Wieviel Antenne(n) braucht der Mensch?

Die Frage aller Fragen: Welche, wie starke Antenne, benötige ich, um durch diese oder jene Hindernisse hindurch garantiert Empfang zu haben.
Wir reden hier nicht über eine einfache Sichtverbindung. In der Praxis hat man einen Access Point oder Router irgendwo im Haus stehen und bis zur Gegenstation gibt es dann Wände der unterschiedlichsten Art und Dicke und das übelste Hindernis überhaupt: Stahlbetondecken!

Eine oder zwei Antennen
Es ist die Ansicht sehr verbreitet, daß auf beiden Seiten eine gleich starke Antenne vorhanden sein muß. Dem ist jedoch nicht so.
Eine WLAN-Verbindung kann in 2 Stufen verbessert werden.
1) Antennne auf einer Seite
2) Weitere Antenne auch auf der zweiten Seite
Es kann somit immer in Schritten vorgegangen werden.
1) Ausprobieren ob eine kräftige Antenne auf einer Seite bereits reicht. Wenn dies noch nicht geht, dann:
2) Auch die Gegenstelle mit einer kräftigen Antenne bestücken.
Beachten sie jedoch die gesetzlich zulässigen Grenzwerte (Info auf unseren Seiten).

Reichweite
Bei den gängigen leistungsfähigen Geräten sind Reichweiten bei Sichtverbindung von 300 bis 500m angegeben. Um die zweifache Distanz zu überbrücken, benötigt man 6 dB mehr, für vierfache Distanz, 12 db, usw. Wie aus der Erläuterung oben hervorgeht, können sie die Antennengewinne beider Seiten addieren, um sich ein Bild über die erreichbare Entfernung zu machen (beachten sie dabei, daß ein vorhandener Dipol-Antennenstab bereits einen Gewinn von 2 dBi hat).

?Reichweite von Antennen?!
Nur allzu oft findet man Angaben über Reichweiten von Antennen. Es gibt keine unsinnigere Angabe. Eine Antenne alleine hat gar keine Reichweite. Schließlich sind es doch die Geräte, die das Sendesignal erzeugen und Signal empfangen. Die Reichweite ist also vom Gerät (Sendeleistung und Empfangsempfindlichkeit) abhängig. Eine Antenne kann die Reichweite eines Gerätes vergrößern und zwar je 6dB zusätzlicher Gewinn auf das doppelte.

Antenne in der Ecke hinter dem PC

Eine Antenne, die sich hinter einem PC in einer Ecke befindet, möglicherweise noch umgeben von Installationsleitungen, kann die Strahlung nicht effektiv abgeben.
Ein mehr oder weniger langes Antennenkabel, mit dem die Antenne vom PC abgesetzt an einem günstigen Standort positioniert werden kann, ist in vielen Situationen Gold wert.

Auch zur Umgehung von schwierigen Hindernissen, wie Stahlbetondecken und Wänden, alukaschierte Wärmeisolierungen von Dächern, ist ein Antennenverlängerungskabel oft die einzig erfolgversprechende Lösung um ein WLAN zum laufen zu bringen. Obwohl Kabel wiederum Verluste mit sich bringen, macht ein günstiger Antennenstandort die Kabelverluste oft bei weitem wieder gut. So sind Kabellängen bis 15 oder auch 20m durchaus manchmal sinnvoll.

Kein externer Antennenanschluß vorhanden

Wenn das WLAN-Gerät keine abnehmbare Antenne hat, muß erst ein externer Antennenanschluß nachgerüstet werden. Bei manchen Geräten ist die vorhandene Antenne mit einem Hirose U.FL Stecker intern an der Platine angeschlossen. Zieht man diesen Stecker ab, kann man daran den Hirose U.Fl-Stecker unseres vorgefertigten Spezial-Pigtails einfach aufstecken. Am anderen Ende dieses Pigtails befindet sich ein SMA-RP Einbaustecker, den man dann im Gehäuse des Gerätes (ev. im vorhandenen Loch einer dann demontierten Antenne oder in einem zu bohrenden Loch nebenan) montieren kann. Daran paßt dann jede gängige WLAN-Antenne mit SMA-RP-Stecker.

Für alle anderen Geräte, besteht für den, der mit einem Lötkolben umgehen kann, die Möglichkeit einen externen Antennenanschluß mit unseren vorgefertigten Pigtails mit Lötende nachzurüsten.
Hier eine Info dazu: Antennenanschlüsse nachrüsten


USB-Antennen

Es werden Antennen mit bereits integriertem WLAN-USB-Sticks angeboten, die jedoch oft wegen schlechter Empfangsempfindlichkeit des Sticks die Erwartungen oft nicht erfüllen.
Genau so gut kann man aber einen guten WLAN-USB-Adapter (der AWUS036H von Alfa Network ist meiner Meinung nach der beste und zudem preiswert) mit externem Antennenanschluß verwenden und daran die für den persönlichen Einsatzzweck passende Antenne anschließen.
Der Vorteil ist ein qualitativ hochwertiges Gerät mit der passenden Antenne.
Achten sie unbedingt darauf, daß ein Gerät mit guter Empfangsempfindlichkeit Verwendung findet (diese Eigenschaft ist erheblich wichtiger, als die Wahl einer kräftigen Antenne - lesen sie dazu unsere "Goldene Regeln für große Reichweite")

WLAN-USB-Adapter werden mit immer höheren Sendeleistungen angeboten, sodaß wir uns die Frage stellten, was Sinn macht. Hier unsere Info dazu:
High-Power WLAN-Geräte - was ist sinnvoll

Die wichtigsten Antennen - Wann wird welche eingesetzt?

Zum Senden und Empfangen von Funksignalen gibt es eine Reihe von unterschiedlichen Antennen, die man gezielt für eine spezielle Aufgabe einsetzen kann.

Iso-Strahler
Eine Antenne, die ihre Strahlung gleichmäßig in alle Richtungen abgibt, nennt man Iso-Strahler. Ein solcher Iso-Strahler dient als Bezugsgröße für den Vergleich von Antennen-Gewinnen. Den Gewinn einer Antenne gibt man in Dezibel bezogen auf einen Iso-Strahler an (dBi, das "i" steht für Isostrahler). Eine Antenne mit 0 dBi entspricht den Werten eines Iso-Strahlers. 3dBi bedeutet eine Verdoppelung der Leistung, 6dBi eine Vervierfachung, 9dBi eine Verachtfachung, usw.

Iso-Strahler gibt es in der Praxis nicht. Antennen geben die Strahlung nicht gleichmäßig, in alle Richtungen ab. Die Strahlung einer Antenne ist in manchen Richtungen stärker als in anderen.

Antennentypen, ihre Strahlungscharakteristik und ihr Einsatzzweck

Vorwort:
Es werden öfter Antennen angeboten, deren Gewinnangaben maßlos übertrieben sind. Mögliche Antennengewinne hängen vom Typ der Antenne und von deren Baugröße ab. Bei den Antennentypen haben wir die erreichbaren Gewinne sowie auch den Strahlungswinkel angegeben. Wesentliche Unterschiede sind physikalisch bedingt nicht möglich. Da helfen auch nicht  beste Materialien oder hochgenaue Fertigung mit CNC-Maschinen.
Wieviel Gewinn ist bei welchem Strahlungswinkel möglich!
Der Gewinn einer Antenne (oft auch als Verstärkung bezeichnet) kommt nur dadurch zustande, daß die Strahlung in eine bestimmte Richtung bzw. auf eine Ebene konzentriert wird. Ein mehr an Energie kommt ja nirgendwo her, es ist schließlich kein elektronischer Verstärker in die Antenne eingebaut. Es steht nur die vom WLAN-Gerät erzeugte Sendeleistung zur Verfügung.
Je kleiner der Abstrahlwinkel wird, umso höher ist damit der Gewinn einer Antenne (die Leistungsdichte in dieser Richtung wird höher).
Es gibt daher keine Antennen, die kugelförmig rundum abstrahlen und gleichzeitig hohen Gewinn haben (das wäre ja ein Perpetum Mobile). Der Gewinn in einer Richtung hat immer einen Verlust in anderen Richtungen zur Folge!
Näheres hier: Gewinnangaben bei Omni / Rundumantennen - der Unsinn und die Übertreibung kennt keine Grenzen
Fazit: Je höher der Antennengewinn, umso kleiner der Strahlungswinkel (bei einer Rundumantenne ist die Strahlung auf eine Ebene konzentriert -> kleiner vertikaler Strahlungswinkel)!


Rundum- (Omni-) Antennen
Dieser Antennentyp findet vorwiegend bei Routern und AccessPoint Verwendung, da diese häufig mehrere PCs in unterschiedlichen Richtungen versorgen.

Dipolantenne / Rundum- (Omni-) Antenne 2 dBi
Dies ist die am meisten benutzte Antenne. Man findet sie (entweder intern eingebaut, fest oder abnehmbar außen als Antennenstummel) an jedem Router, Access Point, in USB-Geräte und Sticks, PCMCIA-und Express-Karten, ...
Diese Antenne sendet und empfängt das Signal rundum und zwar am stärksten aus der Richtung, die 90° zur Antennenachse liegt. In Richtung der Antennenachse ist das Signal schwach.

Diese Antenne kommt einer kugelförmigen Abstrahlung noch am nächsten und ist damit (als einzige unter den Antennen) auch geeignet, um PCs, die auf mehreren Stockwerken verteilt sind, zu versorgen. !!!Rundumantennen mit höheren Gewinnen sind dafür nicht geeignet. Diese konzentrieren die Strahlung auf die Ebene 90° zur Antennenachse und sind damit nur zur Versorgung von PCs auf einer Ebene/Stockwerk geeignet!!!

Rundum- (Omni-) Antenne mit 5 - 6 dBi
Diese Antenne ist der zuvor beschriebenen sehr ähnlich, hat aber eine noch stärkere Konzentration der Strahlung auf die Ebene die 90° zur Antennenachse steht. Bei dieser Antenne ist somit eine genaue Ausrichtung der Antennen zueinander erforderlich. Z.B. alle Antennen auf einem Geschoß in gleicher Höhe montieren. D.h. weicht man bei einer senkrecht stehenden Antenne von der horizontalen Richtung ab, so wird das Signal sehr schnell deutlich schwächer. Bei einer 6 dBi Antenne ist bei einer Abweichung von nur etwa +/- 15° von der horizontalen das Signal bereits 3 dB schwächer.

Man sollte jedoch bei den möglichen Gewinnen dieses Antennentyps keine übertriebenen Erwartungen haben und bedenken, daß die mitgelieferten Antennen schon 2dBi haben. Auch ist ein der Kabellänge entsprechender Abzug zu berücksichtigen. Eine solche Antenne ist keinesfalls geeignet um erhebliche Verbindungsprobleme zu bewältigen.

Die Antenne hat ihren Einsatzzweck bei Routern und AccessPoints als unterstützende Maßnahme für größere Reichweite.

Rundum- (Omni-) Antenne mit 8 dBi (und mehr)
Dieser Antennentyp ist nicht mehr für Wohnräume zu empfehlen. Es treten in Räumen starke Reflektionen durch alle metallischen Teile auf (Elektro- Heizungsinstallation, Metallregale usw.). Dadurch befindet sich die Antenne wegen ihrer Baulänge in keinem homogenen Feld und die Antenne kann ihre Leistung nicht ausschöpfen. Bevorzugte Aufstellorte sind große Büroräume/Büroetagen, Hallen sowie im Freien, mit ausreichend Abstand zu allen metallischen Teilen. Der Dachfirst ist u.a. ein idealer Standort, aber auch an der Hausfasade ist der Einsatz möglich.
Mit einer Antennenlänge von 50cm sind etwa 8dBi bei 15° vertikal möglich, bei 1,5m Länge etwa 15dBi bei 6° vertikal.

Man sollte jedoch bei den Gewinnen einer 8dBi Antenne keine übertriebenen Erwartungen haben und bedenken, daß die mitgelieferten Antennen schon 2dBi haben. Auch ist ein der Kabellänge entsprechender Abzug zu berücksichtigen. Eine solche Antenne ist keinesfalls geeignet um erhebliche Verbindungsprobleme zu bewältigen.

Die Antenne hat ihren Einsatzzweck bei Routern und AccessPoints als unterstützende Maßnahme für größere Reichweite.

Als Spezialfall für den Einsatz einer Rundumantenne sei noch der Einsatz zur Versorgung einer ganzen Hausfasade (z.B. eines Studentenwohnheims) erwähnt. Die Antenne muß in diesem Fall senkrecht von der Fasade abstehend montiert werden (Strahlung ist auf die Ebenne 90° zur Antennenachse konzentriert). An jedem Fenster kann dann eine Empfangsantenne (je nach Entfernung Rundum- oder leistungsfähige Richtantenne) für den jeweiligen PC montiert werden.


Richt-Antennen
Dieser Antennentyp findet vorwiegend bei Punkt zu Punkt-Verbindungen Verwendung. Damit ist der Antennentyp an den einzelnen PCs geeignet, da diese lediglich eine Verbindungsrichtung, nämlich die zum Router/AP haben, sowie auch für UMTS / HSPA und LTE zur Verbindung des Routers / Sticks mit dem Senddemast des Providers.

An einem Router / Accesspoint eignet sich dieser Antennentyp nur, wenn nur ein PC versorgt wird oder wenn sich alle zu versorgenden PCs im Strahlungswinkel der Antenne befinden (ausgenommen von den PCs in unmittelbarer Nähe/eines Raumes der Router/APs, da funktioniert es, bedingt durch Reflektionen, in allen Richtungen).

Diese Art von Antennen ist bedingt durch die hohen Gewinne geeignet um gravierende Verbindungsprobleme zu beheben. Haben sie mit ihren standardmäßig mit den Geräten mitgelieferten Antennen ständig Verbindungsabbrüche, dann können sie dies mit einer derartigen Antenne höchstwahrscheinlich lösen.
Auch wenn bisher gar nichts geht, ist mit solchen Antennen (einseitig eingesetzt, in ungünstigen Fällen auch beidseitig erforderlich) die Datenverbindung oft zum Laufen zu bringen.

Bei dieser Art von Antennen wird die Strahlung auf einen mehr oder weniger engen Winkel konzentriert.
Je kleiner der Winkel ist (=stärkere Konzentration der Strahlung) umso höher kann der Antennengewinn sein. Bei hohen Gewinnen ist der Strahlungswinkel wenigstens in einer Dimension eng begrenzt (physikalisch bedingt). Am stärksten ist das Signal in der Strahlungsmitte, am Rand des angegebenen Winkels ist das Signal bereits 3db schwächer (=halb so stark).

Mit Richtantennen und guten Geräten lassen sich problemlos 2,5km (Quad-Antennen) bis 5km (Yagi) bei sehr guter Gerätewahl auch die doppelte Entfernung überbrücken.


Panel-Antenne 8 - 14 dBi
Quad-Antenne, MonoQuad / BiQuad / DoppelQuad / DoppelBiQuad / VierfachQuad  8 - 14 dBi
Dies sind typische Richtantennen, die eine kompakte relativ. flache Bauweise haben, bei guten Gewinnen.
Die Baugrößen sind wesentlich von der Größe der Reflektorplatte geprägt. Manchmal wird versucht, diese Antenne in ein zu kleines Gehäuse zu quetschen, was dann bedingt durch die unzureichende Reflektorgröße zu Leistungseinbußen führt.
Reflektorgrößen für MonoQuad / BiQuad / DoppelBiQuad sollten nicht wesentlich kleiner sein als 90*90mm / 90*120mm / 90*220mm.
MonoQuad-Antennen haben einen Strahlungswinkel von etwa 60°, BiQuad und DoppelBiQuad liegen bei ca. 45° hor. und vertikal.

Dosenerreger-Antenne ca. 12 dBi (15 dBi mit angebautem Trichter) / Hornstrahler
Diese Antenne zeichnet sich besonders durch ihren einfachen Aufbau aus und eignet sich damit gut für einen Eigenbau. Es ist für viele überraschend, wie mit so einfachen Mitteln derart gute Ergebnisse erziehlt werden. Der Strahlungswinkel betragt ca. 45° hor. und vertikal. Mit sehr großen Trichtern sind Gewinne bis 20dBi und mehr möglich. Die Antenne wird dann jedoch sehr unhandlich.

Hohlleiter-Schlitz-Antenne 16 - 22 dBi
Diese Antenne hat, durch die Baugröße bedingt, einen hohen Gewinn (je nach Baulänge 17-22dBi) und eine Strahlungscharakteristik von etwa 150° in der horizontalen und etwa 6° in der vertikalen Ebene. Es gibt auch Ausführungen (2-seitig geschlitzt) die 360° rundum strahlen. Der Antennengewinn schwankt dabei etwas (~3dB) über die gesamten 360°, wobei das Maximum an mehreren Stellen auftritt.

Yagi-Antenne etwa 15 dBi bei 0,5m Länge
Dies ist eine Elementantenne, wie man sie auch von terestrischen Fernsehempfangsantennen kennt, mit Dipol und mehreren Direktor- und Reflektor-Stäben. Sie erreicht hohe Gewinne und ist vorwiegend für Punkt zu Punkt-Verbindungen über weite Strecken geeignet. Die Baulänge beträgt bei 15 dBi etwa 0,5m, bei 18dBi ca.1m, der Abstrahlwinkel liegt bei ca. 30° hor. und vertikal.
Oft weit übertriebene Gewinnangaben finden sich bei ebay-Angeboten für diese Antenne. Der Gewinn ist überwiegend von der Baulänge der Antenne abhängig. Mehr als 0,5dB Unterschied bei gleicher Baulänge (aktive Länge=Länge ohne Halterung) ist nicht realistisch.

Sektorantenne 10 - 17 dBi
Diese Antennen eignen sich vorzüglich, um von einer Ecke eines großen Raumes/Büro/Halle die gesamte Fläche bei hohen Gewinnen abzudecken. Auch eine Kombination von 2 Antennen für unterschiedliche Sektoren (über einen Splitter an den Router/AP angeschlossen) ist möglich. Je höher der Gewinn einer Sektorantenne umso schmäler ist der vertikale Abstrahlwinkel. Damit eignet sich diese Antenne nur für die Versorgung einer Ebene/Stockwerk.
Bauhöhen von 900mm ergeben etwa 16-17dBi bei, je nach Ausführung, 70-130° hor. und 6° vertikal.
Bauhöhen von 250mm ergeben etwa 10dBi bei, je nach Ausführung, 80-120° hor. und 24° vertikal.

Helixantenne 18 dBi
Das Antennenelement ist ein rohrförmig gewickelter Draht (ein Rohr wird üblicherweise als Trägerkonstruktion verwendet) mit dahinterliegendem Reflektor
Die Antenne hat einen Gewinn von ca. 18dBi bei 0,5m aktiver Baulänge ohne Halterung.
Vorsicht: Strahlungsfeld ist zirkular polarisiert (je nach Ausführung rechts oder links). Um den vollen Gewinn der Antenne auszuschöpfen 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.

Parabolspiegel-Antenne 20 dBi
Bekannt als Satelliten-Schüssel.
Wenn alles nicht reicht, kann allenfalls noch der hohe Gewinn eines Parabolspiegels helfen.
Gewinne von etwa 20dBi bei 0,5m Schüssel, Strahlungsbreite je nach Schüsselgeometrie z.B. 15°. Doppelter Schüsseldurchmesser macht 6dB mehr an Gewinn.

Zur Auswahl eines Antennen-Typs für ihre Zwecke, lesen sie bitte auch das Kapitel "Ausrichtung".

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Antennen-Selbstbau
Es reicht schon ein wenig bastlerisches oder handwerkliches Geschick, um sich aus außerst einfachen Mitteln (wie z.B. leeren Konservendosen, CD-Spindel, CD als Reflektor, ...) eine sehr wirkungsvolle und auch dekorative Antenne mit einem Minimum an Werkzeugen zu bauen. Bei sorgfältiger Arbeit, ist die Leistung einer solchen Antenne durchaus vergleichbar mit industriell hergestellten.

Bei den Links sind dazu eine Reihe von Beispielen zusammengestellt. Ich habe jeweils Antennen ausgewählt, welche sich am einfachsten für einen Nachbau eignen, sodaß auch beim Ungeübten der Erfolg sichergestellt sein wird.

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