Direktionalität
Englisch: directivity
Maß für die Leistung einer Antenne im Vergleich zu einer isotropen Antenne; Verhältnis des maximalen Wertes der Abstrahlintensität zur mittleren Abstrahlintensität.
Directivität: wie stark eine Antenne ihre Leistung konzentriert
Directivität ist eine dimensionslose Zahl, die beschreibt, wie scharf eine Antenne elektromagnetische Energie in eine bestimmte Richtung konzentriert, verglichen mit einer theoretischen isotropen Antenne, die in alle Richtungen gleich abstrahlt. Sie ist das Verhältnis der maximalen Abstrahlintensität (Leistung pro Raumwinkeleinheit) in der Hauptkeule der Antenne zur durchschnittlichen Intensität, die sie abgeben würde, wenn sie die gleiche Gesamtleistung gleichmäßig in alle Richtungen ausstrahlte. Eine höhere Directivität bedeutet, dass die Antenne mehr Energie in eine bestimmte Richtung konzentriert, was nützlich ist, wenn man Fernübertragung oder Empfang auf einem gewählten Weg benötigt.
Directivität wird als reine Zahl ausgedrückt, manchmal auch in Dezibel als dBi geschrieben, wobei i für isotropisch steht. Eine einfache vertikal angebrachte Monopolantenne hat eine Directivität von etwa 1,5 (etwa 1,8 dBi) und strahlt in einem Pfannkuchenmuster in der horizontalen Ebene ab. Eine Schüsselantenne oder ein Phased Array kann Directivitäten im Bereich von Hunderten oder Tausenden erreichen und konzentriert nahezu alle Leistung in einen engen Strahl. Die Beziehung zwischen Directivität und der physikalischen Größe sowie Geometrie der Antenne ist grundlegend: längere Wellenlängen erfordern größere Antennen, um die gleiche Directivität zu erreichen.
Directivität unterscheidet sich von Gewinn, einem verwandten aber unterschiedlichen Parameter. Gewinn berücksichtigt die tatsächliche Effizienz der Antenne und Verluste in der Speisung und Anpassung, während Directivität rein geometrisch ist und eine perfekte Antenne mit Einheitsefizienz voraussetzt. Eine Antenne mit einer Directivität von 10 dBi und einer Effizienz von 80 Prozent hat einen realisierten Gewinn von etwa 9 dBi. Diese Unterscheidung ist wichtig in realen Funkverbindungsbudgets, wo die tatsächlich an die Übertragungsleitung abgegebene Leistung zählt.
Praktische Überlegungen und Kompromisse
Die Gestaltung eines Antennensystems erfordert ein Abwägen von Directivität gegen Bandbreite, Kosten und mechanische Komplexität. Eine schmalbandige directive Antenne, wie eine Yagi oder ein Horn-Speiseelement, funktioniert möglicherweise nur über wenige Prozent der Mittenfrequenz, während eine breitbandige omnidirektionale Antenne Directivität gegen Einsatzfähigkeit über viele Bänder eintauscht. Für Versorgungsunternehmen, die großflächige Netzwerke verwalten, ermöglicht die Auswahl von Antennen mit mittlerer Directivität angemessene Abdeckung und Verbindungsleistung ohne die mechanische Last von Nachführung oder großen Öffnungen. In Funkstrecken im Versorgungsmaßstab, die für SCADA und Kommunikation verwendet werden, ist eine Directivität zwischen 10 und 25 dBi typisch und wägt Reichweite gegen Installationspraktikalität ab.
Directivität ist auch grundlegend für das Verständnis von Störungen und Spektrumsweitergabe. Eine hochdirektive Antenne bei einem Sender ist weniger wahrscheinlich, dass sie Benutzer in der Nähe auf der gleichen Frequenz stört, und eine directive Empfängerantenne lehnt Signale aus unerwünschten Richtungen ab. In dicht bebauten städtischen Umgebungen, wo viele Funksysteme dicht beieinander betrieben werden, ist sorgfältige Antennendirectivität oft das Werkzeug, das Störungen beherrschbar macht, ohne sich allein auf Leistungsgrenzen oder Frequenzabstimmung zu verlassen.