Masseflächenabhängige und masseflächenunabhängige Antennen im Vergleich
Ein Installateur montiert eine LTE-Antenne mit Magnetfuß auf einem Geräteschrank aus Glasfaser (GFK), und das Modem, das auf dem Prüfstand einwandfrei funktionierte, kann die Verbindung nun kaum noch halten. Defekt ist nichts. Die Antenne hat schlicht ihre Hälfte verloren: ihre Massefläche.
Aufgabe der Massefläche
Der klassische Viertelwellen-Monopol – die Grundlage der meisten Peitschen-, Stummel- und Magnetfußantennen – ist nur ein halber Dipol. Die fehlende Hälfte liefert die leitfähige Fläche darunter, die als elektrischer Spiegel wirkt. Das strahlende Element und sein Spiegelbild in der Massefläche verhalten sich zusammen wie ein vollständiger Halbwellendipol.
Das bedeutet: Die Metallfläche ist Teil der Antenne und nicht nur etwas, woran man sie festschraubt. Ändern sich Größe oder Form dieser Fläche, ändern sich auch Resonanzfrequenz, Impedanzanpassung und Strahlungsdiagramm der Antenne.
Erforderliche Größe der Massefläche
Als Faustregel benötigt ein Monopol eine Massefläche, die sich von seinem Fußpunkt aus in jede Richtung mindestens eine Viertelwellenlänge erstreckt; maßgeblich für die Anforderung ist die Leistung bei der niedrigsten Frequenz. Größer ist besser, wobei der Zugewinn oberhalb von etwa einer halben Wellenlänge abnimmt.
| Frequenz | Typische Anwendung | Wellenlänge | Viertelwellenlänge |
|---|---|---|---|
| 433 MHz | ISM / LoRa | 693 mm | 173 mm |
| 700 MHz | LTE-Low-Band | 428 mm | 107 mm |
| 868 MHz | ISM / LoRa (EU) | 346 mm | 86 mm |
| 915 MHz | ISM / LoRa (US) | 328 mm | 82 mm |
| 1575 MHz | GNSS L1 | 190 mm | 48 mm |
| 2.4 GHz | Wi-Fi / Bluetooth | 125 mm | 31 mm |
| 5.5 GHz | Wi-Fi | 55 mm | 14 mm |
Ein Fahrzeugdach erfüllt dies in jedem Band mühelos. Ein 60 mm breites IoT-Gateway kommt bei 700 MHz nicht einmal in die Nähe – genau deshalb ist das Mobilfunk-Low-Band der schwierigste Teil jedes kompakten Designs.
Folgen einer zu kleinen oder fehlenden Massefläche
- Die Resonanz verschiebt sich, meist nach oben, sodass sich das VSWR zuerst am unteren Ende des Bandes verschlechtert.
- Der Wirkungsgrad sinkt, am deutlichsten im Bereich 700–960 MHz.
- Das Strahlungsdiagramm neigt sich nach oben, weg vom Horizont, wo sich Mobilfunkmasten und Gateways üblicherweise befinden.
- Der Schirm des Koaxialkabels beginnt, als fehlende Hälfte der Antenne zu wirken. Die Leistung ändert sich dann, wenn das Kabel bewegt oder anders verlegt wird, und Störungen aus dem Gerät können auf die Antenne geleitet werden.
Magnetfußantennen verdienen eine besondere Erwähnung: Der Magnet ist nicht nur ein Befestigungselement. Der Fuß koppelt kapazitiv an den darunterliegenden Stahl, der zur Massefläche wird. Auf einem Holztisch, einem Kunststoffgehäuse oder einem Dach aus Verbundwerkstoff arbeitet dieselbe Antenne ohne Massefläche.
Masseflächenunabhängige Antennen
Eine masseflächenunabhängige Antenne bringt beide Hälften selbst mit. Gängige Ansätze sind ein Halbwellendipol (einschließlich Sleeve-Dipolen in einem „Rubber-Duck“-Gehäuse), eine kollineare Dipolanordnung in einem Glasfaser-Radom (GFK), ein in den Antennenfuß integriertes internes Gegengewicht oder ein symmetrisches Design auf einer PCB oder flexiblen PCB. Da die Antenne elektrisch vollständig ist, liefert sie ihre spezifizierte Leistung auf Kunststoff, Glasfaser (GFK), Glas, Holz – oder an einem Mast in freier Umgebung.
Der Kompromiss liegt in der Größe: Bei gleicher Frequenz ist ein masseflächenunabhängiges Design in der Regel länger oder breiter als ein Monopol, der sich eine Metallfläche „leiht“. Beachten Sie außerdem: „Unabhängig“ bedeutet, dass die Antenne keine Massefläche benötigt – es bedeutet nicht, dass Metall in der Nähe keinen Einfluss hat. Eine große Metallfläche in der Nähe einer Antenne verändert deren Strahlungsdiagramm in jedem Fall.
Welche Variante ist die richtige?
| Installation | Bessere Wahl | Why |
|---|---|---|
| Fahrzeugdach, Metallschrank, Stahlgehäuse | Masseflächenabhängig (Magnet- oder Schraubmontage) | Die Metallfläche vervollständigt die Antenne; kompakte Gehäuse in flacher Bauform (Low-Profile) sind möglich. |
| Gehäuse aus Kunststoff, Glasfaser (GFK) oder Polycarbonat | Masseflächenunabhängig | Es ist keine leitfähige Fläche als Gegenpol vorhanden. |
| Mastmontage | Masseflächenunabhängig (z. B. Glasfaser-Rundstrahlantenne) | Die Antenne steht frei in der Luft. |
| Direkter Anschluss an einen Router oder ein Terminal | Masseflächenunabhängiger Dipol | Das kleine Gerätechassis ist keine zuverlässige Massefläche. |
| Einbau in ein kleines Gerät | Masseflächenunabhängige PCB-/FPC-Antenne oder ein auf Ihre PCB abgestimmtes Design | Die PCB ist klein im Verhältnis zur Wellenlänge; Platzierung und Abstimmung entscheiden über das Ergebnis. |
Wenn Sie eine masseflächenabhängige Antenne auf einer nichtmetallischen Oberfläche einsetzen müssen, stellt eine Metallplatte oder Klebefolie unter dem Montagepunkt – dimensioniert gemäß der obigen Tabelle – den größten Teil der Leistung wieder her.
Beispiele aus unserem Sortiment
- LE-Q8C – masseflächenunabhängige Breitband-LTE-Antenne für Schraubmontage
- LE-Q4R – masseflächenunabhängige Rubber-Duck-LTE-Antenne
- 5G-P2 / 5G-P2H – masseflächenunabhängige Embedded-PCB-Antenne, 698–4000 MHz
- FPC-LE-S1 – masseflächenunabhängige LTE-Antenne auf flexibler PCB für kompakte Geräte
- SM-Q2-C – masseflächenunabhängige ISM-/LoRa-Antenne für Schraubmontage
- LE-Q6C – LTE-Antenne in flacher Bauform (Low-Profile) für Klebemontage – für beste Leistung ist eine Massefläche erforderlich
- STF-LTE-004 – LTE-Antenne mit Magnetfuß
Sie sind nicht sicher, was Ihr Gehäuse erfordert? Senden Sie uns Material, Abmessungen und Montageposition, und wir empfehlen Ihnen eine Standardantenne oder schlagen ein kundenspezifisches Design vor.