Was ist eine Panel-Antenne?

Die drahtlose Kommunikation hat sich in der letzten Zeit sprunghaft entwickelt. Auf dem Markt gibt es heute eine große Auswahl an Antennen für verschiedene Anwendungen. Panel-Antennen sind ein solcher Typ, der verwendet wird, um eine optimale Signalstärke und -richtung zu erzielen. Grundsätzlich besteht eine Panel-Antenne aus einem Dipol, der vor einem flachen Reflektor angebracht ist, und wird in vielen Anwendungen eingesetzt, von Mobilfunknetzen bis hin zu drahtlosen Breitbandverbindungen. Panel-Antennen sind aufgrund ihres minimalistischen Designs und ihrer Eignung für feste und tragbare Anwendungen in Innen- und Außenbereichen vielseitig einsetzbar.

In diesem Artikel vermitteln wir Ihnen ein umfassendes Verständnis ihrer grundlegenden Definition bis hin zu detaillierten Konstruktionsaspekten, Funktionsprinzipien, Hauptmerkmalen, Verwendungszwecken, Typen, Vergleichen mit einigen anderen Antennen und Installationsrichtlinien.

Entwurf und Aufbau einer Panelantenne

Das Design und die Struktur einer Panel-Antenne hängen von verschiedenen Faktoren wie Frequenzbereich, Gewinn und Strahlbreite ab, Polarisierungund Impedanzanpassung. Panel-Antennen gibt es in verschiedenen Ausführungen wie Patch-Antennen, Mikrostreifen-Antennen, Schlitzantennen usw. Einige der am häufigsten verwendeten Materialien für das Substrat sind FR-4, Rogers und Teflon. Bei der Festlegung des Designs und der Struktur einer Panelantenne müssen auch Umweltfaktoren wie Haltbarkeit, Wetterbeständigkeit und Montageoptionen berücksichtigt werden. Panel-Antennen bestehen aus mehreren Elementen oder Panels zum Senden oder Empfangen von Signalen in einer bestimmten Richtung, die in einem Gittermuster angeordnet sind. Sie haben in der Regel eine rechteckige oder quadratische Form, wodurch eine größere Oberfläche entsteht und der Gewinn der Antenne erhöht wird. Das kompakte und minimalistische Design macht sie vielseitig einsetzbar.

So funktionieren Panel-Antennen

Panel-Antennen bestehen aus mehreren Strahlerelementen, die in einer bestimmten Anordnung in einem flachen Panel angeordnet sind, und diese Elemente sind mit einem Versorgungsnetz verbunden, um die Antenne mit Strom zu versorgen. Die strahlenden Elemente in einer Panelantenne haben im Allgemeinen eine rechteckige oder quadratische Form, und die Gesamtleistung und Richtwirkung der Antenne hängen von der Anordnung und Konfiguration der strahlenden Elemente ab.

Hauptmerkmale von Panel-Antennen

Direktionale Deckung

Panel-Antennen haben in der Regel einen schmalen Öffnungswinkel und strahlen und empfangen daher Signale in eine bestimmte Richtung. Dies ist eine stark gerichtete Antenne Fokussierung der Signalübertragung und des Signalempfangs auf einen bestimmten Bereich. Daher werden Panel-Antennen häufig in drahtlosen Punkt-zu-Punkt- und Punkt-zu-Mehrpunkt-Kommunikationssystemen eingesetzt. Der Abdeckungsbereich einer Panelantenne ist aufgrund ihrer hohen Richtwirkung geringer. Um einen Abdeckungsbereich von 360 Grad abzudecken, müssen mehrere Panel-Antennen eingesetzt werden. Aufgrund der hohen Richtwirkung und der geringen Strahlbreite können sie jedoch Signale über eine große Entfernung senden und empfangen.

Hohe Verstärkung

Da Panel-Antennen einen schmalen Strahlengang haben, der auf einen bestimmten Bereich fokussiert ist, liegt der Gewinn von Panel-Antennen in der Regel im oberen Bereich. Es gibt jedoch auch Panel-Antennen mit einem Gewinn von 6 bis 10 dB bis hin zu 23 dB. Der hohe Gewinn von Panel-Antennen macht sie widerstandsfähiger gegen Störungen und damit ideal für Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssysteme, auch bei großen Entfernungen.

Strahlbreite

Panel-Antennen sind in der Regel stark gerichtet und haben daher eine schmale und fokussierte Strahlungsbreite. Dadurch können Panel-Antennen Signale über größere Entfernungen mit minimalen Störungen senden und empfangen. Außerdem sorgt die stark fokussierte, schmale Abstrahlbreite für eine hohe, gleichmäßige und zuverlässige Signalstärke. Aufgrund der engen Abstrahlungsbreite können Panel-Antennen jedoch nur eine begrenzte und spezifische Richtung abdecken.

Polarisationsoptionen

Panel-Antennen sind in verschiedenen Polarisationen erhältlich, um unterschiedliche Leistungsanforderungen zu erfüllen. Panel-Antennen können eine vertikale Polarisation, eine horizontale Polarisation oder eine eine Kombination aus beidem. Bei der vertikalen Polarisation ist das elektrische Feld vertikal ausgerichtet, und dies ist die häufigste Art der Polarisation, die in herkömmlichen Kommunikationssystemen verwendet wird. Bei der horizontalen Polarisation ist das elektrische Feld horizontal ausgerichtet und wird verwendet, wenn Interferenzen mit vertikal polarisierten Systemen vermieden werden sollen. Bei der dualen oder kombinierten Polarisation unterstützt die Antenne entweder sowohl die horizontale als auch die vertikale Polarisation oder sie unterstützt die Polarisation in einem bestimmten Winkel. Diese Art der Polarisation wird üblicherweise für MIMO verwendet (Mehrere Eingänge, mehrere Ausgänge) Systeme.

Kompakte Bauweise

Panel-Antennen haben im Allgemeinen ein sehr einfaches und minimalistisches Design. Anders als Yagi-Antennen, Parabolantennen usw. sind Panel-Antennen weniger sperrig. Durch ihre flache und kompakte Bauweise sind sie leichter zu installieren und benötigen weniger Platz. Die Konstruktion von Panel-Antennen reduziert die Abhängigkeit von mechanischen Teilen und minimiert so den Verschleiß und die Abnutzung. Panel-Antennen werden auch als Leiterplatten gedruckt, so dass sie auch in kleinen elektronischen Geräten verwendet werden können.

Einfacher Einbau

Aufgrund ihres kompakten Designs lassen sich Panel-Antennen in den meisten Umgebungen leicht installieren und montieren. Das stromlinienförmige Design von Panel-Antennen sorgt dafür, dass sie sich nahtlos in jede Umgebung einfügen, ohne aufdringlich zu wirken. Panel-Antennen sind als Plug-and-Play-Geräte erhältlich, was ihre Installation wesentlich einfacher macht als die anderer herkömmlicher Antennen.

Vielseitigkeit

Panel-Antennen sind äußerst vielseitig, da sie für eine Vielzahl von Frequenzbereichen, Verstärkungen, Polarisationen usw. hergestellt werden können. Dank ihrer kompakten Bauweise können sie sowohl in Innenräumen als auch im Freien problemlos installiert werden. Panel-Antennen können je nach Anwendungsfall als Einzelantenne oder als Array von Panel-Antennen verwendet werden. Die Möglichkeit der Anpassung an den jeweiligen Anwendungsfall macht Panel-Antennen in Kommunikationssystemen äußerst nützlich.

Innen- und Außeneinsatz

Panel-Antennen können sowohl für Innen- als auch für Außenanwendungen verwendet werden. Auf dem Markt sind heute Panel-Antennen erhältlich, die speziell für Innen- oder Außenanwendungen gebaut sind. Innenraum-Panel-Antennen werden in der Regel an Wänden montiert oder auf flachen Oberflächen wie Tischen oder Regalen aufgestellt. Sie haben in der Regel eine rechteckige Form und verfügen über mehrere interne Antennen, mit denen sie Signale in einer bestimmten Richtung empfangen und senden können. Eine häufige Anwendung von Innenantennen sind Signalverstärker in Gebäuden, um die Signalstärke und -qualität zu verbessern. Außenantennen sind für die Montage im Freien vorgesehen, um die Signalstärke und die Abdeckung eines drahtlosen Netzwerks zu verbessern. Durch ihre geringe Abstrahlbreite sind sie unempfindlicher gegenüber Störungen und werden häufig in drahtlosen Kommunikationssystemen wie Wi-Fi, Mobilfunk, RFID usw. eingesetzt. Außenantennen werden in der Regel auf Oberflächen wie Dächern, Masten und Wänden montiert. Panel-Antennen für den Außenbereich sind robuster und widerstandsfähiger gegen raue Witterungsbedingungen, ohne dabei an Leistung zu verlieren.

Frequenzbereich

Panel-Antennen können in einem breiten Frequenzbereich betrieben werden, was sie vielseitig für verschiedene Anwendungen einsetzbar macht. Ihre Fähigkeit, Hochfrequenzsignale in bestimmte Richtungen zu bündeln, erhöht die Leistung der Antenne. Einige der gängigen Frequenzbänder für Panel-Antennen sind 2,4 GHz, die in WiFi (IEEE 802.11b/g/n)-Netzwerken und anderen ISM (Industrial, Scientific, and Medical)-Anwendungen verwendet werden, 5GHz, die für WIFI (IEEE 802.11a/n/ac/ax)-Netzwerke und andere Hochfrequenzanwendungen verwendet werden, 6 GHz, die für Wi-Fi (IEEE 802.11ax und 802.11be) verwendet werden, und 24 GHz und darüber, die im Allgemeinen für Millimeterwellen-5G-Anwendungen verwendet werden.

Wozu dient eine Panelantenne?

Wie in diesem Artikel erwähnt, sind Panel-Antennen vielseitig und werden daher in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Im Folgenden werden einige solcher Anwendungsfälle erläutert.

Zellulare Kommunikation

Panel-Antennen werden in Mobilfunk-Basisstationen angebracht, um ein bestimmtes Gebiet zu versorgen. Sie sind in der Regel auf Türmen oder Gebäuden montiert und werden in die Richtung gerichtet, in der die Abdeckung benötigt wird. Aufgrund des hohen Gewinns und der hohen Richtwirkung von Panel-Antennen kann die Basisstation eine starke und gleichmäßige Abdeckung für die Nutzer in diesem Gebiet bieten. Panel-Antennen sind in der Lage, Signale zwischen Basisstationen mit hoher Signalstärke und hoher Präzision zu senden und zu empfangen, da die Strahlbreite fokussiert ist.

WiFi-Netzwerke

Panel-Antennen werden in WiFi-Netzwerken verwendet, um die Konnektivität für Benutzer in einem bestimmten Bereich zu gewährleisten. Sie werden in Punkt-zu-Multipunkt-Verbindungen verwendet, um Daten über große Entfernungen zu übertragen und zu empfangen. Mit Panel-Antennen kann das Signal in eine bestimmte Richtung fokussiert werden und somit eine bessere Bandbreite, eine höhere Signalstärke sowie eine effiziente und zuverlässige Konnektivität für das WiFI-Netzwerk bieten. Mehrere Panel-Antennen können für WiFi-Netzwerke in größeren Abdeckungsbereichen verwendet werden. Durch die Montage der Panel-Antennen an einem erhöhten Standort können die Benutzer das WiFi-Signal durchgängig und ohne viele Hindernisse empfangen, wodurch eine hohe Verbindungsqualität gewährleistet werden kann.

Punkt-zu-Punkt-Kommunikation

Dies ist eine der wichtigsten Anwendungen von Panel-Antennen. Panel-Antennen werden verwendet, um Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zwischen zwei Standorten herzustellen, z. B. zwischen zwei Gebäuden auf einem Campus, in Backhaul-Verbindungen zwischen zwei Basisstationen usw. Hauptmerkmale von Panel-Antennen wie die hohe Richtwirkung, der hohe Gewinn und die schmale Abstrahlbreite machen sie ideal für solche Punkt-zu-Punkt-Anwendungen.

Rundfunk und Fernsehen

Panel-Antennen werden aufgrund ihres hohen Gewinns und ihrer Richtwirkung für den Rundfunk verwendet. Panel-Antennen sind in der Lage, mehr Störungen zu widerstehen und Signale in einem breiten Frequenzband zu übertragen, was sie ideal für Rundfunknetze macht. Mehrere Panel-Antennen können verwendet werden, um ein größeres Gebiet zu versorgen.

Netzwerke für öffentliche Sicherheit

Panel-Antennen können für öffentliche Sicherheitssysteme und Notrufsysteme verwendet werden. Sie sind in der Lage, einen großen Bereich abzudecken und können so eine konsistente Kommunikation auch in abgelegenen oder schwierigen Umgebungen ermöglichen. Panel-Antennen sind ideal für die Kommunikation über große Entfernungen und bieten eine hohe Toleranz gegenüber Störungen, die in solchen öffentlichen Sicherheitsnetzen erforderlich sind.  

Internet der Dinge (IoT) Anwendungen

Panel-Antennen sind in hohen Frequenzbändern erhältlich und eignen sich für IoT-Anwendungen, da sie eine zuverlässige und schnelle Kommunikation ermöglichen. Ihr kompaktes Design und ihre einfache Installation und Wartung machen sie ideal für den Einsatz in IoT-Anwendungen.

Arten von Panel-Antennen

Flachbildschirm-Antenne

Sie werden auch als Patch-Panel-Antennen bezeichnet. Diese Antennen haben eine dünne, kompakte, flache Form und verfügen in der Regel über einen Dipol, der vor einer flachen Reflektorplatte angebracht ist. Flachantennen haben ein geringes Gewicht und können leicht auf einer Vielzahl von Oberflächen montiert werden. Aufgrund ihres einfachen Designs und Aufbaus eignen sie sich sowohl für tragbare als auch für stationäre Anwendungen. Diese Art von Panel-Antennen arbeitet in der Regel mit sehr hohen Frequenzen und wird häufig in drahtlosen Kommunikationssystemen wie Wi-Fi-Netzwerken verwendet, um eine gerichtete Abdeckung über einen bestimmten Bereich zu gewährleisten. Flachantennen sind in der Lage, eine schnelle und zuverlässige Netzwerkverbindung zu ermöglichen.

Sektor-Panel-Antenne

Eine Sektor-Panel-Antenne hat in der Regel eine geringere Strahlbreite, typischerweise eine 3-dB-Strahlbreite in der Azimut-Ebene, die eine Richtwirkung in bestimmten Sektoren oder Winkeln wie 60, 90 oder 120 Grad bietet. Sie werden häufig in Mobilfunknetzen, insbesondere in Basisstationen, eingesetzt, um ein bestimmtes Gebiet oder einen bestimmten Sektor zu versorgen, und werden meist für Außenanwendungen verwendet. Vom Aufbau her sind sie lange, schmale Antennen mit hohem Gewinn und bestehen in der Regel aus einer Gruppe von Dipolen, die vor einem Reflektor angeordnet sind. Die Leistung der Antenne hängt von der Größe und Form des Reflektors sowie von der Höhe der Aufstellung der Antenne ab.

Microstrip-Patch-Antenne

Diese werden auch als Patch-Antennen bezeichnet. Microstrip-Patch-Antennen sind eine der kleinsten und kompaktesten Antennen auf dem Markt. Diese Antennen werden auf ein flaches Substrat aus einem dielektrischen Material gedruckt, das allgemein als PCB (Printed Circuit Boards) bekannt ist. Aufgrund ihres minimalistischen Designs und ihrer kompakten Größe werden diese Antennenarten in den meisten elektronischen Geräten wie Mobiltelefonen, GPS-Geräten und drahtlosen Kommunikationssystemen eingesetzt.

Vor- und Nachteile der Panelantenne

Vorteile

Große Reichweite: Panel-Antennen haben eine hohe Richtwirkung und können daher zum Senden und Empfangen von Signalen über große Entfernungen verwendet werden.

Minimale Interferenzen: Die hohe Richtwirkung und die fokussierte Strahlbreite minimieren die Störung durch andere Signale. Dadurch wird die Gesamtleistung verbessert. Dadurch wird eine schnellere, stabile und konsistente Kommunikation ermöglicht.

Einfacher Einbau: Dank des minimalistischen und kompakten Designs lassen sie sich auf den meisten Oberflächen leicht installieren und montieren. Gedruckte Panel-Antennen lassen sich leicht in elektronische Geräte integrieren. Panel-Antennen sind auch als "Plug and Play"-Optionen erhältlich, die sich leicht in verschiedene Anwendungen einbauen lassen.

Geringe Kosten: Panel-Antennen haben niedrige Herstellungskosten und sind im Allgemeinen einfacher zu warten.

Vielseitig: Panel-Antennen sind extrem vielseitig, da sie in einem breiten Spektrum von Frequenzen und unterschiedlichen Polarisations- und Strahlungsmustern hergestellt werden können und auf dem Markt erhältlich sind. Panel-Antennen können sowohl im Innen- als auch im Außenbereich und sowohl in festen als auch in tragbaren Anwendungen eingesetzt werden.

Benachteiligungen

Begrenzter Abdeckungsbereich: Aufgrund der geringen Abstrahlbreite sind zur Abdeckung eines Bereichs von 360 Grad mehrere Panel-Antennen erforderlich.

Ausrichtungsanforderungen: Wenn Panel-Antennen ausgerichtet werden, müssen sie für eine maximale Leistung optimal ausgerichtet werden, was professionelle Fähigkeiten erfordern kann. Die Platzierung, Orientierung und Ausrichtung sind entscheidend für die Optimierung der Leistung einer Panelantenne.

Energieverluste: Microstrip-Patch-Panel-Antennen können bei der Signalübertragung dielektrische Verluste und Leitungsverluste aufweisen.

Warum Panel-Antennen ideal für Punkt-zu-Punkt-Anwendungen sind

Panel-Antennen werden häufig in Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystemen eingesetzt. Sie sind für die Übertragung und den Empfang von Signalen in einer bestimmten Richtung ausgelegt und können das Signal aufgrund ihrer hohen Richtwirkung, ihres hohen Gewinns und ihrer geringen Strahlbreite in eine bestimmte Richtung lenken. Dies ermöglicht eine bessere Signalstärke und eine konsistente und zuverlässige Konnektivität im Kommunikationssystem, wodurch sie ideal für Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssysteme sind. Aufgrund ihrer fokussierten, schmalen Abstrahlbreite sind Panel-Antennen nur minimalen Interferenzen ausgesetzt, was für Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssysteme ebenfalls nützlich ist.

SISO-Panelantenne vs. MIMO-Panelantenne

SISO-Panel-Antennen verwenden eine einzige Antenne zum Senden und Empfangen von Signalen und MIMO-Panel-Antennen mehrere Antennen gleichzeitig für die Übertragung und den Empfang von Signalen verwenden. SISO-Panel-Antennen sind im Vergleich zu MIMO-Panel-Antennen einfacher in der Anwendung und kostengünstiger. Auch die Signalverarbeitung ist bei SISO-Panel-Antennen viel einfacher als bei MIMO-Panel-Antennen.

SISO-Panelantennen werden im Allgemeinen in weniger komplexen Anwendungen eingesetzt, bei denen die Größe, die Kosten und die Komplexität des Systems minimiert werden müssen, während MIMO-Panelantennen in Anwendungen verwendet werden, die eine komplexe und fortschrittliche Signalverarbeitung, hohe Datenraten, einen großen Abdeckungsbereich und eine bessere Signalqualität erfordern. MIMO-Panel-Antennen sind effizienter und zuverlässiger, aber auch viel teurer als SISO-Panel-Antennen.

Daher muss auf der Grundlage der Leistungsanforderungen der Anwendung entschieden werden, ob eine SISO-Panel-Antenne oder eine MIMO-Panel-Antenne für den spezifischen Anwendungsfall besser geeignet ist.

Einbau und Ausrichtung

Bei der Installation einer Panelantenne muss zunächst ein geeigneter Standort gewählt werden. Bei der Wahl des Standorts müssen Umgebungsfaktoren berücksichtigt werden, wie z. B. der Einfluss von Wind und die Fähigkeit der Antenne, Witterungseinflüssen, Korrosion usw. standzuhalten.

Der Standort ist idealerweise ein erhöhter Standort mit minimalen Störungen und einer klaren Sichtlinie. Es ist auch wichtig sicherzustellen, dass die Panelantenne auf einer Oberfläche oder an einem Ort montiert wird, der stabil genug ist, um die Antenne zu halten. Bei der Installation und Einrichtung von Panel-Antennen sollten die Richtlinien des Herstellers genau befolgt werden, da jede Antenne von einem anderen Hersteller stammt. Es ist wichtig, dass die Antenne sicher und fest montiert ist, damit die Ausrichtung und Platzierung stabil und konstant bleibt.

Bei der Montage sollten die Kabel gesichert werden, um Beschädigungen, Abtrennungen oder lose Verbindungen zu vermeiden. Abschließend sollte die Antenne auf ihre Leistung getestet werden.

Unterschied zwischen Panelantenne und Yagi-Antenne

Verstehen Yagi vs. Panel-Antenne für die Auswahl der besten Antenne für Ihre drahtlosen Lösungen wichtig ist, sind sowohl Panelantennen als auch Yagi-Antennen Richtantennen. Sie haben jedoch einige wichtige Unterschiede in Form und Design, Leistungsparameter sowie Anwendungen.

Panel-Antennen haben im Allgemeinen eine flache, rechteckige Form und ein sehr einfaches und minimalistisches Design. Sie haben eine flache Platte mit einem strahlenden Element im Inneren. Yagi-Antennen bestehen aus mehreren Elementen, darunter ein angetriebenes Element, ein Reflektor und ein oder mehrere Direktoren, die in einem bestimmten linearen Muster angeordnet sind. Panel-Antennen haben im Vergleich zu Yagi-Antennen eine viel größere Bandbreite und einen geringeren Gewinn.

Zwischen diesen beiden Antennentypen sind Panel-Antennen besser für Anwendungen geeignet, die einen größeren Abdeckungsbereich erfordern, und Yagi-Antennen für Anwendungen, die eine Kommunikation über große Entfernungen erfordern. Panel-Antennen werden eher in Innenräumen verwendet, z. B. für WiFi-Netzwerke in Wohnungen und Büros, während Yagi-Antennen im Allgemeinen eher für Außenanwendungen wie Mobilfunk-Basisstationen und Fernsehempfang eingesetzt werden.

Unterschied zwischen Kuppelantenne und Panelantenne

Kuppelantennen sind Omnidirektionale Antennen während Panel-Antennen Richtantennen sind, was der Hauptunterschied ist. Kuppelantennen werden in Anwendungen eingesetzt, bei denen die Signale in einem Abdeckungsbereich von 360 Grad gesendet und empfangen werden müssen. Kuppelantennen haben in der Regel einen geringeren Gewinn und einen breiteren Abstrahlwinkel als Panel-Antennen. Sie können verwendet werden, um offene Bereiche gleichmäßig in alle Richtungen abzudecken. Panel-Antennen hingegen haben einen schmalen Abstrahlwinkel und einen höheren Gewinn, wodurch sie sich für die Abdeckung eines bestimmten Bereichs eignen. Kuppelantennen sind bei der Kommunikation mehr Störungen ausgesetzt als Panel-Antennen.

Schlussfolgerung

Panel-Antennen sind eine der vielseitigsten Antennen für moderne Kommunikationssysteme. Panel-Antennen haben einen hohen Gewinn und eine hohe Richtwirkung, was sie ideal für Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssysteme und für die Kommunikation über große Entfernungen macht. Panel-Antennen sind in der Regel flach und haben eine rechteckige oder quadratische Form. Dieses einfache und kompakte Design von Panel-Antennen ermöglicht den Einsatz in einer Vielzahl von Anwendungen, von kleinen elektronischen Geräten bis hin zu Mobilfunk-Basisstationen. Panel-Antennen können als Einzelantenne oder als MIMO-Konfiguration mit mehreren Panel-Antennen verwendet werden, je nach den Leistungsanforderungen einer Anwendung.

Das Verständnis des Designs, der Merkmale, der Installation und des Funktionsprinzips von Panel-Antennen ist entscheidend für die optimale Leistungsabgabe einer Panel-Antenne. Da wir auf dem Gebiet der Technologie weiterhin Fortschritte machen, bleibt der Nutzen von Panel-Antennen für die Aufrechterhaltung einer robusten Kommunikationsinfrastruktur bedeutend.