Yagi vs. Omnidirektionale Antenne: Was ist besser?

Antennen sind das Herzstück eines jeden Kommunikationssystems. Sie spielen die Schlüsselrolle bei der Übertragung und dem Empfang von Signalen zwischen der Quelle und den Zielen. Es gibt viele Arten von Antennen in verschiedenen Größen und mit unterschiedlichen Leistungsmerkmalen. Dieser Artikel zielt darauf ab, ein gründliches Verständnis von Rundstrahlantennen und Yagi-Antennen zu vermitteln und zu zeigen, wie sie im Vergleich zueinander funktionieren.

Übersicht der Antennen

Eine Antenne ist ein Gerät, das dazu dient, elektrische Energie in elektromagnetische Wellen umzuwandeln und umgekehrt. Sie senden und empfangen Signale und dienen als Verbindungselemente in Kommunikationssystemen. Die Antenne spielt eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Leistung eines Kommunikationssystems. Es gibt Antennen mit unterschiedlichen physischen Strukturen, Arbeitsfrequenzbereichen, Gewinn, Richtwirkung, Polarität usw., die in verschiedene Typen unterteilt werden. Einige der gängigsten Antennentypen werden im Folgenden kurz beschrieben.

Logarithmisch periodische Antenne: Dieser Antennentyp besteht aus einer Reihe von Dipolen, die entlang der Antennenachse in unterschiedlichen Zeitintervallen angeordnet sind, gefolgt von einer logarithmischen Funktion der Frequenz. Sie sind gerichtet und haben eine schmale Strahlungsbreite. Diese Antennen werden in der Regel für Anwendungen verwendet, bei denen neben dem Antennengewinn und der Richtwirkung auch eine variable Bandbreite erforderlich ist.

Drahtantennen: Eine der einfachsten und gebräuchlichsten Arten von Antennen, die in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt werden. Sie verwenden leitende Drähte zum Senden und Empfangen von Funksignalen. Sie können entweder Dipol- oder Monopolantennen sein. Es handelt sich in der Regel um Rundstrahlantennen, die in Anwendungen wie Rundfunk, drahtlose Kommunikation und Funkanwendungen eingesetzt oder auf Fahrzeugen, Schiffen, Gebäuden usw. montiert werden.

Apertur-Antennen: Diese Art von Antenne hat eine oder mehrere Öffnungen auf einer leitenden Oberfläche, um Signale zu empfangen. Dies können entweder Schlitzantennen oder Hornantennen sein. Sie werden in der Regel im Mikrowellenbereich eingesetzt und können für Anwendungen wie Satelliten, Radare, Flugzeuge und Raumfahrzeuge verwendet werden.

Reflektor-Antennen: Dieser Antennentyp ist stark gerichtet und verwendet eine gekrümmte reflektierende Oberfläche, um Funk- oder andere elektromagnetische Wellen in eine Richtung zu konzentrieren. Sie können entweder Parabolantennen oder Eckantennen sein. Sie werden hauptsächlich als Speiseantennen verwendet und kommen bei Anwendungen wie Satellitenkommunikation, Radarsystemen usw. zum Einsatz.

Microstrip-Antennen: Es handelt sich um eine flache Antenne, die aus einem auf ein dünnes Substrat gedruckten Metallstück besteht. Sie sind in der Regel klein und kompakt, leicht und lassen sich leicht in elektronische Geräte integrieren. Sie werden in mobilen Geräten, Routern usw. verwendet.

Array-Antennen: Dieser Typ hat mehrere kleine Antennen, die so angeordnet sind, dass jede Antenne die Qualität des Signals verstärkt und verbessert. Die Yagi-Antenne ist eine der am meisten nachgefragten Arten von Gruppenantennen. Sie sind leicht anpassbar und werden daher für Anwendungen mit hoher Verstärkung verwendet, bei denen das Strahlungsdiagramm kontrolliert werden muss. Sie werden im Rundfunk, in drahtlosen Netzwerken usw. eingesetzt.

Was ist eine Omnidirektionale Antenne?

Omnidirektionale Antennen sind Antennen, die Signale in alle Richtungen gleichermaßen senden und empfangen können. Dies macht sie ideal für Anwendungen, bei denen die Antenne mit mehreren Geräten in verschiedenen Richtungen kommunizieren muss oder die Signalrichtung des Zielgeräts variiert oder unvorhersehbar ist. Rundstrahlantennen werden sowohl für tragbare als auch für stationäre Anwendungen eingesetzt. Sie werden in fahrenden Fahrzeugen wie Schiffen und Wohnmobilen eingesetzt und auch für WiFi-Netzwerke an Orten wie Restaurants, Konferenzräumen, Campingplätzen, Resorts usw. verwendet. In städtischen Gebieten, wo der Platz zwischen zwei Signalsäulen begrenzt ist, werden Rundstrahlantennen verwendet.  

Was ist eine Yagi-Antenne?

Eine Yagi-Antenne ist eine leistungsstarke Richtantenne. Sie hat parallele Parasitärelemente, die auf einer einzigen Auslegerstruktur laufen. Ein Dipol dient als Antriebselement, und die Parasitärelemente strahlen die Signale in einer etwas anderen Phase als das Antriebselement wieder ab. Dadurch wird eine hohe Richtleistung erzielt, indem das Signal in einigen Richtungen verstärkt und in anderen aufgehoben wird. Sie werden in der Regel für Punkt-zu-Punkt-Kommunikation und Anwendungen mit großer Reichweite verwendet.

Hauptunterschiede zwischen Rundstrahlantennen und Yagi-Antennen

Aufbau und Struktur: Rundstrahlantennen sind so konzipiert, dass sie ein donutförmiges Strahlungsdiagramm mit einer Antenne in der Mitte haben. Es gibt sie in verschiedenen Ausführungen wie Monopol-, Dipol-, Flächen- und Koaxialantennen. Bei Yagi-Antennen sind mehrere Richtantennenelemente parallel auf beiden Seiten einer Strahlstruktur in einer linearen Anordnung zusammen mit einem Antriebselement und einem Reflektor angeordnet.

Funktionsprinzip: Bei einer Rundstrahlantenne werden die Funkwellen beim Durchgang durch die Antenne von den Strahlerelementen aufgefangen und in einem vollständigen Kreis ausgerichtet, so dass die Antenne Signale aus allen Richtungen gleichzeitig und senkrecht zur Achse senden und empfangen kann, wobei die Leistung mit dem Achsenwinkel variiert und auf der Achse auf Null abfällt. Bei einer Yagi-Antenne erzeugt das treibende Element elektromagnetische Wellen, und das hinter dem treibenden Element angeordnete Reflektorelement reflektiert diese Wellen nach vorne, so dass die vor dem Element angeordneten Direktoren die reflektierten Wellen nach vorne richten und fokussieren.

Frequenzbereich und Bandbreite: Rundstrahl- und Richtantennen sind in einem breiten Frequenzbereich erhältlich. Rundstrahlantennen sind im Allgemeinen im Frequenzbereich zwischen 100 MHZ und 6 GHz erhältlich, während Yagi-Antennen zwischen 30 und 3000 MHz liegen. Rundstrahlantennen haben ein breites Strahlungsdiagramm und eine große Keulenbreite, während Yagi-Antennen ein schmales Strahlungsdiagramm und eine fokussierte Keulenbreite haben.

Verstärkung und Richtwirkung: Omnidirektionale Antennen haben einen geringeren Gewinn als Yagi-Antennen, die gerichtet sind. Omnidirektionale Antennen richten, wie der Name schon sagt, Signale in alle Richtungen in einem 360-Grad-Feld, während Yagi-Antennen gerichtet sind und daher Signale auf einen Winkel von etwa 45 Grad bis 90 Grad fokussieren.

Installation und Tragbarkeit: Omnidirektionale Antennen sind aufgrund ihres 360-Grad-Musters einfach zu installieren. Sie werden an Basisstationen, Mobilfunkstandorten und drahtlosen Zugangspunkten eingesetzt. Sie werden sowohl für tragbare als auch für stationäre Anwendungen verwendet. Yagi-Antennen sind ebenfalls einfach zu installieren, erfordern aber eine sorgfältige Planung des Standorts und der Ausrichtung. Yagi-Antennen werden in der Regel als stationäre Antennen verwendet, können aber auch individuell angepasst werden.

Größe und Versand: Sowohl Rundstrahl- als auch Yagi-Antennen sind in verschiedenen Größen erhältlich. Rundstrahlantennen bestehen in der Regel aus einer stabförmigen Struktur oder einem einfachen Aufbau und sind daher leicht zu verpacken und zu versenden. Yagi-Antennen sind im Vergleich zu Rundstrahlantennen sperriger und können recht lang sein, wenn ein hoher Gewinn erforderlich ist. Die meisten modernen Yagi-Antennen lassen sich jedoch in ihre Elemente zerlegen und verpacken, so dass sie bequem versandt werden können.

Vorteile und Nachteile von Yagi-Antennen

Vorteile:

• Hohe Verstärkung und starke Richtwirkung
• Höherer Abdeckungsbereich als bei Rundstrahlantennen
• Leistungsfähiger als Omni-Antennen
• Größere Toleranz gegenüber Interferenzen

Benachteiligungen:

• Die Antenne ist recht lang für höhere Gewinne.
• Eingeschränkte Mobilität
• Die Installation ist komplexer als bei Rundstrahlantennen

Vorteile und Nachteile von Rundstrahlantennen

Vorteile:

• Vielseitig einsetzbar für stationäre und mobile Anwendungen
• Einfache Installation
• Kann mit mehreren Betreibern von verschiedenen Mobilfunkmasten verwendet werden
• Hervorragende Verstärkung der Signale 4G/5G

Benachteiligungen:

• Geringerer Erfassungsbereich
• Geringere Verstärkung
• Anfällig für Störungen aus verschiedenen Richtungen

Wie man die richtige Antenne auswählt

Leistungsanforderungen: Betriebsfrequenzen, Bandbreite, Antennengewinn, Polarisation, Abdeckungsbereich usw. sind einige der wichtigsten Leistungsparameter, die berücksichtigt werden sollten. Für Anwendungen, die einen größeren Empfangsbereich, aber eine relativ geringe Entfernung erfordern und mit mehreren Netzbetreibern arbeiten müssen, sind Rundstrahlantennen besser geeignet. Wenn jedoch die Abdeckung für ein konzentrierteres Feld oder eine Richtung erforderlich ist, ist eine Yagi-Antenne besser geeignet. Yagi-Antennen sind leistungsfähiger und daher für Übertragungen über große Entfernungen besser geeignet als Rundstrahlantennen.

Physische Zwänge: Es ist wichtig, den verfügbaren Platz und die Montagemöglichkeiten zu berücksichtigen. Rundstrahlantennen sind kompakt und nehmen daher nur wenig Platz in Anspruch. Da sie ein 360-Grad-Strahlungsmuster haben, sind sie einfach zu platzieren und müssen nicht nachjustiert werden, selbst wenn die Signalanbieter oder Mobilfunkmasten ihren Standort wechseln. Yagi-Antennen nehmen relativ viel Platz in Anspruch und können recht lang sein, wenn ein höherer Gewinn erforderlich ist. Die Installation von Yagi-Antennen ist vergleichsweise komplexer, da sie für eine optimale Leistung eine genaue Platzierung und Ausrichtung erfordern.

Umweltfaktoren: Je nach Platzierung der Antenne können Umgebungsbedingungen wie Wind, Temperatur, Feuchtigkeit usw. die Leistung der Antenne beeinträchtigen. Yagi-Antennen mit einer dreieckigen Form und verlängerten Elementen auf jeder Seite können durch Bedingungen wie starken Wind stärker beeinträchtigt werden. Omnidirektionale Antennen mit ihrer einfacheren Struktur sind widerstandsfähiger gegen raue Umweltbedingungen.

Kostenanalyse: Die Kosten sind ein wichtiger Faktor, der bei der Auswahl von Antennen zu berücksichtigen ist. Die Anschaffungs- und Installationskosten, die Betriebskosten und die Kapitalrendite sind die wichtigsten Faktoren, die zu berücksichtigen sind. Sowohl Yagi-Antennen als auch Rundstrahlantennen sind auf dem Markt leicht erhältlich und können daher zu erschwinglichen Preisen erworben werden.

Schlussfolgerung

Antennen spielen eine Schlüsselrolle in Kommunikationssystemen, und ihre Leistung hat einen großen Einfluss auf die Gesamtleistung des Kommunikationssystems. Rundstrahl- und Yagi-Antennen werden üblicherweise sowohl für Innen- als auch für Außenanwendungen eingesetzt. Die Wahl zwischen diesen beiden Antennentypen hängt von der jeweiligen Anwendung ab und hängt von Faktoren wie Leistungsparametern, Umgebungsbedingungen, Installations- und Wartungsfreundlichkeit usw. ab. Die Wahl der richtigen Antenne trägt zur Optimierung des Kommunikationssystems bei.