Antennendesign

Antennendesign umfasst die Planung, Berechnung und Optimierung von Antennen. Ziel ist, elektrische Signale effizient in elektromagnetische Wellen umzuwandeln und umgekehrt, wobei Frequenz, Impedanz, Gewinn, Bandbreite, Richtwirkung, Größe und Kosten berücksichtigt werden. Die konkreten Anforderungen bestimmen Topologie, Materialien und Fertigungsmethoden. Anwendungen finden sich in der Funkkommunikation, im Rundfunk, Radar, Satellitenverbindungen und Messsystemen.

Zentrale Größen sind die Wellenlänge, Resonanzfrequenz, Eingangsimpedanz, das Stehwellenverhältnis und das Strahlungsdiagramm. Der Gewinn beschreibt die Richtung und Stärke der abgegebenen Strahlung. Eine Impedanzanpassung (mit Balun, Matching-Netzwerken oder Transformatoren) ist oft notwendig, damit Leistung möglichst verlustarm ins System übertragen wird. Bandbreite und Q-Faktor beeinflussen, wie breit das Betriebsfenster ist.

Typen reichen von Drahtantennen wie Dipol oder Monopol bis zu Schleifen, Patch-, Mikrostreifen-, Yagi-, Log-Periodik- oder Parabolantennen. Die Größenangaben basieren meist auf der Wellenlänge (etwa λ/2 für einen Dipol) und werden durch Umgebungsbedingungen wie Gehäuse, Gelände und naher Leiter beeinflusst. Praktische Designaspekte umfassen mechanische Festigkeit, Wärmeableitung, Materialverluste und die Integration von Strahlungs- oder Balun-Komponenten.

Die Analyse erfolgt mit analogen Näherungen und numerischen Methoden (MoM, FDTD, FEM). Typische Messgrößen sind S11 (Rückfluss), VSWR, Gewinn, Strahlungsdiagramm und Emission innerhalb zulässiger Grenzwerte. Prototypen werden montiert, abgestimmt und unter realen Bedingungen getestet, oft in anechoischer Kammer oder Freifeldmessungen, gefolgt von Iterationen.

Regulatorische Aspekte betreffen Frequenzzuteilungen, Exportbeschränkungen, elektromagnetische Verträglichkeit und Sicherheitsnormen. Umweltfaktoren, Wartbarkeit und Lebenszyklus sollten in das Design einfließen, um Zuverlässigkeit und Sicherheit zu gewährleisten.