Gebäudetechnik

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Antenne
 
Eine Antenne (von lateinisch antenna oder antemna – „Segelstange, Rahe“) sendet oder empfängt elektromagnetische Wellen.
Geschichte
Erstmals bemerkte Luigi Galvani im 18. Jahrhundert, dass Froschschenkel bei Gewitter oder in der Nähe einer Elektrisiermaschine zuckten, wenn sie mit einem kurzen Stück Draht verbunden wurden. Systematische Untersuchungen gehen zurück auf den deutschen Physiker Heinrich Hertz, aufbauend auf den theoretischen Grundlagen des Engländers James Clerk Maxwell. Dem Italiener Guglielmo Marconi gelang 1896 erstmalig die drahtlose Telegraphie.
Prinzip
Die Ausstrahlung elektromagnetischer Wellen ist mit der Beschleunigung von Ladungen verbunden, die ein wechselndes Dipolfeld erzeugen. Eine einfache Dipolantenne kann man sich als entarteten Schwingkreis aus Kondensator und Spule vorstellen: die Kondensatorplatten werden auseinander gezogen, um 180° zueinander verdreht und zu einem Leiter geformt; die Leiter übernehmen gleichzeitig die Funktion der Spule.

Die Anordnung nennt man Hertzschen Dipol, wenn sie viel kleiner ist als die Wellenlänge λ der anregenden Wechselspannung. Sie ist für theoretische Überlegungen wichtig, da sich jede Antenne in kleine strahlende hertzsche Dipole zerlegen läßt.

Wird der Kreis schnell genug angeregt, bilden sich geschlossene elektrische (E) Feldlinien, die das Sytem mit Lichtgeschwindigkeit verlassen. Die senkrecht zum E-Feld verlaufenden Magnetfelder bilden geschlossene Kreise um den Leiter. Im Nahfeld nimmt die Feldstärke proporional zur dritten Potenz der Entfernung r ab. Im Fernfeld verringert sie sich lediglich proportional 1/r und ist deshalb auch in großen Entfernungen nachweisbar (sonst wären Sterne unsichtbar). Die elektromagnetischen Felder sind polarisiert. Das Empfangssignal nimmt ab, wenn Empfangs- und Sendeantenne nicht parallel zueinander ausgerichtet sind.

Eine Antenne hat einen hohen Wirkungsgrad, wenn sie auf die Wellenlänge abgestimmt ist, die sie empfangen oder senden soll. Eine stehende Welle kann sich dann ausbreiten, wenn die Antenne eine vielfache Länge von λ/2 besitzt. Die Stromknoten liegen an den offenen Enden einer Antenne. Bei einer symmetischen Antenne befindet sich ein Spannungsknoten in der Mitte, an dem die Antenne niederohmig gespeist werden kann.

Antennenparameter
Verschiedene Parameter charakterisieren eine Antenne.

Der Wellenwiderstand eines λ/2-Dipols beträgt 60 Ohm, eines Faltdipols 240 Ohm. Zum Vergleich: der Wellenwiderstand des Vakuums beträgt 377 Ohm. Spulen in der Antenne oder Kapazitäten parallel zur Antenne verringern die Resonanzlänge und damit die Baugröße.

Der Wirkungsgrad gibt an, welchen Anteil der aufgenommenen Leistung die Antenne als Strahlung abgibt.
Zum Testen einer Sendeanlage dient eine sogenannte künstliche Antenne mit dem Wirkungsgrad 0. Sie verhält sich elektrisch wie eine Antenne, strahlt aber keine Energie ab, sondern setzt die zugeführte Leistung in Wärme um.

Der Antennengewinn beschreibt die Richtwirkung einer Antenne im Vergleich zu einer Referenz-Antenne, der Öffnungswinkel die Winkelbreite der Vorzugskeule.

Eine Antenne erhöht das Signalrauschen. Das Eigenrauschen wird meist als Rauschtemperatur angegeben.

Die Bandbreite gibt den Frequenzbereich maximaler Empfindlichkeit der Antenne an, meist bezogen auf einen Abfall von 3dB.

Antennen-Bauformen
Grundsätzlich ist eine Empfangsantenne auch zum Senden geeignet und umgekehrt (Reziprozitätsgesetz). Die Bauform verhindert meist einen wechselseitigen Einsatz, beispielsweise durch die begrenzte elektrische Belastbarkeit oder die Verschaltung elektrischer Vorverstärker. Da sich die Größe der Antennenelemente an der der Wellenlänge orientiert, ist die Frequenz ein wichtiges Kriterium für den Aufbau einer Antenne.

Die Auswahl sortiert die Antennen nach ihrem Bauprinzip :


Dipolantennen
Einfache Dipolantennen
T-Antenne
L-Antenne
Marconi-Antenne
Faltdipol
Schlitzantenne
Patchantenne
Schmetterlingsantenne
Fraktalantenne
logarithmisch periodische Antenne (LPA) [LINK]
Mehrfach-Dipolantennen
Yagi-Antenne (eigentlich Yagi-Uda-Antenne)
Quadantenne
Wendelantenne
Reusenantenne
phasengekoppelte Antennen-Arrays (Gruppenantenne)
Langdrahtantenne, Länge größer λ/2
Beverage-Antenne
Bodendipol
Schrägdrahtantenne
Parabolantenne
Offsetparabolantenne
Cassegrain-Antenne
Gregory-Antenne
magnetische Antenne (magnetischer Loop)
Ferritantenne
Isotronantenne
Rahmenantenne
Sonstige: HB9CV-Antenne, Backfireantenne, Vorhangantenne, Delta-Loop, Slooper

Weitere Bauformen:

Mastantenne
Schirmantenne
Alexanderson-Antenne
Richtstrahlantenne
Schwundmindernde Antenne
Wullenweber-Kreisantennenanlage
Sendeantenne