Was hat es mit Antennen auf sich? Manche sind kurz, manche lang, manche gebogen, manche gerade – wie kommt‘s?

Für mich waren Antennen schon immer etwas Magisches. Dummerweise habe ich in der Schule beim Thema Antennen nicht so gut aufgepasst, aber mittlerweile habe ich dazugelernt und ich

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Für mich waren Antennen schon immer etwas Magisches. Dummerweise habe ich in der Schule beim Thema Antennen nicht so gut aufgepasst, aber mittlerweile habe ich dazugelernt und ich bin mir bewusst, dass man wohl mehrere hunderttausend Worte bräuchte, um dem Thema Antennen gerecht zu werden. Nun, normalerweise drücke ich mich nicht wirklich vor Problemen, also schauen wir mal, wie weit wir mit ein paar hundert Worten kommen.

Zunächst wollen wir uns ins Gedächtnis rufen, dass die Aufgabe einer Antenne darin besteht, elektromagnetische Wellen in ein elektrisches Signal zu verwandeln, welches das gleiche Muster aufweist. Dieses elektrische Signal wird dann verstärkt, gefiltert und im Empfänger dekodiert und damit in Kommunikation umgesetzt – Musik, Daten oder auch Sprache.

Die Aufgabe einer Antenne ist also relativ einfach: die richtigen elektromagnetischen Wellen müssen optimal in einen entsprechenden Strom umgesetzt werden, und zwar unter Minimierung elektromagnetischer Störungen.

Als würde Schlammwasser durch einen Filter laufen

Obwohl die wirklich schwierige Arbeit im Empfänger erledigt wird, sollte man die Bedeutung einer guten Antenne nicht unterschätzen. Eine Antenne kann man sich als Auffangbecken für elektromagnetische Wellen einer bestimmten Frequenz vorstellen.

Ich glaube, ich kenne eine gute Metapher: es ist, als würde man Schlammwasser durch einen Filter gießen. Das meiste Wasser fließt einfach durch. Aber Partikel ab einer bestimmten Größe werden zurückgehalten. Die Größe der zurückgehaltenen Partikel hängt von der Größe der Löcher im Filter ab.

Nun, der Vergleich ist nicht wirklich perfekt. Wir könnten aber sagen, dass der Filter auf die Größe der Partikel „abgestimmt“ ist, die wir einfangen möchten. Wir können uns die Funktionsweise einer Antenne ähnlich vorstellen – nur dass sie statt auf eine bestimmte Lochgröße auf die Wellenlänge der „einzufangenden“ magnetischen Welle eingestellt werden muss.

Durch Falten wird die Antenne kleiner

Der Begriff „Wellenlänge“ erscheint hier etwas verwirrend. Sie erinnern sich sicher, dass die Wellenlänge der Distanz zwischen dem Anfang und dem Ende eines Wellenzyklus entspricht. Sie verhält sich umgekehrt proportional zur Frequenz. Weist ein elektromagnetisches Signal also eine Frequenz von 2,4 GHz (2,4 Mrd. Zyklen/s) auf, dann entspricht die Wellenlänge dem Verhältnis aus der Lichtgeschwindigkeit (300 Mio. m/s) und der Frequenz von 2,4 Mrd. Zyklen/s. Das Ergebnis beträgt in etwa 12,5 cm.

Jetzt könnte man auf die Idee kommen, dass eine 12,5 cm lange Antenne ein Signal bei 2,4 GHz (WiFi oder ZigBee) gut einfangen könnte – die Antenne würde damit eine Wellenlänge messen. Es stellt sich aber heraus, dass die Antenne und die einzufangenden Wellen letztlich in sich gefaltet werden können, wodurch die halbe Länge bzw. die halbe Wellenlänge ebenso ausreichen. Das ist wirklich cool, weil jetzt aus unseren 12,5 cm etwas über 6 cm werden.

Antennen gibts in endlos vielen Varianten

Und wir wissen, dass Masseflächen, wenn sie nur groß genug sind, die Hälfte der Welle reflektieren können. Das heißt, wenn wir die Antenne orthogonal (wissenschaftliches Wort für einen Winkel von 90°) zu einer ausreichend großen Massefläche platzieren, können wir die Länge nochmals auf die Hälfte bzw. insgesamt auf 1/4 der Wellenlänge (ca. 3 cm) kürzen – eine wirklich handliche Größe. Stellen Sie sich die Massefläche als riesigen Spiegel vor.

Natürlich gibt es unzählige Antennenvarianten, es gibt sie heute in allen Formen und Größen, um sie auf möglichst kleinem Raum unterzubringen oder eine Richtwirkung zu erzeugen.

Joel Young, Senior Vice President of Research and Development und CTO, Digi International

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