Ausrichtung von Antennen

Richtwirkung von Antennen
Antennen strahlen die Sendeenergie nicht gleichmäßig in alle Richtungen ab. Abhängig vom Typ der Antenne gibt es eine bestimmte Vorzugsrichtung, in welcher die Strahlungsenergie stärker gebündelt ist als in anderen Richtungen. Man spricht deshalb von Richtantennen und wie der Name schon andeutet, müssen diese auf die Sende/Empfangsrichtung ausgerichtet werden, um optimale Ergebnisse zu erhalten. Da sich die Strahlungsenergie genauso wie Licht ausbreitet, benötigt man für doppelte Reichweite eine viermal so hohe Leistung, das sind 6dB. Für vierfache Reichweite 12dB usw..

Es ist jetzt noch zu unterscheiden zwischen den Rundumstrahlern, die die Strahlungsenergie in einer Ebene bündeln und den Richtantennen, die häufig auf eine einzige Gegenstelle ausgerichtet werden.

Auch Rundumstrahler (omnidirektional) haben eine Richtwirkung
Auch bei den Rundumstrahlern ist eine Bündelung der Strahlungsenergie vorhanden. Eine typische Antenne dieser Art ist eine Stabantenne. Diese hat das Maximum der Strahlungsleistung 90° zur Antennenachse und zwar rundum in gleicher Intensität. D.h. eine solche Antenne versorgt in einem Gebäude alle Stationen auf dem gleichen Stockwerk gut. Ist jedoch eine Station schräg darüber im nächsten Stockwerk, so ist das Signal in dieser Richtung schon schwächer. In Richtung der Antennenachse (in diesem Beispiel genau senkrecht darüber im nächsten Stockwerk) ist das Signal fast 0. D.h. wenn sich eine Station genau senkrecht darüber im nächsten Stockwerk befindet, so wird dort kein, oder nur ein schlechter Empfang sein. In diesem Fall müßte die Stabantenne in die horizontale Lage geschwenkt werden um senkrecht darüber einen optimalen Empfang zu haben. In der Praxis ist die Antenne dann in einem Kompromiss so auszurichten, daß alle Stationen ausreichend versorgt werden.

Omnidirektionale Antennen eignen sich ideal zum Anschluß an Router und Access Points zur Verbindung von Computern auf gleicher Ebene. Eine 6 dBi Antenne bündelt die Strahlung aber schon auf ca. +/- 15° in horizontaler Richtung. Dies ermöglicht noch eine einfache Ausrichtung der Antennen zueinander, aber das Stockwerk darüber und darunter wird damit nicht mehr versorgt. Wer das noch möchte, muß auf eine Antenne mit höherem Gewinn verzichten und sich mit 2dBi eines Dipoles (die angebaute Stabantenne) zufriedengeben. Je höher der Antennengewinn (je mehr dB) umso enger ist die Abstrahlungscharakteristik und umso genauer müssen die Antennen von Station und Gegenstation aufeinander ausgerichtet sein. Es müssen dann alle Antennen auf gleicher Höhe angeordnet sein.

Für Router oder AP wird man meist Rundumantennen verwenden, da sie mehrere Computer, die auf der gleichen Ebene stehen, gut versorgen. An den Computern selbst, kann dann jedoch eine Richtantenne angeschlossen werden, die dann direkt auf die Antenne des Routers bzw. APs zeigt.
Da die Richtantennnen sowohl in Sende- wie auch in Empfangsrichtung in etwa den gleichen Gewinn haben, profitiert man dann auf beiden Seiten der Funkverbindung. D.h. man muß nicht auf beiden Seiten eine starke Antenne haben, sondern probiert es erst mal auf einer, wenn es dann immer noch nicht reicht, dann nimmt man auch auf der anderen Seite eine stärkere.

Horizontale oder vertikale Polarisierung
Zusätzlich hat man bei den Antennen noch auf die vertikale oder horizontale Polarisierung des Signals zu achten. Zwei Stabantennen stehen sich dann optimal gegenüber, wenn die gedachte Verbindungslinie zueinander 90° zur Antennenachse steht. Eine BiQuad-Antenne ist ebenfalls entsprechend zur Stabantenne passend zu drehen (Wenn eine Stabantenne senkrecht steht, dann muß die längere Achse einer BiQuad-Antenne waagrecht stehen - Anschlußkabel nach unten, die Elemente einer Yagi müssen senkrecht stehen, eine Dosenerregerantenne muß den Antennenstab senkrecht haben, eine Hohlleiter-Schlitzantenne muß waagrecht sein, eine MonoQuad muß das Anschlußkabel seitlich haben), sonst wird der Empfang schlecht oder gar nicht möglich sein.


So müssen Antennen zueinander ausgerichtet sein, damit die Polarisierung zueinander richtig und der Empfang optimal ist.
Wird eine Antenne um einen beliebigen Winkel gedreht, müssen alle anderen genauso nachgedreht werden.

In der Praxis werden jedoch die Antennen häufig auf mehrere Stockwerke verteilt sein. Die Antennen sind dann in einem Kompromis so zueinander auszurichten, daß möglichst überall Empfang möglich ist.

Diese variable Polarisierung hat noch den Vorteil, daß man 2 unabhängige wireless LAN-Netzwerke auf der selben Frequenz gleichzeitig betreiben kann, wenn man die Antennen des einen horizontal und des anderen Netzwerks vertikal ausrichtet (wie beim SAT-Empfang von hor. und vertikal).

Tücken durch Reflexionen (insbesondere bei großen Antennen)
Besonders anfällig auf Reflektionen sind lange Rundumantennen (ca. ab 6dBi) und andere Antennen mit größeren Abmessungen (Yagi usw.). Diese Antennen erreichen in Innenräumen oft nicht ihre Leistung, da sie sich bedingt durch viele Reflektionen in keinem homogenen Feld befinden.
Außenmontage sowie auf dem Dach sind günstige Standorte für Antennen mit größeren Abmessungen, da oft nur dort ein überwiegend homogenes Feld vorhanden ist. In Innenräumen ist bei solchen Antennen der Nutzen von der baulichen Umgebung abhängig und in jedem Einzelfall auszuprobieren. Dabei können jede Art von Metallteilen störend wirken (Elektroinstallation, Heizungsrohre, Metallregale, usw.).

Signalauslöschung durch unterschiedliche Signallaufzeiten
Reflexionen an metallischen Teilen, wie z.B. Regalen, Stahlbetonwänden, ... können durch eine Überlagerung von Signalen mit unterschiedlicher Laufzeit zur Schwächung oder auch Auslöschung des Signals führen. Ein solcher Effekt ist normalerweise sehr örtlich begrenzt. Ein Verstellen der Antenne in einem Bereich von 1/2 Meter (manchmal sind es nur wenige Zentimeter und man hat völlig andere Verhältnisse) ist dann meist ausreichend um diesen Effekt zu eliminieren. Bewegen sie die Antenne in diesem Bereich vorwärts, rückwärts, nach oben und auch seitlich und beobachten die Empfangssignalstärke bzw die Verbindungsqualität auf dem Monitor.

Drehung der Polarisationsebene
Schließlich ist noch zu erwähnen, daß die Polarisation des Signals durch Reflexionen gedreht werden kann. D.h. wenn keine direkte Sichtverbindung zur Gegenstelle vorhanden ist, bei Problemen auf alle Fälle ausprobieren, in welcher Drehlage das Signal am stärksten ist.


Das elektromagnetische Feld wird durch elektrisch leitfähige Gegenstände stark beeinflußt
Bei schwachen Signalen kann der Betrieb sehr störungsanfällig sein. Jede Änderung im Raum kann sich dann auswirken. Ein Computer zusätzlich, ein Regal mit etwas metallischem, all dies kann unerwartete, verrückte Effekte verursachen. Es kann dann ausreichend sein, daß eine Person den Raum betritt (oder auch verläßt) und es geht nichts mehr.

Wenn es nicht funktionieren will
Als wichtigste Maßnahme, wenn keine Sichtverbindung wegen vorhandener Wände besteht und der Empfang schlecht ist, wird empfohlen, den Standort der Antenne(n) zu variieren. Es ist manchmal erstaunlich wie sich die Verhältnisse ändern, wenn man eine Antenne an einem 2 -3 m langen Kabel im zur Verfügung stehenden Aktionsradius unterschiedlich platziert.

Benachbarte WLANs können sich störend bemerkbar machen. Mit einer Richtantenne werden höhere Signalpegel des störenden Netzes empfangen, wenn sich dieses in der Vorzugsrichtung der Antenne befindet, als mit der Standard-Antenne. Abhilfe ist eventuell durch eine andere Kanal-Einstellung des eigenen Netzes möglich (Die Geräte sind werksseitig auf den mittleren Kanal eingestellt. Da sich die Kanäle überlappen, sind von den 13 vorhandenen Kanälen jedoch nur 3 gleichzeitig störungsfrei nutzbar. Alternativ deshalb den obersten oder untersten wählen.).

Wir hatten auch schon Fälle, bei denen sich WLAN-fremde Funkeinrichtungen so störend bemerkbar machten, daß ein Betrieb nicht möglich war (eine Richtfunkstrecke eines Mobiltelefonbetreibers). Der Effekt trat erst mit der Verwendung einer Richtantenne auf. Die Einstellung eines anderen Kanals brachte Abhilfe.

Systematische Vorgehensweise führt leichter zum Erfolg
Eine kräftige Richtantenne auf einer Seite der Übertragungsstrecke einsetzen und mit einem beweglichen PC/Notebook dann ausloten wie weit es geht und an welchen Stellen es geht. Auch die Gegenstation örtlich verändern.

Damit bekommt man ein gutes Bild was machbar ist. Dann nötigenfalls auf der Gegenseite auch noch eine kräftige Antenne einsetzen, die Antennenstandorte verändern, Antennen mit langen Kabeln verwenden um diese an günstigen Standorten positionieren zu können oder auch um Hindernisse damit zu umgehen.

Offene Treppenhäuser sind eine gute Möglichkeit einer oder mehrerer unüberwindlichen Stahlbetondecken aus dem Wege zu gehen. Auch Hausfronten sind bestens geeignet um WLAN auf viele Geschosse zu verteilen (Z.B. alle Zimmer eines mehrstöckigen Studentenwohnheims wurden auf unsere Empfehlung erfolgreich über eine von der Front abstehende Rundumantenne versorgt. Alle Studenten haben dann die Möglichkeit sich über eine Antenne außen am Fenster das WLAN ins Zimmer zu holen.).

Wenn keine Sichtverbindung ist, kann man auch über Reflektionen von flachen Hauswänden / sonstigen Bauwerken arbeiten. Allerdings dann nur über mäßige Entfernungen.

Es besteht aber auch die Möglichkeit mit guten Geräten und Richtantennen durch Häuser und auch andere Hindernisse hindurchzustrahlen. Der Erfolg ist dann jeweils von den baulichen Gegebenheiten abhängig.

Anzeige der Signalstärke
Die Anzeige der Signalstärke oder der Verbindungs-Qualität durch die Gerätesoftware ist oft sehr mangelhaft bis gar nicht brauchbar. Man sollte sich im Zweifelsfall besser an der erreichbaren Datenrate (ein höherer Signalpegel ergibt eine höhere Datenrate) und der Standhaftigkeit der Verbindung orientieren. Eine gute Anzeige liefern z.B. Orinoco-Karten und alle kompatiblen, die den gleichen Chipsatz verwenden. Anzeige z.B. mit der Software Netstumbler die als Download aus dem Internet zur Verfügung steht. Der Abbildungsmaßstab ist jedoch nicht unbedingt maßstabsgetreu sondern nur tendenziell richtig. D.h. 6dB auf der Skala müssen nicht tatsächlich auch 6dB sein. Dies ist unbedingt zu berücksichtigen, wenn verschiedene Geräte und Antennen miteinander verglichen werden sollen. Es sind bei Bedarf Meßmethoden zu verwenden, die den Maßstabsfehler kompensieren.

Die Signalstärken auch nie in nächster Nähe der Antennen zueinander messen, sondern immer auf einen ausreichenden Abstand der Antennen achten (Je höher der Antenenngewinn, umso größeren Abstand wählen. Antennen- und Gerätevergleiche auf alle Fälle nicht in Innenräumen, sondern im Freien, weitab von jeglichen reflektierenden Materialien vornehmen.).