Isotropstrahler

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Ein Isotropstrahler (engl. isotropic antenna), auch Kugelstrahler oder isotrope Antenne genannt, ist ein Modell bzw. die hypothetische Idealisierung eines Punktstrahlers, der isotrop (d. h. gleichmäßig in alle Raumrichtungen) und verlustlos sendet bzw. empfängt. Der Isotropstrahler sendet Transversalwellen aus, die je nach Anwendungsfall unterschiedlich polarisiert sein können. Zur Charakterisierung der Richtwirkung von Antennen werden deren Strahlungsdiagramme mit dem Strahlungsdiagramm eines Isotropstrahlers verglichen. Für diesen Vergleich wird für den Kugelstrahler angenommen, dass er mit Ausnahme des Wirkungsgrades und der Richtwirkung die gleichen Eigenschaften wie die Antenne hat, mit der er verglichen werden soll. Ein idealer Isotropstrahler ist in der Praxis nicht realisierbar, alle Antennen haben in der Realität eine mehr oder weniger ausgeprägte Richtwirkung.

Beim Isotropstrahler verteilt sich die gesamte Sendeleistung {P_{TX}} gleichmäßig auf die Fläche einer Kugel. Die Leistungsdichte im Abstand {r} beträgt:

S_O = \frac{P_{TX}}{A_\text{Kugel}} = \frac{P_{TX}}{4 \pi r^2}

Wegen der teilweise sehr großen Zahlenwerte des Vergleichs wird dieser fast ausschließlich in einem logarithmischen Maß angegeben, dem Dezibel (dB). Der dBi-Wert gibt den Antennengewinn einer Antenne bezogen auf den Isotropstrahler als Referenzantenne an. Beispielsweise beträgt er für eine λ/2-Dipolantenne in Richtung senkrecht zur Antennenachse 2,15 dBi, für einen Hertzschen Dipol 1,8 dBi.

In bestimmten Messverfahren für Antennen, etwa dem Sunstrobe-Recording, kann das breit gestreute Spektrum der Sonnenstrahlung als Annäherung an einen Punktstrahler verwendet werden. Die Sonne strahlt nicht nur das sichtbare Licht aus, sondern sendet in allen Frequenzbereichen mit für den Zeitraum der Messung recht stabilen Leistungen. Die Annäherung Punktstrahler ist trotz der riesigen Ausmaße der Sonnenoberfläche zulässig, da die Sonne sehr weit von der Messantenne entfernt ist.

Ein Isotropstrahler kann rechnerisch auch als Empfangsantenne genutzt werden. Eine Empfangsantenne benötigt aber unbedingt eine effektive Antennenfläche (Apertur), um aus einem Feld mit einer gegebenen Leistungsdichte (Leistung pro Flächeneinheit) Leistung entnehmen zu können. Ein Punkt hat keine Fläche und würde in der Folge keine Leistung entnehmen können und die Empfangsantenne würde nicht funktionieren. Somit benötigt eine isotrope Empfangsantenne eine Mindestfläche, die sich an der zu empfangenen Wellenlänge orientiert. Ihre Dimension und ihre effektive Antennenfläche AW ist abhängig von der Wellenlänge:

A_W = \frac{\lambda^2}{4 \pi}

Literatur[Bearbeiten]

  • Jürgen Detlefsen, Uwe Siart: Grundlagen der Hochfrequenztechnik. 2., erweiterte Auflage. Oldenbourg, München/ Wien 2006, ISBN 3-486-57866-9.
  • Technik der Nachrichtenübertragung. Band 1: Grundlagen der Hochfrequenztechnik. Institut zur Entwicklung Moderner Unterrichtsmedien e. V., Bremen, 1980.
  • Edgar Voges: Hochfrequenztechnik. Band 2: Leistungsröhren, Antennen und Funkübertragung, Funk- und Radartechnik. Hüthig, Heidelberg 1987, ISBN 3-7785-1270-6, S. 134 ff.: Kapitel 17.2: Richtfaktor und Antennengewinn.
  • Beschreibung einer isotropen Empfangsantenne für Messzwecke (online)