Strahlbreite (Beam Width)

Die Strahlbreite (Beam Width, auch Half-Power Beam Width) beschreibt den Winkelbereich, in dem die Hauptkeule einer Antenne abstrahlt. Sie ist ein zentrales Maß für die Richtcharakteristik, Flächenabdeckung und räumliche Selektivität einer Antenne – insbesondere in Funk-, Radar- und Satellitensystemen.

E- und H-Ebenen-Strahlbreite

Die Strahlbreite wird üblicherweise in zwei orthogonalen Ebenen gemessen:

• E-Ebene: Enthält das elektrische Feld und die Hauptstrahlrichtung (oft vertikal)

• H-Ebene: Enthält das magnetische Feld und die Hauptstrahlrichtung (typisch horizontal)

Diese Winkelangaben definieren die Ausdehnung des Hauptstrahls in Raumrichtung und sind entscheidend für das Design gerichteter Antennen.

Zusammenhang mit der Richtwirkung

Die Strahlbreite steht im umgekehrten Verhältnis zur Richtwirkung (Directivity). Je enger der Strahl, desto fokussierter die Energie. Eine Näherungsformel für die Richtwirkung D im linearen Maß lautet:

D ≈ 4π / (θ_E × θ_H)

wobei:

• θ_E = Strahlbreite in der E-Ebene (in Radiant)

• θ_H = Strahlbreite in der H-Ebene (in Radiant)

→ Schmalere Strahlbreiten führen zu höherer Richtwirkung, was besonders bei Punkt-zu-Punkt-Systemen entscheidend ist.

Physikalische Abschätzung

Die Strahlbreite kann auch über die physikalischen Abmessungen der Antenne geschätzt werden:

θ ≈ λ / d

wobei:

• λ = Wellenlänge

• d = effektiver Antennendurchmesser (z. B. Reflektorgröße)

→ Größere Antennenaperturen erzeugen schmalere Strahlbreiten und ermöglichen fokussierte, weitreichende Übertragungen.

Beispiele aus der Praxis

• Mobilfunk-Basisstationsantenne
  – Horizontale Strahlbreite ≈ 65°
  – Vertikale Strahlbreite ≈ 7°
  → Ermöglicht sektorisierte Versorgung mit kontrollierter Interferenz

• Satellitenschüssel (1 m Durchmesser bei 12 GHz)
  – Strahlbreite ≈ 1,5°
  → Hohe Richtwirkung für präzise, langreichweitige Kommunikation

Anwendungen und Designaspekte

Die Strahlbreite beeinflusst zahlreiche Entwurfsentscheidungen in Antennen- und Systemtechnik:

Schmale Strahlbreite

• Hoher Antennengewinn, hohe Reichweite

• Erfordert präzise Ausrichtung

• Typisch für Richtfunk, Satellitenkommunikation, Radar

Breite Strahlbreite

• Großflächige Abdeckung

• Geringerer Gewinn, höhere Interferenzgefahr

• Geeignet für Rundfunk, Mobilfunk-Basisstationen

→ Die Wahl der Strahlbreite ist ein technischer Kompromiss zwischen Abdeckung, Interferenzvermeidung und Komplexität.