Antennen / Sendeleistung

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Inhaltsverzeichnis 1 Sendeleistung 2 Antenne 3 Hochfrequenzubehör (für WLAN) 3.1 Kabel 3.2 Pigtails/Adapter 3.3 Stecker 3.4 Blitzschutz 3.5 Verstärker

Sendeleistung

Die max. erlaubte Sendeleistung liegt bei 100 mW oder 20 dB für B/G Standard und für den A Standard beträgt sie bei 30 mW oder 14.7 dB. Höhere Sendeleistungen brauchen eine explizite Genehmigung. Die Gesamtsendeleistung hängt von folgenden Faktoren ab:

• Router/AP: Sie geben eine fixe Leistung ab, die per Koaxialkabel in die Antenne geleitet wird. Diese ist üblicherweise in dB angegeben und kann bei vielen Geräten eingestellt werden.

• Antenne: Sie verstärkt die empfangenen und gesendeten Signale. Die Verstärkung wird in dB angegeben.

• Steckverbindung: Bei komplizierteren WLAN-Aufbauten müssen unter Umständen mehrere Steckverbindungen (Pigtail's, Blitzschutz, ...) angebracht werden. Diese dämpfen das Signal, welches vom AP kommt zusätzlich (ca. 0.1-0.3 dB). Darum sollte man pro Steckverbindung diesen Betrag von der Gesamtsendeleistung abziehen.

• Antennenkabel: Unter manchen Umständen ist es nötig, die Antenne an einem andere Ort als das WLAN- Gerät zu platzieren. Hierfür werden sogenannte Koaxialkabel verwendet. Diese dämpfen ebenfalls das Signal (nie so stark wie die Luft!) und müssen ebenfalls von der Gesamtsendeleistung abgezogen werden.

• WLAN-Verstärker: Der Gewinn dieser Geräte muss zu dem Gesamtbetrag addiert werden (außer es handelt sich nur um Empfangsverstärker). Sie haben hohen bis sehr hohen Gewinn (12-30 dB ?), sind aber dementsprechend teuer (Preise fangen bei 200-300 € an).

• Antenne: Das wichtigste Mittel zur Verstärkung und damit Leistungserhöhung eines WLAN's. Der Gewinn einer Antenne muss zum Gesamtbetrag addiert werden. Da es sehr leitungsfähige Antenne gibt (z.B. 23 dB), sollte man hier aufpassen. Insbesondere dann, wenn die Antenne selbst hergestellt wurde.

Ist die Sendeleistung zu hoch, so kann man sich alternativ auch sogenannte Dämpfungsglieder beschaffen und diese in den Strang einbauen. Die Dämpfungsglieder haben einen aufgedruckten Wert, denn man von der Gesamtsendeleistung abziehen kann.

Antenne

Eine Antenne ist der beste Verstärker, so sagt man. Mit der passenden Antenne kann die Reichweite und der Datendurchsatz erheblich verbessert werden. Es gibt Antennen von verschiedenen Herstellern, entweder vom Gerätehersteller selber oder von Drittanbietern. Wenn man sich erfahren genug fühlt oder experimentierfreudig ist, so kann man auch einen Antenne selbst anfertigen. Im Netz gibt es genügen Anleitungen dazu.

Eine Antenne hat einen horizontalen und vertikalen Öffnungswinkel. Diese Angabe beschreibt, wo die Antenne ihre Leistung abgibt. Beim perfekten Rundstrahler ist dies eine Kugel und die Antenne ist im Zentrum, wobei sie verschwindend klein wird. Die Öffnungswinkel werden üblicherweise angegeben (entweder in Zahlen oder besser mit einem Diagramm).

Antennen bauen zudem ein polarisiertes elektromagnetisches Feld auf. Das elektronische und magnetische Feld stehen 90° aufeinander (s-polarisiert), die Ausrichtung der Antenne spielt deshalb eine wichtige Rolle. Bei einigen Antennentypen drehen sich diese Felder um die eigene Achse (die Angaben dazu, sollten im Datenblatt der Antenne stehen). Bei falsch ausgerichteten Antenne kann die Leistung gegen 0 fallen. Es ist auch nicht empfehlenswert eine Antenne in der Nähe eines geerdeten Objekts (z.B. PC-Gehäuse) aufzustellen. Sie sollte möglichst frei montiert werden und über eine Sichtverbindung zu den anderen Geräten verfügen.

Die Antenne kommt entweder direkt auf das Gerät oder aber sie wird mit einem Koaxialkabel verbunden. Diese Option ist nützlich, weil man somit vom Gerätestandort befreit ist. Doch auch hier sind Grenzen vorhanden. Das Koaxialkabel dämpft die Signal noch zusätzlich und somit gibt es hier vernünftige Maximallängen. Bei der Außenmontage von einer Antenne ist ein Blitzschutz nötig, da es sonst zur Zerstörung des angeschlossenen Gerätes kommen kann.

Es gibt zwei unterschiedliche Antennetypen:

• Richtstrahler

Diese haben kleine horizontale und vertikale Öffnungswinkel (z.B. 5°). Sie sind deshalb für eine Punkt-zu-Punkt Verbindung zweier stationären WLAN-Geräten (z.B. Überbrückung einer Strasse mit 2 AP's) geeignet. Ihre Reichweite ist unterschiedlich (je nach Gewinn), aber es ist möglich Strecken im km Bereich zu überbrücken.

• Rundstrahler

Sie haben horizontalen Öffnungswinkel von 360°. Ihr vertikaler Öffnungswinkel (z.B. 60°) ist unterschiedlich, wird im allgemein kleiner bei größerem Antennengewinn. Dieser Typ eignet sich zur Abdeckung von Flächen. Die Reichweite ist nicht mehr so hoch wie bei den Richtstrahlern, es kann aber in die km hineingehen. Sie sind aber trotzdem nicht für eine Punkt-zu-Punkt Verbindung gedacht, weil sie eine große Fläche (Kreis) abdecken. Dies ermöglicht es, dass ihr Netz von vielen anderen mitbenutzt werden kann.

Hochfrequenzubehör (für WLAN)

Kabel

Ein Koaxialkabel (auch Koaxkabel genannt) eignet sich für die Übertragung von Signalen vom WLAN-Gerät zur Antenne. Dies kann notwendig sein, wenn man die Antenne an einem anderen Standort platzieren möchte als das Gerät selbst (z.B. außerhalb des Hauses).

Ein solches Kabel hat eine Dämpfung, wie es alle Kabel haben. Diese ist vom Kabel selbst, deren Länge und der Frequenz des zu transportierenden Signals abhängig. Die Angaben über die Dämpfung wird in dB/m angegeben und nennt sich Dämpfungsbelag. Die Dämpfung steigt mit der Frequenz an und somit hat das gleich Kabel für B/G Standard eine niedrigere Dämpfung, als für den A Standard. Die sinnvolle Länge eines Kabels wird durch seinen Dämpfungsbelag bestimmt. Sie kann von wenigen Metern (z.B. RG-58 1.4 dB/m @ 2.4 GHz) über einige dutzend Metern (z.B. Ecoflex 15, 0.16 dB/m @ 2.4 GHz) gehen. Es ist zu empfehlen, dass man möglichst kurze, dämpfungsarme Kabel verwendet.

Der Wellenwiderstand, auch Impedanz genannt, ist eine weitere wichtige Eigenschaft des Kabels. Dieser beträgt bei WLAN normalerweise 50 Ohm. Nicht nur das Koaxialkabel, sondern jedes Bauelement beim WLAN (Antennenausgang, Adapter, Antenne) hat den selben Wellenwiderstandswert. Es ist sehr wichtig, dass dieser Wellenwiderstand exakt stimmt, da beim WLAN eine Leistungsanpassung benutzt wird. Dabei wird die max. mögliche Leistung aus dem System herausgeholt. Stimmt der Widerstand nicht, so sinkt die Leistung und es entstehen Signalreflexionen. Diese beeinflussen das WLAN-Signal sehr stark (im extremsten Fall wird es durch Überlagerung ausgelöscht); damit kann die Leistung des WLAN stark zurückgehen oder die Kommunikation sogar unmöglich werden.

Der min. Biegeradius ist eine für das WLAN unwichtige Grösse, denn sie hat keine direkte Einfluss auf die Leistung. Beim verlegen eines Koaxialkabels ist diese Grösse jedoch wichtig. Biegt man ein Kabel stärker als zugelassen (z.B. RG-58 25 mm, Ecoflex 15 70 mm Biegeradius), so kann es negativen Einfluss haben auf die eletrischen Eigenschaften (Dämpfung, Impedanz).

Alle technischen Daten (wie min. Biegeradius, Dämpfungsbelag, Impedanz) ist im Datenblatt des Kabel herauszufinden.

Pigtails/Adapter

Es gibt unterschiedliche HF-Stecker (Hochfrequenzstecker), die im WLAN Verwendung finden. Die WLAN-Geräte haben meistens kleinere Stecker. Hochwertiges WLAN-Zubehör wird aber oft mit einem grossen (meisten N) Stecker ausgerüstet oder man hat sich eine Antenne gekauft, die denn falschen Stecker hat. Für solche Fälle gibt es unzählige Adapter oder Pigtails, die es für alle Steckertypen gibt.

Der Unterschied zwischen Pigtail und Adapter besteht darin, dass ein Pigtail ein kleines Stück Kabel zwischen den Stecker hat. Dadurch hat es eine höheren Dämpfungswert als ein Adapter mit der gleichen Funktion. Es ist aber oftmals besser, die Dämpfung von einem dB in Kauf zunehmen, damit man ein dämpfungsarmes Koaxialkabel verwenden kann. Der Unterschied auf zehn Meter kann über 10 dB ausmachen!

Stecker

Bei vielen Steckertypen gibt es normale und so genannte RP Typen. Der Unterschied ist der Stift in der Mitte des Steckers. Eine normale Buchse (erkennbar am Außengewinde) hat eine Vertiefung in der Mitte. Der dazu passende Stecker liefert den Stift dazu. Bei den RP Typen ist dies genau vertauscht. Hier hat die Buchse den Stift und der Stecker die Vertiefung. Es gibt unterschiedliche Steckertypen zu den gebräuchlichsten zählen:

• MMCX / RP-MMCX

Einer der kleinsten Steckertypen für's WLAN. Dieser Stecker wird meistens in den WLAN-Geräten für das Verbindungskabel zwischen dem WLAN-Sendermodul (PC-Card oder Mini-PCI) und der Antenne verbaut. Es gibt WLAN-Geräte die keine auswechselbare Antenne haben. Wenn man ausreichende Erfahrung hat, kann man selber mit einem kleine Adapterkabel und einer üblichen Antennenbuchse (SMA/TNC) einen solchen Anschluß einbauen. Es sei hier aber deutlich darauf hingewiesen, dass bei einem solchen Eingriff die Garantie des Gerätes erlischt.

• MC-Card

Dieser Stecker ist ein wenig größer als der MMCX Typ und ist bei PC-Cards anzutreffen, die mit einer Antenne ausgerüstet werden können. Es liegt bei solchen WLAN-Karten ein Adapterkabel bei, mit dem eine handelsübliche Antenne verwenden werden kann.

• SMA / RP-SMA

Ein häufig verwendeter Anschluss für externe Antennen. Die RP Version ist hier überwiegend verbreitet. Für diesen Anschluss gibt es eine Vielzahl von Antennen. Eine Adaptierung auf den N-Stecker ist jedoch bei einigen Kabel und Antennen erforderlich.

• TNC / RP-TNC

Ein großer Stecker, der auch bei einigen WLAN-Geräten zu finden ist. Er ist nicht so weit verbreitet wie der SMA-Stecker, dafür eignet er sich besser für dämpfungsarme Kabel. Diese können oft direkt, ohne Addapter oder Pigtail, angeschlossen werden.

• N

Die Profiverbindung fürs WLAN. Dies ist die größte Buchse und hat einen beachtlichen Durchmesser (~2 cm). Ihre Verwendung findet sie üblicherweise bei hochwertigen Komponenten. Durch ihre große Abmessung ist sie selten auf WLAN-Geräten zu sehen. Deshalb muss sie meisten adaptiert werden.

Eine Übersicht über die Stecker gibt es hier: WiMo-Shop

Blitzschutz

Ein Blitzschutz ist nötig, wenn sich die Antenne außerhalb eines Gebäudes befindet. Ein Blitz kann bei Gewitter in die Antenne einschlagen. Ohne Blitzschutz ist die Zerstörung des an der Antenne angeschlossenen Gerätes sehr wahrscheinlich. Ein Blitzschutz absorbiert die Energie, welche sonst das Gerät zerstören würde. Im Blitzschutz befindet sich eine Gaspatrone, die die Energie absorbiert. Diese wird dadurch jedoch zerstört und muss nach einem Blitz ausgetauscht werden.

Der Blitzschutz kommt zwischen Antenne und WLAN-Gerät, dafür hat er auch zwei WLAN-Buchsen. Zusätzlich muss er noch gut geerdet werden. Die Erdung sollte mit einem möglichst dicken Kabel oder Draht (einige mm²) ausgeführt, dass zu einem geerdeten Potenzial führt (z.B. Wasserrohr). Es ist weniger empfehlenswert den Erdleiter einer normalen Steckdose zu benutzen, da dieser nur einen Querschnitt von etwa 1.5 mm² besitzt.

Verstärker

Verstärker sind mächtige Werkzeuge. Sie können ein schwaches WLAN-Signal, um z.B. bis zu 33 dB, verstärken, jedoch leidet die Qualität des Signals etwas darunter. Diese Geräte sind sehr teuer (3-4 stellige € Beträge) und sollten, wegen ihrer großen Leistung, mit bedacht gebraucht werden (Es sei hier auf die max. Sendeleistung hingewiesen!).

Die Verstärker haben verschiedene Formen und Leistungen. Es gibt wettertaugliche Modelle und solche die für den Inneneinsatz gedacht sind. Üblicherweise verstärken diese Geräte das Signal in beide Richtungen (Empfangen und Senden, außer wenn es nur ein Empfangsverstärker ist), deshalb sollten sie so kurz wie möglich von der Antenne entfernt angebracht werden. Die Länge des Kabel zum Verstärker ist auch begrenzt, weil dieser einen min. Eingangspegel benötigt. Die Stromversorgung findet entweder direkt über den Verstärker statt (Strombuchse am Gerät) oder wird mit Hilfe eines DC-Injector realisiert. Dieser versorgt das Gerät über das Koaxialkabel (ähnlich dem PoE im LAN). Der Netzadapter für den DC-Injetor muss meist selbst beschafft werden. Genaueres zu dem Verstärker entnehmen sie dem Handbuch/Datenblatt des Gerätes. Am Schluss sei nochmals angemerkt, dass sich diese Geräte nur für Experten eignen.