Antenneninterferenz und Antennenisolation
Moderne Funkgeräte nutzen häufig mehrere Kommunikationstechniken, die mit unterschiedlichen Frequenzen arbeiten. Infolge der Entwicklung der Funktechnologie nimmt die Zahl der Antennen in smarten Geräten stark zu. Die dichte Anordnung von Antennen in einem einzigen Gerät kann den Empfänger übersteuern oder die Qualität des Empfangssignals verschlechtern. So befinden sich beispielsweise in der Steuerzentrale einer Haus-Alarmanlage oder in einem Smartphone mehrere Sende- und Empfangsantennen. Der fehlende Abstand zwischen den Antennen führt jedoch zu Interferenzproblemen. Diese lassen sich durch ein auf Antennenisolation ausgelegtes Design minimieren.
Die Folgen einer engen Kopplung zwischen Antennen werden durch den Trend zu kompakten Abmessungen bei funkfähigen Geräten noch verschärft. In bestimmten Geräten arbeiten unterschiedliche Antennen unter Umständen in überlappenden Bandbreiten. In solchen Systemen ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass die Sendeleistung das Empfangssignal stört, was zu Datenverlust, Signalverschlechterung oder dem Ausfall von Schaltungskomponenten führt. Ein Beispiel sind LTE-Mobilfunk-, GPS/GNSS- und Wi-Fi/BT-Antennen, die in einem Smartphone gleichzeitig arbeiten. Deshalb ist Antennenisolation in solchen Geräten unverzichtbar. Die S-Parameter S21 und S12 beschreiben die Wirkung von Port 1 auf Port 2 und umgekehrt und bestimmen die Einfügedämpfung und die Isolation zwischen den Antennen. Messungen der Antennenisolation werden mit spezieller HF-Messtechnik durchgeführt. Hohe Isolationswerte weisen auf eine gute Trennung der Antennen und damit auf weniger Interferenzprobleme hin.
Häufig sind mehrere Antennen in ein einziges Gerät eingebettet. Der fehlende Abstand zwischen den Antennen verursacht verschiedene Interferenzen in Form von direkter Abstrahlung, Gehäuseresonanzen, Anregung von Hohlleitermoden und Rauschkopplung. Eine ausreichende Trennung der Antennen hilft, die folgenden Probleme zu mindern:
| A. Senderrauschen | Kommunikation mit hoher Dichte erzeugt im Sender breitbandiges HF-Rauschen, die sogenannten Seitenbänder. Die in der Erregerstufe entstehenden Seitenbänder werden in den nachfolgenden Stufen bis zur Endstufe weiter verstärkt. Auch die Modulationsart kann den Rauschpegel im Sender erhöhen. |
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| B. Desensibilisierung des Empfängers | Eine Desensibilisierung des Empfängers tritt auf, wenn er durch Signale außerhalb der Nutzfrequenz überlastet wird. Die Signalstärke ist dabei so hoch, dass der Empfänger nicht mehr funktioniert. Unter diesen Bedingungen reagiert der Empfänger auf keinerlei Signale mehr. |
| C. Intermodulationsprobleme | Bei manchen Empfängerdesigns wird das Frontend des Systems überlastet, was zu Intermodulationsverzerrungen führt. Empfangssignale mischen sich mit unerwünschten Störsignalen, sodass im Empfänger Intermodulationsprodukte entstehen. |
Antennenisolation bezeichnet den Ansatz, nebeneinander betriebene Antennen so zu trennen, dass zwischen den Systemen nur ein akzeptables Maß an Interferenz auftritt. Antennen lassen sich auf verschiedene Weise isolieren. Einige Verfahren der Antennenisolation sind:
| A. Räumliche Trennung | Durch vertikale oder horizontale Trennung der Antennen wird der physische Abstand zwischen ihnen vergrößert, um Interferenzen zu vermeiden. |
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| B. Optimierung des Strahlungsdiagramms | Der Korrelationskoeffizient zwischen den Strahlungsdiagrammen lässt sich verringern, indem die Hauptstrahlrichtungen der Antennen in unterschiedliche Richtungen gelegt werden. |
| C. Polarisation des Strahlungsdiagramms | Durch ihre Polarisation empfängt oder sendet eine Antenne im Allgemeinen Signale mit einer bestimmten Polarisation. Der Einsatz unterschiedlicher Polarisationen minimiert die Interferenz zwischen Antennen. |
| D. Frequenzfilterung | Wenn räumliche Trennung, Polarisation und Ausrichtung nicht ausreichen, lässt sich die Antennenisolation durch den Einsatz von HF-Filtern weiter verbessern. HF-Filter minimieren die Empfangsleistung unerwünschter Frequenzen. |