Version: 0.2
Stand: Feb. 2004
Autor: Ekkehard Plicht, Wimo Antennen und Elektronik GmbH
Diese Übersicht erklärt die Hochfrequenzseite der WLAN Verbindung und was man beim Anschluß von anderen Antennen zu beachten hat.
"HF und Liebe gehen seltsame Wege" - so lautet ein altbekannter Spruch bei den Funkern. Da mit steigendem Einsatz von WLANs auch immer mehr "Datenleute" in Berührung mit der Funktechnik kommen, sollen hier einige funktechnische Hintergrundinformationen und praktische Hinweise gegeben werden.
Die "seltsamen Wege" treffen gerade bei hohen Frequenzen zu, und WLANs benutzen sehr hohe Frequenzen (2,4 bis 2,5 GHz). In diesem Frequenzbereich ändern sich die Ausbreitungsbedingungen im Nahfeld schon mit kleinsten Veränderungen der Antennenposition und des Umfeldes der Antenne. So stören metallische Gegenstände in der Nähe der Antenne teilweise gewaltig. Z.B. kann sich durch einen in der Nähe befindlichen Heizkörper die Richtcharakteristik der Antenne enorm verändern, so sehr das in bestimmten Richtungen in geringer Distanz "nichts mehr geht".
Um die starken Beeinflussungen der Ausbreitung zu verstehen, muß man sich die verwendete Wellenlänge angucken: 2,45 GHz entsprechen etwa 13cm Wellenlänge. Grob gesprochen bedeutet dies das jeder leitende Gegenstand, der ungefähr so groß oder größer ist wie die Wellenlänge, die Abstrahlung der Antenne beeinflussen kann.
Aber auch etwas kleinere Gegenstände können stören: Wassermoleküle (H2O) reagieren bei dieser Frequenz ebenfalls (das ist der Grund warum im gleichen Frequenzbereich unsere Mikrowellenöfen arbeiten). D.h. das Wasser (Nebel, feuchte Luft, Blumen, menschl. Körper usw.) die Sendeenergie aufnehmen und in Wärme umsetzen, diese Energie steht dann nicht mehr für weitere Ausbreitung zur Verfügung.
Ein weiterer Störfaktor sind sog. Reflektionen. HF Energie wird von manchen Oberflächen hervorragend reflektiert, d.h. zurückgeworfen oder abgelenkt. Dabei kommt es zur Überlagerung des Energiefeldes, was zu völliger Auslöschung, oder aber auch zu einer starker Verstärkung führen kann. Das Ganze nennt man Interferenz und ist vielleicht noch aus dem Physikunterricht bekannt.
Bei längeren Strecken kann man Reflektionen evtl. gut nutzen, nämlich dann wenn zwischen den beiden zu verbindenden Punkten (Antennenstandorte) keine Sichtverbindung besteht. Hier kann ein größeres Gebäude, das von beiden Punkten gesehen wird evtl. als Reflektor genutzt werden. Am besten gehen Häuser oder alles was eine möglichst glatte, leitende Fläche hat (Lagerhallen, Hochregallager, Stahlbetonbauten usw.)
Ebenfalls durch Reflektionen ausgelöst sind sog. Polarisationsdrehungen (Polarisation: siehe FAQ). D.h. hier verändert sich die Polarisation der Welle durch Reflektion. Idealerweise sollten Sende- und Empfangsantenne die gleiche Polarisation haben, also beide Vertikal oder beide Horizontal. Das lässt sich gerade im Aussenberich nicht immer errreichen, hier bieten Antennen mit zirkularer Polarisation evtl. eine Abhilfe.
Manche Materialien sind für HF-Energie nahezu undurchdringlich. Vereinfacht gesprochen: je besser der Gegenstand leitet, desto weniger Durchdringung. Insbesondere im Innenbereich wirkt sich das aus, nämlich bei Stahlbetonbauten. So mag eine WLAN Verbindung in einem älteren, aus Ziegeln gemauerten Gebäude über viele Meter funktionieren, die gleichen Geräte versagen aber bei gleicher Distanz in einem Stahlbetonbau. Hier kann eine Sektorantenne helfen, oder aber auch nur die Verwendung mehrerer Accesspoints.
Kurz gefasst: Bei den verwendeten kurzen Wellenlängen sind viele Umgebungseinflüsse von großer Bedeutung für die Ausbreitung der HF-Energie. Was an einem Ort funktioniert kann an einem anderen Ort scheitern. Ein konkrete, 100%ig zuverlässige Vorhersage welche Antennen welche Reichweiten bringen ist ohne genaue Betrachtung der Umgebung nicht machbar.
Es gibt Antennen mit und ohne Richtwirkung. Stellen Sie sich eine rundumstrahlende Antenne wie eine Kerze vor, eine Richtantenne wie einen Autoscheinwerfer, bei extremer Richtwirkung (Spiegel) liegt der Vergleich mit einer Taschenlampe nahe.
Die bei Accesspoints und PC-Karten mitgelieferten Antennen sind kleine Strahler die i.d.R. eine Rundumstrahl-Charakteristik haben, d.h. die HF-Energie wird gleichmässig rund um die Antenne abgestrahlt. Dabei sollte die Antenne vertikal stehen.
I.d.R. haben diese Antennen keinen Gewinn (0 dB, siehe FAQ: Was ist ein dB?). Es gibt von manchen Herstellern Austauschantennen mit Gewinn, andererseits bietet WiMo entsprechende Ersatzantennen an. Dabei kommt es aber sehr auf den verwendeten Antennenstecker an (siehe Steckerformen).
Um größere Innen- oder Aussenbereiche (Hotelanlagen, Firmengelände usw.) zu versorgen gibt es teilweise recht große Rundumstrahl-Antennen mit Gewinn. Diese Antennen werden immer mit einem Kabel vom Accesspoint bzw. vom Client abgesetzt und an der Wand oder an einem kleinen Mast befestigt.
Rundum-Antennen mit Gewinn erzielen den Gewinn durch die Bündelung der HF-Energie in der vertikalen Ebene. Eine einfache Rundum-Antenne strahlt einen gewissen Teil der Energie auch immer nach oben ab, man kann sich das Strahlungsdiagramm wie eine abgeplattete Kugel vorstellen. Je mehr Gewinn eine solche Antenne hat, desto geringer wird der nach oben abgestrahlte Anteil, das Strahlungsdiagramm ähnelt immer mehr einem plattgedrückten Autoreifen o.ä.
Idealer Rundstrahler mit kugelförmiger Abstrahlung |
Realer Rundstrahler mit abgeflachter Abstrahlung |
Realer Rundstrahler mit etwas mehr Gewinn und dadurch flacherer Abstrahlung |
Richtantennen sind Antennen die die HF-Energie in eine bestimmte Richtung bündeln. Der Gewinn ergibt sich daraus das der Großteil der Energie bevorzugt in eine Richtung abgestrahlt wird. Das heisst nicht, das hinter der Antenne (in Gegenrichtung zur Strahlrichtung) nichts mehr zu hören wäre, auch nach "hinten" und zu den Seiten wird immer noch ein geringer Anteil der Energie abgestrahlt.
Je stärker die Antenne bündelt, desto höher ist der Gewinn, angegeben in dB. Mögliche Werte sind ca. von 5 bis über 20dB (siehe FAQ: Was ist ein dB?). Bei Richtantennen wird der Öffnungswinkel angegeben, das ist i.d.R. der Winkel in dem die Energie von der Mitte der Strahlrichtung (100%) bis auf 50% abgefallen ist.
Das Problem bei stark bündelnden Antennen ist, das man sie genau auf die Gegenstelle ausrichten muß. Das kann insbesondere bei dem angebotenen Spiegel mit sehr kleinem Öffnungswinkel dazu führen, das man etwas probieren muß bis man die Gegenstelle optimal eingepeilt hat.
Richtantennen gibt es für den Innen- und Aussenbereich (wetter- und UV-fest).
Sektorantennen sind ebenfalls Richtantennen, meist nur mit einem etwas größeren Öffnungswinkel. Hiermit werden im Innen- oder Aussenbereich größere Bereiche (Sektoren) ausgeleuchtet, z.B. von dem Randbereich einer Hotelanlage in den innen gelegenen Teil.
Je dünner das Kabel desto länger das Gesicht. So wünschenswert dünne Kabel wegen ihrer größeren Flexibilität sind, umso schlechter sind sie in ihren Dämpfungswerten. Die Kabeldämpfung wird in dB je 100m angegeben (siehe FAQ: Was ist ein dB?). Je höher die Dämpfung, desto mehr Leistung geht verloren, sowohl beim Empfang als auch beim Senden.
Verringern lässt sich die Kabeldämpfung praktisch nur durch dickere Kabel, das gibt die Physik so vor. Das Problem ist nun das man zwar mit dicken Kabel im Aussenbereich und an einer festmontierten Antenne prima arbeiten kann, ein Notebook oder ein leichter Accesspoint aber vom dicken Kabel einfach weggehoben werden würde. Dadurch wird die liebgewonnene Mobilität des WLANs wieder stark eingeschränkt.
Um dieses Problem zu umgehen wird mit sog. Pigtails gearbeitet. Pigtails sind kurze, hochflexible Kabelstücke mit den entsprechenden Steckern, die vom Notebook oder AP auf das dicke Kabel adaptieren. Dadurch kommt zwar wieder ein etwas stärker dämpfendes Kabel ins Spiel, aber einen Tod muß man sterben - entweder etwas mehr Dämpfung oder die Montage des Notebook an einem festen Kabel mit der Konsistenz eines Wasserrohres. Dazu kommt noch das die üblichen Winzigstecker der Accesspoints oder PCMCIA-Karten gar nicht an ein dickes Kabel montiert werden können. Gängige Kabeltypen finden Sie unter "Praktische Hinweise".
Viele WLAN Gerätehersteller befleissigen sich, ihren Geräten einen möglichst individuellen Stecker zu verpassen. Die Gründe mögen im Marketing liegen...
Zunächst muß also erstmal geklärt werden welches Steckersystem ihr Gerät verwendet. Das lässt sich evtl. anhand unserer internen Datenbank herausfinden. Sollten wir Ihr Gerät dort nicht finden gibt es die Möglichkeit uns ein Bild per email zuzusenden, wir versuchen dann den Stecker zu identifizieren.
Bei einigen Steckersystemen bietet sich der Einsatz von Adaptern an. Man sollte allerdings immer versuchen ohne oder mit so wenig wie möglich Adaptern auszukommen, da jede Steckverbindung wieder Dämpfung mit sich bringt. Man rechnet i.d.R. bei einem ordentlich angebrachten Stecker mit etwa 0,2dB Dämpfung, je Adapter etwa 0,4dB. Ist ein Adapter für das spezielle System nicht verfügbar, kann (muß) mit Pigtails (s.o.) gearbeitet werden.
Wie bei Kabeln schon beschrieben passen nicht alle Stecker an alle Kabel. Insbesondere die bei PCMCIA-Karten und Accesspoints verwendeten Winzigstecker können nur an sehr dünne Kabel angeschlossen werden.
Bei Steckern unterscheidet man noch ob die Stecker angelötet oder angequetscht (angecrimpt) werden. Zum Crimpen sind spezielle Crimpzangen nötig, die wir für ausgewählte Kabel- und Steckertypen ebenfalls anbieten. Beim Befestigen (Anschlagen) der Stecker sollte man mit großer Umsicht vorgehen, denn ein falsch angeschlagener Stecker kann alle niedrige Dämpfung der guten Kabel wieder zunichte machen. Wenn Sie noch nie einen Stecker selbst angebracht haben, empfiehlt es sich zwei bis neun Ersatzstecker zum Üben mit zu bestellen. Oder sie nutzen den Kabelservice von WiMo. Einen einmal falsch angeschlagenen Stecker nicht wiederverwenden, sondern abkneifen und als abschreckendes Beispiel an die Pinnwand hängen.
Gängige Steckersysteme finden sie unter "Praktische Hinweise".
| Aussenleiter | Innenleiter | |
|---|---|---|
| Normaler Stecker: | Überwurfmutter mit Innengewinde | Stift |
| Normale Buchse: | Aussengewinde | Kelch |
| Reverse Stecker: | Überwurfmutter mit Innengewinde | Kelch |
| Reverse Buchse: | Aussengewinde | Stift |
 SMA-Buchse, Gegenüberstellung normal und reverse (ca. 200kb) |
 SMA-Stecker, Gegenüberstellung normal und reverse (ca. 200kb) |
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