugeben.

Was ist Antennengewinn und woher kommt dieser?
Ein Isostrahler strahlt in alle Richtungen gleich stark. Bei realen Antennen ist dies nicht so. In bestimmten Richtungen ist das Strahlungsfeld stärker, im Ausgleich dazu in andere Richtungen schwächer. Um wieviel es stärker ist, ist von der Art der Antenne und ihrer Konstruktion abhängig. Der Antennengewinn gibt an, wieviel mal stärker die Strahlung in der Vorzugsrichtung der Antenne im Vergleich zu einem Isostrahler ist. Bzw. bei Empfangsantennen, wieviel mal höher die empfangene Antennenleistung ist.

Wichtige Aspekte:
Der Gewinn einer Antenne (manche bezeichnen es als Verstärkung - was aber dann leicht zu der irrtümlichen Meinung führen kann, es sei ein elektronischer Verstärker enthalten) in einer bestimmten Richtung bewirkt immer(!) einen Verlust zu lasten einer anderen Richtung. Die Summe aller Gewinne und Verluste aller Richtungen kann nie mehr als 0dB ergeben, da keine zusätzliche Energie mit Hilfe eines elektronischen Verstärkers zugeführt wird.
Nur genau in der Vorzugs-Richtung hat man den angegebenen maximalen Gewinn. Weicht man von dieser Richtung ab, wird dieser je nach Antennencharakteristik mehr oder weniger schnell schwächer. Ganz abseits von der Vorzugsrichtung ist das Strahlungsfeld erheblich schwächer als bei einem Isostrahler (es ist dann ein Verlust diesem gegenüber).

Antennengewinn und Strahlungsbreite hängen stark voneinander ab. Hat eine Antenne sehr hohe Gewinne, dann konzentriert sich die Strahlung auf einen sehr schmalen Winkel. Bei einer Rundum-Antenne (Omni) ist die Strahlung in der Horizontalen zwar 360° dafür in der vertikalen sehr eng. Es ist nicht möglich bei einer 8 dBi Omni auch in der vertikalen einen großen Winkel von z.B. +/- 30° zu haben.
Die Antenne kann immer nur soviel Energie abgeben, wie sie aus dem Gerät bekommt. Sie kann diese nur unterschiedlich stark in verschiedene Richtungen verteilen. Und wenn bei hohen Gewinnen alles in eine Richtung gestrahlt wird, dann ist eben schon knapp daneben nichts mehr.
Mit der Strahlungsbreite wird der Winkel angegeben, an dem der Gewinn 3dB unter dem maximalen Wert liegt (also halb so stark). Dabei kann der Winkel des Strahlungskegels in der Form z.B. 24° oder auch als halbierter Wert in der Form z.B. +/- 12° angegeben sein.

Wovon ist die Höhe des Antennengewinns abhängig?

1) Typ der Antenne
Der Antennengewinn hängt sehr stark mit dem Antennentyp zusammen.
Ganz wichtig: Die Bandbreite einer Antenne
Die Bandbreite gibt an, ein wie breites Frequenzband eine Antenne abdeckt. UMTS ist ein breites Frequenzband, WLAN 2,4GHz und DECT ein schmales.

Die Bandbreite hängt sehr stark mit dem Antennentyp zusammen und läßt sich nicht nach Belieben verändern.
Beliebig breitbandige Antennen lassen sich mit dem Typ "logarithmisch periodische Antenne" bauen (auch wenn sie einer Yagi ähnlich sieht, ist das was völlig anderes).
BiQuad-Antennen sind auch noch gut breitbandig.
Yagi-Antennen, Dosenerreger, Helix, Hohlleiter-Schlitz sowie Rundumantennen mit höheren Gewinnen sind schmalbandig.

Setzen sie keine schmalbandigen Antennen für UMTS ein! Die Gewinnangaben für eine Antenne gelten immer für das Maximum in Bandmitte. Bei UMTS wird aber an den Bandrändern übertragen. Die Gewinne einer Yagi an den Bandrändern bleiben weit unter dem Maximalwert. Nicht selten ist man dann mit einer breitbandigen Antenne, die nur die Hälfte an dBi hat, besser dran, als mit einer Yagi.

2) Von der Baugröße der Antenne
Eine doppelt so große Antenne bringt theoretisch den doppelten Antennengewinn. In dB ausgedrückt sind dies 3dB! (in der Praxis sind es eher nur 2-2,5dB) 3dB bedeutet doppelte Leistung!
Wenn eine 0,5m lange Yagi-Antenne z.B 15dBi hat, dann muß sie theoretisch 1m lang sein, wenn doppelte Leistung erwünscht ist und hat dann 18dBi.
Das gleiche gilt für eine Parabolschüssel. Um 3dB mehr zu haben muß die Schüssel die doppelte Fläche haben, doppelter Durchmesser ergibt 6dB mehr.
Wenn zwei Antennen zusammengekoppelt werden, hat man doppelte Leistung bzw. 3dB mehr, bei 4 gekoppelten Antennen sind es 6dB mehr als die Einzelantenne hat.
In der Praxis sieht es etwas schlechter aus, doppelte Größe bringt nicht ganz das doppelte. Auch bei der Kopplung von mehreren Antennen entstehen wiederum etwas Verluste.
3) Nicht vom Hersteller
Kein Hersteller ist in der Lage, eine Antenne bekannten Typs mit wesentlich besseren Gewinnen als vergleichbare der Konkurenten, herzustellen. Die Antennentypen sind heutzutage weitgehend ausgetestet. Unterschiede sind da nur in geringem Umfang realistisch.
4) Gespart
Low-Cost ist nur so lange gut, wie es zu keinen Abschlägen bei der Leistung führt. Nicht selten ist jedoch zu sehen, daß versucht wird Panel-Antennen (BiQuad-Antennen) in ein für ihre Bauart viel zu kleines Gehäuse zu quetschen (ein kleines Gehäuse ist erheblich billiger als ein großes). Ein BiQuad benötigt nun mal einen Reflektor der wenigstens die Ausmaße von 120*80mm hat (210*80mm für Doppel/Vierfach-Quad). Wenn nun das ganze Gehäuse außen nur 100*100mm mißt, dann bleiben für den Reflektor allenfalls etwas über 90mm. Deutliche Gewinnabschläge sind die Folge, die jedoch oft nicht angegeben werden.
5) Geschlampert
Die Sorgfalt der Verarbeitung läßt oft dort zu wünschen übrig, wo in kleinen Stückzahlen verarbeitet wird und besonders was durch ein Gehäuse oder sonstige Maßnahmen verdeckt ist. Wer da genauer hinsieht, wird nicht selten erschreckendes feststellen. Der häufigste Schwachpunkt ist die Verbindungsstelle des Kabels mit dem Antennenelement.

Was den Antennengewinn noch erheblich beeinflußt
Dünne, sowie auch längere Anschlußkabel reduzieren z.T. erheblich den Gewinn.
Insbesondere 2,6mm dünnes Koaxkabel wie z.B. RG174 mit 2,2dB Verlust je Meter Länge, macht sich erheblich bemerkbar und sollte somit nur für kürzeste Längen verwendet werden. Das LMR100 low-loss-Kabel und unser Microcell 3 sind eine gute alternative zum RG174 und haben nur 1,1dB/m. Da der Preisunterschied nur gering ist, gibt es keinen vernünftigen Grund, dieses nicht einzusetzen..
RG58 liegt mit 0,8-1dB/m im Mittelfeld und ist bei kurzen Längen gut brauchbar.
Sollten sie längere Kabel benötigen, so empfiehlt sich ein Low-Loss-Kabel wie z.B. H155 und unser Microcell5+ mit 0,5dB/m.
Noch zu erwähnen sind die etwa 10mm dicken Low-Loss-Kabel mit 0,25dB/m, die jedoch wegen der Dicke, der damit erforderlichen Pigtails und der erheblichen Kosten ihre Nachteile haben. Alle Verlustangaben beziehen sich auf 2,4GHz WLAN-Frequenz. Bei UMTS liegt man wegen der niedrigeren Frequenz etwas günstiger.

Materialien für die aktiven Antennenelemente

Silber hat die beste Leitfähigkeit, ist aber zu teuer
Kupfer ist gut, aber wegen Korrosion nur lackiert oder im wetterfesten Gehäuse / gut geeignet
Aluminium hat noch gute Leitfähigkeit und ist sehr korrosionsfest / gut geeignet / meist verwendet
Edelstahl ist zwar sehr korrosionsfest hat aber nur noch mäßige Leitfähigkeit / noch gut aber nicht so gängig

Wieviel Gehäuse braucht man?
Ein Gehäuse ist wichtig für den Witterungschutz der Kontaktstelle mit dem Anschlußkabel. Auch als mechanischer Schutz empfindlicher Elemente wie z.B. BiQuad ist es sinnvoll. Aber zuviel an Gehäuse dämpft auch den Gewinn. So gesehen sollte es nicht mehr als notwendig sein, sonst könnte sich der Verdacht aufdrängen, daß mangelhafte Arbeit versteckt werden soll.

Antennentypen und typ. erreichbarer Antennengewinn
Der Antennengewinn bezieht sich allein auf das Antennenelement ohne Kabel. !!! Insbesondere dünne Kabel wie RG174 reduzieren den Gewinn erheblich!
Bei Gewinnen wird der max. Wert in Bandmitte angegeben, Je nachdem, wofür die Antenne eingesetzt wird, ist dieser jedoch nicht nutzbar (z.B. bei UMTS).
Diese Tabelle ist aus 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
stehende Dipolantenne Antennenstummel	2,1dBi	360°/60°	Dies ist eine Rundum-Antenne, die Gerätehersteller von Access Points und PCI-Karten meist mitliefern (oft abschraubbar zecks Anschluß von Antennnenkabeln, Verlängerungen, alternativen Antennen)
Rundum(Omni)-Antenne	5-12dBi	360°/25-12°	Diese Antenne gibt es in unterschiedlichen Baugrößen und besteht je nach Gewinn aus einer unterschiedlichen Anzahl von zusammengesetzten Einzelelementen Als Tischantenne (z.B. Drahtantenne mit mittigem Wendel = 2 Elemente mit Entkopplungsspule) oft mit 5dBi, bei ca. 50cm Baulänge etwa 8dBi, 1 -1,5m bis 12dBi, Baugröße ist je nach Ausführung der Einzelelemente etwas variabel
BiQuad-Antenne Panel-Antenne	12dBi	45°/45°	Eine häufig angebotene Antenne mit max. 12dBi Gewinn bei einer Baugröße von ca. 140*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	40°/40°	Der etwas größere Bruder der BiQuad-Antenne mit etwa 14dBi bei einer Baugröße von etwa 220*100mm.
Zusammengesetzte BiQuad-Antennen Anordnungen	14 / 18dBi	35°/35°	Mehrere BiQuad oder auch Doppel-BiQuad-Antennen werden gekoppelt. Damit erreicht man bei Arrays aus 2 Antennen theoretisch +3dB, bei 4 fach Arrays theoretisch +6dB. In der Praxis liegen die Werte jedoch wegen Kopplungsverlusten 1-2dB darunter, was die Hersteller oft nicht angeben
logarithmisch-periodische-Antenne	bis max. 11dBi	30°/30°	Konstant hoher Gewinn über die gesamte Bandbreite. Diese Antenne hat Elemente, die sich in logaritmisch periodischen Abständen wiederholen und auf 2 Trägern angeordnet sind und kann beliebig breitbandig gebaut werden. Es können max. 11dBi erreicht werden (mehr geht physikalisch bedingt nicht). Bei großen Bandbreiten (z.B. GSM900 bis GSM1800 und UMTS) liegt der Gewinn bei bis zu 6 dBi. Bei GSM1800 und UMTS bis 11dBi.
Dosenerreger-Antenne	12dBi, (15dBi)	45°/45°	Eine sehr einfach aufgebaute Antenne mit guter Leistung. Klammerwert mit angebautem Trichter. Diese Antenne ist wegen ihrer Einfachheit bestens für den Selbstbau geeignet. Der Erfolg ist gewiß.
Yagi-Antenne	15dBi / 18dBi / 19dBi	30°/30°	Dies ist eine Elementantenne, wie man sie für den Fernsehempfang noch heute oft auf den Dächern sieht. Für WLAN mit entsprechend kleinerer Baugröße. Z.B. 15dBi bei ~0,45m, 18dBi bei ca. 1 - 1,4m, 19dBi bei 1,5m -2m (jeweils aktive Länge der Elementanordnung, ohne Teilstück das nur der Halterung dient) Vorteil: Gute Antennengewinne, Nachteil: Baulänge; steht von der Wand ab
Helix-Antenne	18dBi	25°/25°	Das Antennenelement ist ein rohrförmig gewickelter Draht (ein Rohr wird üblicherweise als Trägerkonstruktion verwendet) mit dahinterliegendem Reflektor Vorteil: Gute Antennengewinne (Angabe bei 0,5m Rohr), Nachteil: Baulänge; steht von der Wand ab Vorsicht: Strahlungsfeld ist zirkular polarisiert (je nach Ausführung rechts oder links). Um den vollen Gewinn zu erhalten benötigt man eine gleiche Antenne auf der Gegenseite. Kann jedoch auch in horr. oder vertikal polarisiertem Feld verwendet werden (d.h. mit allen anderen hier beschriebenen Antennen). Der Gewinn ist dann jedoch 3dB niedriger und damit bezogen auf gleiche Baulänge etwas schwächer als eine Yagi.
Hohlleiter-Schlitz-Antenne	17-19dBi	140 o.360°/6°	Eine Antenne mit besonders herausragenden Eigenschaften wie 80° horizontale Strahlbreite (es gibt auch 360° Ausführungen), vertikal wenige Grad damit erreicht man eine breite/bzw. rundum Abdeckung bei höchsten Gewinnen, bei waagrechter Montage ist durch die enge Strahlungscharakteristik eine wirksame Unterdrückung störender Nachbarsender möglich Vorteil: flache Montage auf Wand, Bauhöhe ~80cm aktive Länge ergeben 19dbi horr. beim RC-Typ als Sender, als Enpfänger 2-3dB weniger
Horn(strahler)-Antenne	20dBi	25°/25°	Gleiches Prinzip wie Dosenerreger mit Trichter. Bei hohen Gewinnen wegen der Baulänge und Größe unhandlich und damit wenig brauchbar für allgemeinen Einsatz
Parabolspiegel-Antenne	20-27dBi	15°/15°	Bekannt als Satelliten-Schüssel. Gewinne von etwa 20dBi bei 0,5m Schüssel, Strahlungsbreite je nach Schüsselgeometrie

Nun wünsche ich allen ein wachsames Auge und damit ein glückliches Händchen für eine gute Wahl.

Hier ein paar Leserbriefe, zu dieser Seite

Gratulation. Endlich einmal einer, der auf eine gute Art und Weise sagt und schreibt wie es ist. Ich selber habe lange recherchiert und habe schlussendlich im Internet die mehrheitlich positiven Erfahrungen einer Dosenerregerantenne in die Praxis umgesetzt. Ich war absolut begeistert was das Ding bringt. Ich überbrücke hier bei mir im Ort quasi die letzte Meile von 2 km mit vollem Erfolg. Lieben Gruss und weiter so. Karin

Wollte mich nur noch mal kurz melden und Ihnen sagen, dass Ihre Antennen super sind und astrein funktionieren. Das hat unser WLAN gerettet.
Besten Dank noch mal.

Ich habe vor kurzem eine bi-quad antenne incl. 2m H155 kabel und SMA-RP-03 stecker bei ihnen bestellt. mit dem ergebnis und dem erfolg bin ich sehr zufrieden. auch mit der lieferung hat alles gut und schnell geklappt. ich möchte an dieser stelle ein lob aussprechen.

Sehr geehrter Herr Rappl,
ich beabsichtige, bei Ihnen weitere 50 Stück 5dBi (Omni) Rundum-Antennen zu bestellen. Unsere Tests haben ergeben, dass die von Ihnen gelieferten Antennen einen merklich besseren Antennengewinn haben, als die von uns alternativ eingesetzten 5dBi "Gummi-Antennen".