Home - Techniek - Electronica - Radiotechniek - Radio amateur bladen - UKW-Berichte - Ermittlung des Antennengewinns im GHz-Bereich
Im Mikrowellenbereich kann man mit ganz wenigen und einfachen Hilfsmitteln (Sender, Richtkoppler, Diodenmeßkopf, Voltmeter) den Antennengewinn messen, wenn man zwei identische Antennen zur Verfügung hat. Das im Zimmer durchführbare Verfahren wird hier beschrieben.
Bei ungestörter Freiraum-Ausbreitung im VHF-, UHF- und GHz-Bereich läßt sich die Funkfelddämpfung aFF exakt berechnen:
aFF/dB = 20lg(4πd/λ) (1)
d = Distanz zwischen Sender und Empfänger
λ = Wellenlänge der Sendefrequenz
Nun gilt diese Formel allerdings nur, wenn als Sende- und Empfangsantenne der (hypothetische) Kugelstrahler angenommen wird. Sie drückt nur diejenige Dämpfung aus, die infolge des "Vergeudens" der Sendeleistung in alle Raumrichtungen (kugelförmig), und gleichzeitiges nicht optimales Ausnutzen der maximal möglichen Empfangsleistung infolge fehlender Richtcharakteristik der Empfangsantenne entsteht.
Der Funkamateur verwendet selbstverständlich Antennen, die einen bestimmten Gewinn haben. In diesem Fall kann man eine andere Dämpfung, aSE, zwischen Sender und Empfänger berechnen, die den Gewinn der Sende-Antenne - G1/dB - und den Gewinn der Empfangsantenne - G2/dB - enthält:
aSE/dB = 20lg(4πd/λ) - G1 - G2 (2)
Diese Dämpfung kann man, im Gegensatz zu aFF, auch tatsächlich messen. Die Dämpfung aFF läßt sich nämlich deshalb nicht messen, nur berechnen, weil der Kugelstrahler praktisch nie exakt realisierbar ist. Die Dämpfung aSE dagegen erhält man durch Messen der Sendeleistung PS und der Empfangsleistung PE und durch Logarithmieren:
aSE/dB = 10lg(PS/PE) (3)
Das Prinzip der Antennengewinn-Messung ist nun folgendes:
Man mißt PS und PE und errechnet daraus nach (3) die Dämpfung aSE. Der erste Ausdruck in (2) entspricht der Funkfelddämpfung aFF bei Kugelstrahlern, und läßt sich nach (1) berechnen. Übrig bleibt dann die Summe aus G1 und G2, wenn man (2) umformt:
G1 + G2 = aFF - aSE (4)
Wichtig ist nun, daß als Sende- und Empfangsantenne gleiche Ausführungen verwendet werden! Dann ist nämlich G1 = G2 und man braucht das Ergebnis von (4) nur zu halbieren und hat den Gewinn einer Antenne.
Nach dem beschriebenen Verfahren wurde ein Hornstrahler bei 8 GHz gemessen, und man erhielt folgendes Ergebnis:
Bei 8 GHz ist λ = 3,75 cm. Der Abstand der beiden Hornstrahler betrug d = 128 cm. Die Sendeleistung wurde zu 32 mW, die Empfangsleistung zu 0,32 mW gemessen. Gemäß (4) ergibt sich für G1 + G2 = 52,6 dB - 20 dB = 32,6 dB
Folglich hat jede der beiden Antennen den Gewinn 16,3 dB.
Die beschriebene Messung läßt sich ohne Absolutleistungsmessung noch eleganter durchführen, wenn ein Richtkoppler zur Verfügung steht. Er wird zum Bestimmen der Sendeleistung benutzt. Hat der Richtkoppler beispielsweise 20 dB Koppeldämpfung, so kann man direkt aSE = 20 dB einstellen, indem man die Antennen gerade soweit auseinanderrückt, daß das Signal am Koppelausgang und das am Empfangsantennen-Ausgang genau gleich sind. Dies ist in Bild 1 dargestellt. Die Signale können nacheinander mit ein und demselben Diodenmeßkopf (Meßdemodulator) gemessen werden, im gleichen Arbeitspunkt! Es ist also kein Leistungsmesser erforderlich!
Bild 1: Die Distanz d wird so eingestellt, daß PE = PS/100, also aSE = 20 dB wird.
Die Genauigkeit hängt von der genauen Kenntnis der Koppeldämpfung des Richtkopplers ab. Die Distanz d wird also nicht vorgegeben, sondern erst nach dem Einstellen der richtigen Dämpfung zwischen Sender und Empfänger ausgemessen. Das obige Ergebnis stimmte gut mit den Katalog-Angaben des Antennenherstellers überein. Der so gemessene Gewinn ist auf den Kugelstrahler, nicht wie in der Rundfunk-und Fernsehtechnik üblich auf den Dipol, bezogen.
DG7GK, Erich Stadler.