Antennenrichtwirkung (D)

Die Antennenrichtwirkung (Antenna Directivity, D) ist ein Maß dafür, wie stark eine Antenne die abgestrahlte Leistung in eine bestimmte Richtung bündelt – verglichen mit einem idealen, isotropen Strahler. Sie wird als dimensionsloses Verhältnis oder in Dezibel isotrop (dBi) angegeben und beschreibt die Richtcharakteristik der Antenne unabhängig von ihrem Wirkungsgrad.

Definition und Formel

Die Richtwirkung ist definiert als das Verhältnis der Strahlungsintensität in eine bestimmte Richtung zur Strahlungsintensität eines isotropen Strahlers mit gleicher Gesamtleistung:

D = U(θ, φ) / U₀

wobei:

• U(θ, φ) = Strahlungsintensität in Richtung (θ, φ)

• U₀ = Strahlungsintensität eines isotropen Strahlers mit gleicher Sendeleistung

Für viele Antennentypen kann die Richtwirkung auch näherungsweise über den Raumwinkel des Hauptstrahls angegeben werden:

D ≈ 4π / Ω_A

wobei:

• Ω_A = Raumwinkel des Hauptstrahls (in Steradiant)

Zusammenhang mit dem Antennengewinn

Die Richtwirkung ist eng mit dem Antennengewinn (Gain) verwandt. Während die Richtwirkung ausschließlich die Bündelung beschreibt, berücksichtigt der Antennengewinn zusätzlich den elektrischen Wirkungsgrad (η) der Antenne:

G = η × D

Dabei gilt:

• G = Antennengewinn (linear)

• η = Wirkungsgrad der Antenne

• D = Richtwirkung (linear)

Sowohl Richtwirkung als auch Gewinn werden häufig auch in Dezibel bezogen auf isotrop (dBi) angegeben. Diese Beziehung ist besonders relevant bei der Auslegung energieeffizienter Antennensysteme.

Praktische Anwendung

Die Antennenrichtwirkung ist ein zentrales Entwurfsparameter in:

• Drahtlosen Kommunikationssystemen

• Satelliten- und Richtfunkstrecken

• Radarsystemen

• Radioastronomie

Antennen mit hoher Richtwirkung bündeln die Leistung in engen Keulen. Dadurch ergeben sich folgende Vorteile:

• Größere Reichweite bei gleicher Sendeleistung

• Reduzierte Störeinflüsse aus anderen Richtungen

• Verbesserter Signal-Rausch-Abstand (SNR)

Nachteilig ist der geringere Abdeckungswinkel, was eine präzise Ausrichtung der Antenne erforderlich macht.

Beispiel

• Eine Halbwellendipolantenne hat eine Richtwirkung von 1,64 (bzw. 2,15 dBi)

• Eine Parabolantenne mit 1 m Durchmesser bei 10 GHz erreicht eine Richtwirkung von ca. 3.000 (bzw. 35 dBi)

Diese Beispiele verdeutlichen den Einfluss von Antennentyp und Größe auf die Richtwirkung.