Funkkommunikation / Welotec Die richtige Antenne finden

Immer mehr industrielle Anwender schwenken von der drahtgebundenen auf die drahtlose Kommunikation um. Doch es gibt Bedenken hinsichtlich der Zuverlässigkeit. Verantwortlich für die meisten Ausfälle bei der Funkverbindung ist die eingesetzte Antenne. Aber wie finde ich die richtige?

Funklösungen bringen in vielen stationären, dezentral gelegenen Anlagen – verglichen zum Verlegen von Leitungen – deutliche Vorteile, und mobile Anwendungen lassen sich oft überhaupt nur per Funk kommunikativ anbinden. Mittlerweile hat Funk einen deutlich besseren Ruf als noch vor einigen Jahren. Dennoch haben viele Anwender Bedenken, wenn es um die Ausfallsicherheit geht. Tatsächlich findet sich eine Hauptursache für den Ausfall kabelloser Kommunikation in den eingesetzten Antennen. Richtig ausgewählt, eingesetzt und montiert helfen sie aber bei der zuverlässigen Kommunikation. Daher sollte das Thema Antenne bereits von Anfang an bei der Konzeption einer Funklösung eine wesentliche Rolle spielen.

Per Definition ist eine Antenne nichts anderes als eine Sende- und Empfangseinrichtung für elektromagnetische Wellen. Ob eine Antenne aber für die jeweilige Anwendung geeignet ist oder nicht, hängt nicht nur von der auf dem Datenblatt angegebenen Leistung ab. Davor gilt es erst zwei wichtigere Fragen zu klären: Wie lässt sich die Antenne im jeweiligen Anwendungsfall einfach und sicher montieren? Und welchen Umgebungsbedingungen ist sie ausgesetzt? Beides hat nicht nur wesentlichen Einfluss auf die nötige Performance, sondern auch darauf, ob sich eine Funklösung überhaupt realisieren lässt.

Die richtige Funktechnologie wählen

Natürlich gilt es vorab für die jeweilige Anwendung auch die richtige Funktechnologie zu wählen. In Nicht-Consumer-Anwendungen – sei es im Bereich von Smart-Industry, Smart-Energy, Smart-City oder Smart-Farming – ist das Angebot breit gefächert. Für die richtige Wahl muss man wissen, ob Daten innerhalb von Gebäuden oder im Freien übertragen werden sollen, ob die Anwendung ortsfest oder mobil ist und über welche Distanzen welche Art von Daten und welche Datenmengen mit welcher Bandbreite zu übertragen sind. Datenfunk (UHF, VHF), Mobilfunk (LTE, GPRS, UMTS) oder WLAN (2,4 GHz oder 5 GHz) können je nach Fall der richtige Problemlöser sein. Anwendungen zur Positionsbestimmung fordern zudem noch globale Navigationssatellitensysteme (GNSS). Für jede dieser Funktechnologien und genutzten Frequenzen sind in den genannten Anwendungsbereichen dann die passenden Antennen nötig. Bei deren Wahl und Montage gibt es einige klassische aber vermeidbare Fehler. Ein paar einfache Tipps erleichtern die Auswahl:

  • Frequenzbereich: Schmalbandig ist besser

Der erste Tipp mag banal klingen, aber tatsächlich passiert es immer wieder, dass Antennen nicht passend zum Frequenzbereich gewählt werden. Gerade bei WLAN oder Mobilfunk, wo viele verschiedenen Frequenzen zur Verfügung stehen, gilt es eine Antenne mit der tatsächlich genutzten Frequenz einzusetzen. Es mag zwar attraktiv klingen, auf eine breitbandige Lösung zurückzugreifen, die mehrere Frequenzbereiche abdeckt. Das aber beeinträchtigt in der Regel die Sende- und Empfangsleistung der Antenne. Wer das Maximum herausholen will, sollte deshalb eine optimal auf die wirklich genutzte Frequenz abgestimmte Antenne wählen.

Als Faustregel gilt: Je schmalbandiger die Antenne, desto besser ihre Leistung, vorausgesetzt die richtige Frequenz wird genutzt.

  • Montage: so hoch wie möglich

Die meisten Fehler passieren beim Positionieren und Montieren der Antennen. Idealerweise ist die Antenne so zu positionieren, dass sie ungehindert in alle vier Himmelsrichtungen abstrahlen kann. Zudem ist es gut, eine Antenne so hoch wie möglich zu montieren, gleichzeitig ist es aber wichtig, das Antennenkabel dadurch nicht unnötig zu verlängern.

Antennen für Außenanwendungen erzielen den besten Empfang, wenn sie auch außen an einem Gebäude montiert werden. Dann ist aber auf Vandalismussschutz zu achten. Die Antenne muss so aufgebaut und montiert sein, dass sie sich nicht abbrechen oder verstellen lässt, und Kabel sollten so geführt sein, dass sie nicht durchtrennt werden können. Manchmal ist der Empfang vor Ort so gut, dass sich auch bei Außenanwendungen die Antenne innerhalb eines Gebäudes montieren lässt (Bild 1). Das kann bei der Installation natürlich Kosten sparen. In dem Zusammenhang jedoch ein Hinweis: In einem Metallschrank hat eine Antenne wirklich nichts verloren.

Als Faustregel gilt also: Mindestens genauso wichtig wie die Wahl der richtigen Antenne ist eine fachgerechte Montage, die alle Umweltparameter berücksichtigt.

  • Antennenkabel: dick und kurz

Zu dünne, zu lange oder zusammengestückelte Antennenkabel senken ebenfalls die Sendeleistung (Bild 2). Bei dickeren Kabeln ist die Dämpfung zwar geringer, dafür sind sie oft so starr, dass sie sich bei Anwendungen mit beengtem Raum nicht verlegen lassen. Hier gilt es, von Fall zu Fall abzuwägen.

Als Faustregeln gilt: Kabel sollten so dick wie möglich und nicht länger als drei Meter sein. Wichtig ist zudem, das Antennenkabel nicht parallel zum Stromkabel zu verlegen.