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Sendeleistung, Pegel, Antennengewinn (Quelltext anzeigen)
Version vom 13. Mai 2016, 15:38 Uhr
, 15:38, 13. Mai 2016keine Bearbeitungszusammenfassung
=Zusammenhang von Sendeleistung, Pegel und Antennengewinn=
Sendeleistung
==Sendeleistung==
Wenn wir zunächst einmal von einem Sender ausgehen, dann sehen wir in der Literatur zwei Angaben zur Sendeleistung:
a1) Gleichstromaufnahme
Bei der Gleichstromaufnahme wird die elektrische Leistung am Eingang des Senders ermittelt. D.h. die sich ergebende Ausgangsleistung wird dann wesentlich durch den Wirkungsgrad des Senders bestimmt. Typisch sind hier Werte <0,5.
des Sender ansteht.
b1) HF-Sendeausgangsleistung
Wird die HF-Sendeausgangsleistung angegeben, dann ist dies tatsächlich die Leistung, die in Richtung Antenne am Ausgang des Sender ansteht.
==Dezibel==
Für die Leistung berechnet sich das so
Das Dezibel ist das dekadisch logarithmische Verhältnisses zweier Größen. D.h. hier stehen z.B. zwei Leistungsangaben oder zwei Spannungen in einem Verhältnis.
Für die Leistung berechnet sich das so:
D = 10 * log(10) P1/ P2
D = 10 * log(10) P1/ P2
Für Feldgrößen (Spannung, Ströme) ist der Faktor ein anderer, nämlich 20
Für Feldgrößen (Spannung, Ströme) ist der Faktor ein anderer, nämlich 20:
D = 20 * log(10) U1/ U2
D = 20 * log(10) U1/ U2
Wer sich an dieser Stelle fragt, wieso das jetzt 20 statt 10 ist:
Wer sich an dieser Stelle fragt, wieso das jetzt 20 statt 10 ist:
P=U*I ich setze für I entsprechend dem Ohmschen Gesetz ein: I=U/R und multipliziere aus
P = U * I ich setze für I entsprechend dem Ohmschen Gesetz ein: I = U / R und multipliziere aus
P=U^2/R
P = U^2 / R
D = 10 * log(10) U1^2/R / U2^2/R
D = 10 * log(10) U1^2 / R / U2^2 / R
D = 10 * log(10) U1^2 / U2^2 (der Logarithmus "vereinfacht" das Quadrat zur Multiplikation mit 2)
D = 10 * log(10) U1^2 / U2^2 (der Logarithmus "vereinfacht" das Quadrat zur Multiplikation mit 2)
D = 2*10 * log(10) U1 / U2
D = 2 *10 * log(10) U1 / U2
D = 20 * log(10) U1/ U2
D = 20 * log(10) U1 / U2
Damit kann ich nun eine Dämpfung berechnen.
Damit kann ich nun eine Dämpfung berechnen.
Beispiel 1:
Beispiel 1:
Ein Sender hat eine HF-Ausgangsleistung von 1W und speise diese in eine Antennenleitung von 10m ein.
Ein Sender hat eine HF-Sendeausgangsleistung von 1W und speise diese in eine Antennenleitung von 10 m ein. Am Ende der Leitung messe ich eine HF-Leistung von 0,5 W.
Am Ende der Leitung messe ich eine HF Leistung von 0.5W.
D = 10 * log(10) P1/ P2
D = 10 * log(10) P1 / P2
D = 10 * log(10) 1W/ 0.5W
D = 10 * log(10) 1W / 0,5W
D = -3 db
D = -3 db
Das Kabel dämpft um 3 db.
Das Kabel dämpft um 3 db.
==Der Pegel==
In der Technik haben sich Pegelangaben in db durchgesetzt. Man gibt z.B. die HF-Sendeausgangsleistung in dB an.
In der Technik haben sich Pegelangaben in db durchgesetzt. Man gibt z.B. die HF-Ausgangsleistung in dB an.
Wir erinnern uns: Dezibel --> dekadisch logarithmisches Verhältnis zweier(!) Größen. Bedeutet also, dass wir einen Referenzpegel brauchen. In der Auswahl sind wir da frei, aber praktisch hat sich da 1 mW breit durchgesetzt. Wird ein Pegel mit dem Referenzwert 1 mW verwendet, wird dies durch die Angabe '''dBm''' angezeigt.
Wir erinnern uns: Dezibel-> dekadisch logarithmisches Verhältnis zweier(!) Größen. Bedeutet also, dass wir einen
Referenzpegel brauchen. In der Auswahl sind wir da frei, aber praktisch hat sich da 1mW breit durchgesetzt.
Wird ein Pegel mit dem Referenzwert 1mW verwendet, wird dies durch die Angabe dBm angezeigt.
Nehmen wir wieder unser obiges Beispiel:
Nehmen wir wieder unser obiges Beispiel:
Sender hat eine Ausgangsleistung von 1W
Sender hat eine Ausgangsleistung von 1W:
= 10 * log(10) P1 / 1 mW
= 10 * log(10) 1 W / 1 mW
= 30 dBm
Der Sender hat also eine Ausgangsleistung von 30 dBm.
==Rechnen mit Dezibel==
In unserem obigen Beispiel haben wir die Ausgangsleistung von 1W in das 10m lange Antennenkabel eingespeist. Welcher Pegel kommt am Ende des Kabels an?
Hier zeigt sich nun der Vorteil, wieso die Nachrichtentechniker so gerne mit Pegel und Dezibel rechnen. Man muss jetzt nur noch addieren und subtrahieren:
30 dBm - 3 dB = 27 dBm
Am Ende der 10 m kommen noch 27 dBm Leistung an. Wir rechnen mal zur Kontrolle in Leistung (W) um:
A = 10 * log(10) P1 / 1 mW
P1 = 10^(A / 10) * 1 mW
= 10^ (27 dBm/10) * 1 mW
= 500 mW
==Strahlenleistung==
Die Strahlenleistung der Antenne kann auch auf verschiedene Arten angegeben werden.
Die Strahlenleistung der Antenne kann auch auf verschiedene Arten angegeben werden.
Der Kugelstrahler ist eine punktförmige Antenne, die die gesamte Leistung kugelförmig abstrahlt. Einen solchen Strahler nennt man auch Isotropenstrahler.
Der Kugelstrahler ist eine punktförmige Antenne, die die gesamte Leistung kugelförmig abstrahlt. Einen solchen Strahler nennt man auch Isotropenstrahler.
Ein anderer (und viel praktischer) Strahler könnte ein Dipol sein. Der Dipol strahlt aber nicht gleichmäßig in den gesamten Raum ab.
Ein anderer (und viel praktischer) Strahler könnte ein Dipol sein. Der Dipol strahlt aber nicht gleichmäßig in den gesamten Raum ab. Theoretisch gibt es beim Dipol sogar Richtungen, in denen er gar keine Leistung abstrahlt. Da die Leistung aufgrund des Energieerhaltungssatzes nicht "weg" sein kann, wird die Leistung also durch die Antenne fokussiert. Daher spricht man von Antennengewinn. Der Antennengewinn wird also durch Fokussierung "erkauft". Die Leistung wird nur in bestimmte Regionen gestrahlt und andere werden kaum oder gar nicht versorgt.
Theoretisch gibt es beim Dipol sogar Richtungen, in denen er gar keine Leistung abstrahlt. Da die Leistung aufgrund des Energieerhaltungssatzes nicht "weg" sein kann, wird die Leistung also durch die Antenne fokusiert.
Daher spricht man von Antennengewinn. Der Antennengewinn wird also durch Fokusierung "erkauft". Die Leistung wird nur in bestimmte Regionen gestrahlt und andere werden kaum oder garnicht versorgt.
Richtantennen, wie z.B. eine Yagi Antenne strahlen in einem engen Bereich von einigen Grad (z.B. Öffnungswinkel +- 30 Grad).
Richtantennen, wie z.B. eine Yagi-Antenne strahlen in einem engen Bereich von einigen Grad (z.B. Öffnungswinkel +- 30 Grad).
Ein Parabolspiegel hat einen Öffnungswinkel von wenigen Grad (z.B. +-2 Grad) und strahlt damit die gesamte Leistung in diesen kleinen Raumbereich hinein.
Ein Parabolspiegel hat einen Öffnungswinkel von wenigen Grad (z.B. +-2 Grad) und strahlt damit die gesamte Leistung in diesen kleinen Raumbereich hinein.
Antennen haben also einen Antennengewinn, der praktisch nun auch in dB angegeben werden kann, wenn man einen Referenzstrahler hat. Zwei habe ich angerissen:
Antennen haben also einen Antennengewinn, der praktisch nun auch in dB angegeben werden kann, wenn man einen Referenzstrahler hat. Zwei habe ich angerissen: Den theoretischen Isotropenstrahler und den praktischen Dipol.
Den theoretischen Isotropenstrahler und den praktischen Dipol.
Ein Dipol hat z.B. einen Gewinn gegenüber einem Isotropenstrahler von 2.15dB.
Ein Dipol hat z.B. einen Gewinn gegenüber einem Isotropenstrahler von 2.15dB.
Wir brauchen also auch hier Nomenklatur, um darzustellen, gegenüber welcher Referenzantenne der Antennengewinn angegeben wird.
Wir brauchen also auch hier Nomenklatur, um darzustellen, gegenüber welcher Referenzantenne der Antennengewinn angegeben wird:
dBi = Antennengewinn gegenüber dem Isotropenstrahler
dBi = Antennengewinn gegenüber dem Isotropenstrahler
Rechenbeispiel:
Rechenbeispiel:
Eine 5GHz WLAN Yagi Antenne hat einen Antennengewinn von 17dBi. Wie hoch ist der Antennengewinn bezogen auf einen Dipol?
Eine 5 GHz WLAN Yagi-Antenne hat einen Antennengewinn von 17 dBi. Wie hoch ist der Antennengewinn bezogen auf einen Dipol? Wie hoch ist die effektive Strahlenleistung, wenn an der Antenne 100 mW anstehen?
Wie hoch ist die effektive Strahlenleistung, wenn an der Antenne 100mW anstehen?
Antennengewinn zum Dipol:
Antennengewinn zum Dipol:
17 dBi - 2.15 dB = 14.85 dBd (daher wird in den Prospekten meistens der Gewinn in dBi angegeben)
(daher wird in den Prospekten meistens der Gewinn in dBi angegeben... )
Die effektive Strahlenleistung bezogen auf den Isotropenstrahler (EIRP) berechnet sich auf:
Die effektive Strahlenleistung bezogen auf den Isotropenstrahler (EIRP) berechnet sich auf:
= 10 * log(10) P1/ P2
= 10 * log(10) P1 / P2
= 10 * log(10) 100mW/ 1mW
= 10 * log(10) 100 mW/ 1 mW
= 20dBm Senderausgangsleistung
= 20 dBm HF-Sendeausgangsleistung
EIRP = Senderausgangsleistung + Antennengewinn
EIRP = HF-Sendeausgangsleistung + Antennengewinn
= 20 dBm + 17 dBi
= 37 dBi
die 37dBi in Watt umgerechnet (siehe oben): 5W EIRP
die 37 dBi in Watt umgerechnet (siehe oben): 5W EIRP.