Antennenpolarisation

Die Antennenpolarisation (Antenna Polarization) beschreibt die Ausrichtung des elektrischen Feldvektors einer elektromagnetischen Welle, wie sie von einer Antenne abgestrahlt oder empfangen wird. Sie ist ein zentraler Parameter in der Funktechnik, da eine Übereinstimmung der Polarisation zwischen Sender und Empfänger entscheidend für die Signalqualität ist.

Definition und Konzept

Die Polarisation beschreibt den Verlauf des elektrischen Feldvektors einer Welle im Raum. Sie kann sein:

• Linear (der Vektor schwingt in einer festen Richtung)

• Zirkular (der Vektor rotiert gleichmäßig)

• Elliptisch (eine Kombination aus linearer und zirkularer Bewegung)

Eine korrekte Polarisation zwischen Sende- und Empfangsantenne reduziert Verluste, erhöht die Signalstärke und verbessert die Störunterdrückung.

Arten der Polarisation

Lineare Polarisation

Das elektrische Feld schwingt entlang einer festen Achse.

• Vertikale Polarisation:
  Das Feld ist senkrecht zur Erdoberfläche ausgerichtet. Häufig bei Mobilfunk und bodengebundenem Funkverkehr.

• Horizontale Polarisation:
  Das Feld ist parallel zur Erdoberfläche. Typisch bei terrestrischem Rundfunk (z. B. UKW, TV).

Zirkulare Polarisation

Der elektrische Feldvektor rotiert spiralförmig (helikal) in Ausbreitungsrichtung.

• Rechtsdrehend (RHCP):
  Uhrzeigersinn, betrachtet von der Rückseite der Antenne.

• Linksdrehend (LHCP):
  Gegenuhrzeigersinn. Eingesetzt z. B. bei Satellitenkommunikation, um Lageverluste zu minimieren.

Elliptische Polarisation

Allgemeiner Fall mit unterschiedlicher Amplitude und Phasenlage der orthogonalen Feldkomponenten.
Vorteilhaft in Umgebungen mit starker Mehrwegeausbreitung (Multipath) oder variablen Ausbreitungsbedingungen.

Polarisation Loss Factor (PLF)

Polarisationsverluste entstehen, wenn Sende- und Empfangsantenne unterschiedlich polarisiert sind. Der Polarisation Loss Factor (PLF) quantifiziert diesen Verlust:

PLF = |cos(θ)|²

wobei:

• θ = Winkel zwischen den Polarisationsvektoren

Beispiele:

• θ = 0° (perfekte Ausrichtung): PLF = 1 (kein Verlust)

• θ = 90° (orthogonal): PLF = 0 (theoretisch unendlicher Verlust)

In der Praxis wird der Verlust durch Reflexionen reduziert und liegt typischerweise bei 20–30 dB, selbst bei starker Fehlanpassung.

Beispiel: Polarisationsfehlausrichtung

Ein vertikal polarisierter Mobilfunkempfänger in optimaler Ausrichtung zur Basisstation empfängt das stärkste Signal. Wird das Gerät um 90° gedreht, tritt eine Polarisationsfehlanpassung auf. Die theoretischen Verluste wären maximal, aber Reflexionen begrenzen die reale Dämpfung auf ca. 20–30 dB.

Bedeutung in drahtlosen Systemen

Die Polarisation beeinflusst:

• Verbindungsqualität und Reichweite

• Interferenzunterdrückung

• Signaltrennung im Raum (z. B. MIMO-Systeme)

Einsatzbereiche:

• Mobil- und Bodenfunk

• Satellitenkommunikation

• Radar und Navigationssysteme

• Drahtlose Netze in Multipath-Umgebungen

Polarisation Diversity verbessert die Übertragungssicherheit durch unterschiedliche Polarisationsrichtungen.
Cross-Polarization Discrimination ermöglicht Spektrumsnutzung mit geringerer Interferenz – besonders in städtischen Netzen.

Typische Anwendungen nach Polarisation

• Vertikal: Mobiltelefone, Handfunkgeräte

• Horizontal: Rundfunk, UKW, TV

• Zirkular: Satelliten, GNSS-Systeme (GPS, Galileo, Beidou)