Antennen für INSYS-Router – Auswahl, Installation und Optimierung

Antennen-Leitfaden für Router von INSYS icom

Die Auswahl und Installation der Antenne beeinflusst wesentlich, wie zuverlässig ein Mobilfunk- oder WLAN-Router seine Funkverbindung aufbauen und halten kann. Entscheidend ist dabei nicht allein ein möglichst hoher Antennengewinn. Frequenzbereich, Anzahl der Antennenpfade, Montageort, Ground-Plane Abhängigkeit, Kabellänge und die tatsächlich verwendeten Netze müssen zusammenpassen.

Dieser Leitfaden unterstützt Sie bei der Auswahl und Installation von Antennen für die Router-Serien MRX.neo, MOROS.neo, MRX, SCR, ECR und MIRO. Behandelt werden insbesondere LTE/4G, 5G, LTE450 und WLAN.

Der Leitfaden hilft Ihnen bei der Auswahl einer passenden INSYS-Antenne, der Entscheidung zwischen Einzelantenne und MIMO, der fachgerechten Installation sowie der anschließenden Beurteilung und Optimierung der Funkverbindung. Auch die Auswahl von Fremdantennen und die dabei zu berücksichtigenden regulatorischen Anforderungen werden behandelt.

Bitte beachten Sie bei der Auswahl!

Die beste Antenne ist nicht automatisch die Antenne mit dem höchsten Gewinn oder den meisten Antennenpfaden. Sie muss zum Router, zu den vorgesehenen Netzen, zum Montageort und zur Anwendunge passen.

Vorüberlegungen zur passenden Antenneninstallation

1. Zu nutzende Funkdienste und Netze bestimmen

2. Anzahl der Antennenpfade bestimmen

3. Montageort und Umgebungsbedingungen klären

4. Installationsmöglichkeiten prüfen

Zu nutzende Funkdienste und Netze bestimmen

Klären Sie zuerst, welche Funkdienste und Mobilfunknetze die Installation tatsächlich nutzen soll.

Beachten Sie bei 5G- oder LTE450-Anwendungen!

Ein 5G-fähiger MRX.neo wird in der Regel auch LTE/4G verwenden. Ebenso kann eine entsprechende LTE450-Konfiguration neben LTE450 weitere Standard-LTE-Bänder unterstützen. Wählen Sie die Antenne deshalb nicht allein nach der Bezeichnung des Routers aus.

Bei einer Multi-Roaming-SIM sollten Sie zusätzlich berücksichtigen, dass unterschiedliche Betreibernetze verwendet werden können. Optimieren Sie Frequenzabdeckung und Antennenstandort daher nicht unnötig ausschließlich für einen einzelnen Netzbetreiber. Bei Bedarf informieren Sie sich bei Ihrem SIM-Anbieter über die in Frage kommenden Roaming-Netze.

Verwenden Sie keine Kombiantennen!

Bei WLAN-Routern MRX.neo, MOROS.neo und ECR werden Mobilfunk und WLAN über separate Antennen geführt. Eine gemeinsame Mobilfunk-/WLAN-Kombiantenne darf für diese Konfigurationen nicht verwendet werden.

Wie wichtig ist die Kenntnis der tatsächlich verwendeten Frequenzen (Bänder)?

Welches Frequenzband ein Mobilfunkrouter an einem Standort tatsächlich nutzt, wird durch Netz, Funkversorgung und den Router selbst bestimmt und kann sich während des Betriebs ändern. Die Antenne sollte deshalb grundsätzlich die für die Anwendung relevanten Frequenzbereiche abdecken.

Eine gezielte Optimierung auf einzelne Frequenzbänder ist vor allem dann sinnvoll, wenn die Funkversorgung am konkreten Standort bekannt ist und besondere/problematische Empfangsbedingungen dies erfordern

Anzahl der Antennenpfade bestimmen

Prüfen Sie anhand der konkreten Router-Konfiguration, ob ein, zwei oder vier Mobilfunk-Antennenpfade vorgesehen sind. Bei MIMO- bzw. Diversity-Konfigurationen mit 2 oder 4 Antennen sind die vorgesehenen Antennenpfade und Port-Belegungen beim jeweiligen Modell zu beachten.

Für Router der Serie MRX.neo mit 5G-Modem ist im regulären 5G-/LTE-Betrieb eine 4×4-MIMO-Konfiguration vorgesehen. Eine 2-Antennen-Konfiguration ist nur für bestimmte Frequenzbereiche und Port-Kombinationen möglich, von einer 1-Antennen-Konfiguration wird – bis auf Einzelfälle – abgeraten. Mehr Informationen finden Sie hier.

Bei der MRcard PL450D stehen zwei Mobilfunk-Antennenanschlüsse zur Verfügung. Der zweite Pfad wird für MIMO bzw. Rx Diversity verwendet.

Dual SIM Single Standby (DSSS) bei der MRcard450D!

Die bei der MRcard PL450D verbauten zwei SIM-Halter bedeuten keine zwei unabhängige Mobilfunkmodems bzw. zwei unabhängige Antennensysteme: die Karte verfügt nur über 1. Die beiden SIM-Halter werden benötigt, um das Gerät mit Standard-LTE- und den speziellen SIM-Karten für LTE450 zu betreiben. Dieser Betrieb erfolgt nicht parallel, sondern im Sinne von Fallback-/Redundanzverbindungen.

Ob die durch MIMO mögliche höhere Datenrate für die Anwendung tatsächlich benötigt wird, ist davon getrennt zu betrachten. Weitere Informationen finden Sie in Abschnitt Einzelantenne, 2×2 MIMO oder 4×4 MIMO?

Montageort und Umgebungsbedingungen bestimmen

Ein geschlossener Metallschaltschrank kann Mobilfunksignale stark dämpfen. Montieren Sie die Mobilfunkantenne deshalb außerhalb des Metallschranks.

Prüfen Sie außerdem, ob die Antenne eine metallische Ground Plane benötigt. Eine Ground Plane ist eine leitfähige Bezugsfläche, die bei entsprechend konstruierten Antennen Bestandteil des Antennensystems ist.

Für WLAN ist der tatsächlich benötigte Versorgungsbereich entscheidend. Wird WLAN beispielsweise nur für Service-Arbeiten in nächster Nähe zum Schaltschrank benötigt, muss die WLAN-Antenne nicht zwangsläufig am gleichen Ort wie die Mobilfunkantenne montiert werden.

Bei Außenmontage sind zusätzlich die Umgebungsbedingungen sowie die Anforderungen an Schutzleiteranschluss, Potentialausgleich, Blitz- und Überspannungsschutz zu berücksichtigen. Für Außenmontage ist in der Regel erhöhter Schutz gegen das Eindringen von Wasser/Staub erforderlich. Dies gibt die Eigenschaft IP-Schutzart an.

Für manche Anwendungen kann ein spezieller Schutz gegen Vandalismus notwendig sein. Dies wird durch die Eigenschaft IK angegeben.

Reicht das an der Antenne angeschlossene Kabel aus oder wird eventuell ein Verlängerungskabel benötigt? Längere Kabel haben dämpfenden Einfluss auf das Funksignal. Weitere Informationen dazu finden Sie in den Abschnitten Technische Daten einer Antenne richtig lesen und Antennenverlängerungen.

Installationsmöglichkeiten prüfen

Klären Sie vor der Installation und Inbetriebnahme insbesondere folgende Fragen:

• Welche Ausrichtung ist vorgesehen?

• Ist eine Ground Plane erforderlich?

• Wie sind die Abstände zu Metall und anderen Antennen?

• Wie soll die Kabelführung erfolgen?

• Welche Biegeradien sind erforderlich?

• Welche Steckverbinder sind vorgesehen?

• Wie ist die Port-Belegung?

Bei einer Außenantenne sind zusätzlich die elektrischen Schutzmaßnahmen zu berücksichtigen. Informationen hierzu finden sich in Abschnitt Antennen richtig installieren.

Die richtige Antenne auswählen

In diesem Abschnitt werden die von INSYS icom angebotenen Antennen dargestellt und zur Auswahl für die eigene Anwendung gegenübergestellt.

Durch den Einsatz dieser von INSYS icom qualifizierten Antennen ist neben einem breiten Anwendungsfeld auch sichergestellt, dass regulatorische Anforderungen (z. B. RED Richtlinie) erfüllt sind.

Siehe auch die Übersicht über die von INSYS icom angebotenen Antennen.

Auswahlmatrix Router > Netz > Antenne Mobilfunk

Bei der MRcard PL450D können für LTE450 zwei gleichartige Einzelantennen eingesetzt werden. INSYS bietet derzeit keine integrierte 2×2-MIMO-Antenne speziell für LTE450 an.

Die Magnet/Schraub/Klebeantenne, Art.-Nr. 10017462, deckt die Frequenzen bei 700 MHz und bei 2600 MHz nicht ab und ist deshalb in obiger Tabelle nicht gelistet. Sie eignet sich vor allem für Netze, die überwiegend 800, 1800 und 2100 MHz nutzen. In Deutschland und vielen anderen Ländern verzichtet man damit aber auf die wichtige 700-MHz-Flächenversorgung auf dem Land sowie auf zusätzliche Kapazität in Städten, sodass Empfang und Datenrate je nach Standort spürbar eingeschränkt sein können.

Bei der MRcard MSI.5G ist die Zwei-Antennen-Konfiguration Band- und Port-abhängig. Sind die verwendeten Bänder nicht bekannt oder können sie wechseln, ist die reguläre Vier-Antennen-Konfiguration zu verwenden.

Bei Verwendung von Multi-Roaming SIM-Karten sollten auch mögliche alternative Betreibernetze bei der Frequenzabdeckung berücksichtigt werden.

Auswahlmatrix Router > Antenne WLAN

Einzelantenne, 2×2 oder 4×4 MIMO?

Verfügt der Router über mehrere Mobilfunk Antenenanschlüsse (MIMO- bzw. Diversity), sind im Zweifelsfall grundsätzlich die produktspezifischen Vorgaben zur Anzahl und Belegung der Antennenanschlüsse zu beachten.

Mehr Antennen können Empfangsqualität, Stabilität und Datenrate verbessern. Ob dieser Vorteil für eine konkrete Anwendung relevant ist, hängt in der Praxis jedoch stark vom benötigten Datendurchsatz und von den Funkbedingungen am Standort ab.

In der Praxis kann bereits eine einzelne Mobilfunkantenne ausreichend sein, wenn

• nur geringe Datenmengen übertragen werden,

• keine hohen Anforderungen an den Datendurchsatz bestehen,

• der Mobilfunkempfang am Standort gut und stabil ist,

• kurze Unterbrechungen oder schwankende Übertragungsraten für die Anwendung unkritisch sind oder

• Einbauplatz, Verkabelungsaufwand oder Kosten gegen weitere Antennen sprechen.

Wann sind 2 oder 4 Antennen sinnvoll?

Anders sieht es aus, wenn eine hohe Datenrate, eine besonders robuste Funkverbindung benötigt wird. Dann gewinnen zusätzliche Antennenpfade an Bedeutung.

Bei LTE können zwei Antennen für 2x2 MIMO (Multiple Input Multiple Output) bzw. Rx Diversity genutzt werden. Bei 5G sind dies vier Antennen und man spricht von 4x4 MIMO. Vereinfacht gesagt erhält das Modem damit zusätzliche, möglichst unterschiedliche Empfangspfade.

Der Nutzen steigt insbesondere bei anspruchsvolleren Funkbedingungen. Das kann beispielsweise der Fall sein

• innerhalb oder in der Nähe großer Metallkonstruktionen,

• in dicht bebauter Umgebung mit ausgeprägter Mehrwegeausbreitung,

• an Standorten mit schwachem oder stark schwankendem Empfang,

• wenn eine hohe Verbindungsstabilität wichtig ist oder

• wenn regelmäßig größere Datenmengen übertragen werden (z.B. Videoübertragung, Fernwartung auf große Anlagen mit vielen Netzwerk-Teilnehmern).

Standort und Anwendung gemeinsam betrachten

Nachfolgende Tabelle gibt einen zusammenfassenden Überblick:

Beachten Sie den Antennenstandort!

Bevor zusätzliche Antennen installiert werden, sollte auch der Antennenstandort betrachtet werden. Eine einzelne, gut positionierte Außenantenne kann für eine Anwendung zweckmäßiger sein als mehrere Antennen an einem stark abgeschirmten oder funktechnisch ungünstigen Montageort. Die vollständige MIMO-Bestückung ersetzt daher nicht die sorgfältige Wahl des Antennenstandorts.

Beachten Sie für LTE450!

Die MRcard PL450D verfügt über zwei Antennenanschlüsse und unterstützt bei LTE MIMO im Downlink und RxDiversity. Gerade bei LTE450 sind jedoch viele Anwendungen klassische Versorgungs- und Fernwirkanwendungen mit vergleichsweise kleinen Datenmengen. Der Hauptgrund für zwei Antennen ist dort daher häufig nicht die Erhöhung des maximalen Datendurchsatzes, sondern die Nutzung eines optimierten Empfangspfads, da aufgrund des großen Durchmessers der LTE450-Funkzellen tendenziell schwaches Signal an abgelegenen Standorten vorliegt.

Beachten Sie für den Einsatz eines MRX.neo 5G bei unbekannten oder wechselnden Mobilfunkbändern!

Verwenden Sie vier Antennen! Eine Reduzierung auf zwei Antennen setzt Kenntnis der verwendeten Bänder und die richtige Anschlusskombination voraus.

Generell gilt: 2x2 MIMO bedeutet nicht automatisch doppelten Datendurchsatz (4x4 MIMO entsprechend nicht den vierfachen). Der praktische Nutzen hängt von vielen Faktoren ab, Mobilfunk-Vertrag, Mobilfunknetz, aktuelle Netzauslastung, Eigenschaften der Funkzelle, Frequenzband, Funkbedingungen vor Ort und Verhalten der Anwendung.

Fertige 2x2-/4x4-MIMO-Antennen einsetzen oder 2/4 Einzelantennen verwenden?

Grundsätzlich ist die Verwendung von fertigen, integrierten 2x2- bzw. 4x4-MIMO-Antennen der Verwendung von mehreren einzelnen Antennen vorzuziehen.

Für 2×2 MIMO kann eine integrierte 2×2-MIMO-Antenne oder – soweit für die jeweilige Konfiguration vorgesehen – ein Paar geeigneter Einzelantennen eingesetzt werden. Bei Einzelantennen sollten gleicher Antennentyp und vergleichbare Kabelwege verwendet werden. Hinweise zur Installation mehrerer Einzelantennen sind im Abschnitt Mehrere Mobilfunkantennen anordnen zu finden.

Technische Daten einer Antenne richtig lesen

Frequenzbereich

Die Antenne muss die Frequenzbereiche abdecken, die tatsächlich genutzt werden sollen. Alternativ werden bei Mobilfunk dazu nummerierte Bandnummern verwendet.

Gleichen Sie im Zweifelsfall die vom Router unterstützten Frequenzen/Bänder mit denen der Antenne sowie der vom Mobilfunknetzbetreiber genutzten Bänder ab.

Angaben wie 4G-Antenne oder 5G-Router dienen nur der Einordnung. Für die technische Auswahl sind die angegebenen Frequenzbereiche entscheidend.

Bei Verwendung von Multi-Roaming SIM-Karten können dafür die Frequenzbereiche mehrerer Betreibernetze relevant sein.

Eine Übersicht über die von Mobilfunknetzbetreibern verwendeten Netze findet sich z. B. hier: https://www.frequencycheck.com/countries/germany

Um im konkreten Fall Daten zu einer Mobilfunkstation zu bekommen, empfehlen wir die Nutzung der Seite https://www.cellmapper.net.

Die von INSYS icom angebotenen Antennen unterstützen in der Regel sämtliche in der Praxis genutzten Frequenzen mit de folgenden Ausnahme: Die Antenne Magnet/Schraub/Klebeantenne, Art.-Nr. 10017462 deckt die Frequenzen bei 700 MHz und bei 2600 MHz nicht ab. Sie eignet sich vor allem für Netze, die überwiegend 800, 1800 und 2100 MHz nutzen. In Deutschland und vielen anderen Ländern verzichtet man damit aber auf die wichtige 700-MHz-Flächenversorgung auf dem Land sowie auf zusätzliche Kapazität in Städten, sodass Empfang und Datenrate je nach Standort spürbar eingeschränkt sein können.

Antennengewinn

Der Antennengewinn wird üblicherweise in dBi angegeben. Er ist in der konstruktiv bedingt und in der Regel frequenzabhängig. Ein hoher Wert ist nicht automatisch besser. Frequenzbereich, Richtwirkung, Montagebedingungen und regulatorische Vorgaben müssen ebenfalls berücksichtigt werden.

Bei den von INSYS icom angebotenen Antenne wurde die Auswahl hinsichtlich guter Performance und Einhaltung von regulatorischer Vorgaben getroffen.

Anpassung / VSWR

Bei einer Fremdantenne müssen die elektrischen Eigenschaften zum HF-System passen. Die Impedanz muss 50 Ohm betragen.

VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) bzw. Return Loss beschreiben die Anpassung der Antenne über den jeweiligen Frequenzbereich. Prüfen Sie das VSWR über alle Frequenzbereiche, die tatsächlich genutzt werden sollen. VSWR ≤ 2:1 ist ein guter Zielwert; niedrigere Werte bedeuten eine bessere Anpassung. Bei breitbandigen Mobilfunkantennen können in einzelnen Frequenzbereichen auch höhere Werte auftreten. Bewerten Sie deshalb nicht nur einen einzelnen Bestwert, sondern den Verlauf über die benötigten Frequenzbänder.

Bei den von INSYS ausgewählten Antennen sind diese Werte geprüft.

Ground Plane

Prüfen Sie, ob die Antenne eine leitfähige bzw. metallische Bezugsfläche benötigt oder untergrundunabhängig konstruiert ist. Die Montagevorgabe ist Bestandteil der Antennenauswahl.

Kabel und Steckverbinder

Die Kabeldämpfung nimmt mit Kabellänge und Frequenz zu und schwächt das am Router ankommende Funksignal ab. INSYS verwendet bei den angebotenen Antennen spezielle, hochwertige HF-Kabel mit sehr niedriger Dämpfung.

Prüfen Sie außerdem den exakten HF-Steckverbinder. INSYS icom verwendet ausschließlich SMA Steckverbinder:

• SMA für die Anschlüsse der Mobilfunk-Antennen

• RP-SMA (Reverse Polarity) für die Anschlüsse der WLAN Antenne

Umgebungsbedingungen

Für Außenmontage sind insbesondere Schutzart, Temperaturbereich und gegebenenfalls mechanische Belastbarkeit (z.B. gegen Vandalismus) relevant.

IP-Schutzart: Wählen Sie für eine frei bewitterte Außenmontage eine dafür geeignete Antenne mit mindestens Schutzart IP65.

Mechanische Belastbarkeit: Ist die Antenne in einem öffentlich oder anderweitig frei zugänglichen Bereich montiert, kann neben der IP-Schutzart auch eine erhöhte Stoßfestigkeit sinnvoll sein. Der IK-Code beschreibt die Widerstandsfähigkeit gegen definierte mechanische Stöße. Zum Schutz gegen Vandalismus kann Folgendes angenommen werden: IK09 für grundsätzlich vandalismusgefährdete Bereiche. IK10 für Bereiche mit hohem Vandalismusrisiko. Bitte beachten Sie, dass der IK-Code keinen vollständigen Vandalismusschutz beschreibt; Montageart, Zugänglichkeit und Schutz des Antennenkabels sind ebenfalls zu berücksichtigen.

Antennenverlängerungen

INSYS bietet folgende Antennenverlängerungen an:

Verwenden Sie eine Verlängerung so kurz wie sinnvoll. Eine längere Leitung kann trotzdem die bessere Lösung sein, wenn dadurch ein wesentlich günstigerer Antennenstandort erreicht wird.

Beispiel für die frequenzabhängige Kabeldämpfung

Die folgende Tabelle zeigt typische Werte eines vergleichbaren H-155-Kabels als Orientierung. Es handelt sich nicht um garantierte Dämpfungswerte der INSYS-Verlängerungskabel.

Bei MIMO sollten zusammengehörende Antennenpfade möglichst mit gleichem Kabeltyp und vergleichbaren Kabellängen verlängert werden.

Bitte beachten Sie, die Dämpfung betrifft sowohl Sende- als auch Empfangsrichtung.

Die angegebenen Dämpfungswerte dienen vorrangig dazu, ein Gefühl für den dämpfenden Einfluss eines Kabels zu bekommen. In der Praxis empfiehlt es sich nicht, mit einfacher Pegelrechnung den Einfluss des Kabels zu berechnen, da weitere benötigte Faktoren in der konkreten Situation unbekannt oder dynamisch sind.

In der Praxis empfiehlt es sich, den Einfluss des Antennenkabels in konkreten Einbau-Situationen direkt zu bewerten, siehe hierzu den Abschnitt Antennenverlängerung bewerten.

Fremdantennen richtig auswählen

INSYS-Zubehörantennen sind auf die vorgesehenen Anwendungen und Router-Konfigurationen abgestimmt. Es können natürlich auch Antennen anderer Hersteller eingesetzt werden.

Checkliste für Fremdantennen

Es gelten die in den vorherigen Abschnitten aufgeführten Hinweise. Prüfen Sie bei der Auswahl einer Fremdantenne insbesondere:

Mobilfunk und WLAN getrennt führen

Bei Geräten, die mit Mobilfunk und WLAN ausgerüstet sind (z.B. Bei MRX.neo, MOROS.neo und ECR), müssen Mobilfunk und WLAN über separate Antennen geführt werden.Eine gemeinsame Mobilfunk-/WLAN-Kombiantenne darf nicht verwendet werden.

MIMO-Fremdantennen

Eine integrierte 2×2-MIMO-Antenne stellt zwei getrennte HF-Pfade bereit, eine 4×4-MIMO-Antenne vier.

Bei der Auswahl von MIMO-Antennen sollten die einzelnen Antennenpfade untereinander eine Entkopplung (Isolation) von mindestens 10 dB, besser 15 dB oder mehr.

Wenn in Anwendungen mehrere Router verbaut sind (z.B. 2 Router aus Redundanzgründen), verwenden Sie hierfür KEINE mehrfach MIMO-Antennen (z.B. 2-fach 2x2 MIMO, an der 2 Router mit je 2x2 MIMO angeschlossen werden können).

Richtantennen bei Multi-Roaming SIM-Karten

Eine Richtantenne für Mobilfunk kann bei schwierigen Empfangsbedingungen sinnvoll sein. Ihre Ausrichtung wird in der Regel eine bestimmte Basisstation und damit gegebenenfalls ein bestimmtes Betreibernetz bevorzugen.

Soll eine Multi-Roaming SIM-Karte die Nutzung alternativer Betreibernetze ermöglichen, sollten diese bei der Standortwahl und Ausrichtung mit betrachtet werden. Eine auf eine einzelne Basisstation optimierte Richtantenne kann die gewünschte Netzredundanz beeinträchtigen, wenn alternative Netze aus anderen Richtungen versorgt werden.

Das spricht nicht grundsätzlich gegen eine Richtantenne. Entscheidend ist, welches Ziel für die konkrete Installation wichtiger ist: die Optimierung einer bestimmten Funkstrecke oder die Erreichbarkeit mehrerer Netze.

Konformität und Zulassungen

Für Funkanlagen in der Europäischen Union ist insbesondere die Richtlinie 2014/53/EU des Europäischen Parlaments und des Rates vom 16. April 2014 über die Harmonisierung der Rechtsvorschriften der Mitgliedstaaten über die Bereitstellung von Funkanlagen auf dem Markt (Radio Equipment Directive – RED) relevant. Es gilt der jeweils aktuelle Rechtsstand.

Dieser Abschnitt dient der technischen Einordnung und ersetzt keine rechtliche Einzelfallprüfung.

Warum die Antenne für die Konformität relevant ist

Zu den grundlegenden Anforderungen der Richtlinie 2014/53/EU gehören insbesondere der Schutz von Gesundheit und Sicherheit, die elektromagnetische Verträglichkeit sowie die effektive und effiziente Nutzung des Funkspektrums.

Die Eigenschaften des verwendeten Antennensystems können diese Anforderungen beeinflussen. Frequenzbereich, passender Steckverbinder und mechanische Montierbarkeit allein reichen deshalb nicht aus, um die regulatorische Eignung einer Fremdantenne zu beurteilen.

Antennengewinn und abgestrahlte Leistung

Für das technische Verständnis lässt sich der Zusammenhang vereinfacht darstellen als: abgestrahlte Leistung ≈ Senderleistung − Leitungsverluste + Antennengewinn

Diese vereinfachte Beziehung erklärt, warum der Antennengewinn regulatorisch relevant sein kann. Ein höherer Antennengewinn ist weder automatisch technisch besser noch automatisch für jede Router-/Antennenkombination zulässig.

Produktspezifische Grenzwerte

Für den Einsatz von WLAN-Fremdantennen gelten folgende in den jeweiligen Produkthandbüchern veröffentlichte produktspezifische Vorgaben für den maximalen Antennengewinn:

Für bestimmte Mobilfunkkonfigurationen hängen relevante Grenzwerte von Router- und Modemausstattung ab. Die hierfür erforderlichen Daten können auf Anfrage von INSYS icom bereitgestellt werden.

Schutz von Personen vor elektromagnetischen Feldern

Der Schutz der Gesundheit von Personen gehört zu den grundlegenden Anforderungen der Richtlinie 2014/53/EU. Die verwendete Antenne kann die Exposition gegenüber hochfrequenten elektromagnetischen Feldern beeinflussen.

INSYS weist in den Installationsunterlagen darauf hin, dass die Exposition von Personen gegenüber elektromagnetischen Feldern für einen CE-konformen Funkbetrieb mit den verwendeten Antennen zu berücksichtigen bzw. zu überprüfen ist. Nur bei Verwendung der von INSYS als Zubehör angebotenen Antennen kann INSYS die Einhaltung der entsprechenden Anforderungen sicherstellen.

Beachten Sie zusätzlich die Sicherheits- und Installationsangaben des konkreten Routers. Ein allgemeiner Personenabstand wird in diesem Leitfaden bewusst nicht für alle Router- und Antennenkonfigurationen festgelegt.

Kunden-Verantwortung bei einer abweichenden Antenne

INSYS bewertet die Konformität seiner Funkprodukte im Rahmen der für das jeweilige Produkt vorgesehenen Konfigurationen. Mit den von INSYS icom angebotenen Antennen ist die Konformität gegeben. Wird eine davon abweichende Antenne eingesetzt, müssen die für die konkrete Verwendung relevanten technischen und regulatorischen Anforderungen weiterhin eingehalten werden.

Die Richtlinie 2014/53/EU unterscheidet dabei zwischen den Pflichten des Herstellers und der ordnungsgemäßen Installation und bestimmungsgemäßen Verwendung der Funkanlage, was in der Pflicht des Kunden bzw. Systemintegrators oder Betreibers ist.

Wird eine Funkanlage so verändert, dass ihre Konformität beeinflusst werden kann, kann eine erneute regulatorische Bewertung erforderlich werden.

Wann sollte INSYS einbezogen werden?

Ist die Eignung einer konkreten Fremdantenne aus den INSYS-Unterlagen nicht eindeutig ersichtlich, kann die Kombination vor dem Einsatz mit INSYS icom geklärt werden.

Halten Sie dafür möglichst folgende Angaben bereit:

• Router-Typ und Funkausstattung

• Antennenhersteller und Typ

• Vollständiges Antennendatenblatt

• Verwendete Kabel und Verlängerungen

Einsatz außerhalb der Europäischen Union

Aus einer CE-Konformität darf nicht automatisch auf die Zulässigkeit der Router-/Antennenkombination in anderen Staaten geschlossen werden.

Prüfen Sie für den vorgesehenen Einsatzort die Zulassungen der konkreten Router-Variante und die entsprechenden Hinweise in den Produkthandbüchern sowie die im Zielland geltenden Anforderungen an Frequenznutzung, Sendeleistung und Antenneninstallation.

Antennen richtig installieren

Montageort auswählen

Testen Sie möglichst mehrere Antennenpositionen, bevor Sie die endgültige Montage vornehmen. Massive Bauteile, Metallflächen, Maschinen und metallisierte Verglasungen können Funksignale deutlich dämpfen.

Ein Smartphone mit einer SIM desselben Netzbetreibers kann für eine erste Orientierung hilfreich sein. Die endgültige Bewertung sollte mit dem vorgesehenen Router und der vorgesehenen Antenne erfolgen.

Für professionelle oder wiederkehrende Standortuntersuchungen können spezielle Mobilfunk-/Netzwerktester eingesetzt werden, beispielsweise entsprechende Messlösungen von ENQT.

Bei Verwendung von Multi-Roaming SIM-Karten sollten Sie die Installation nicht ausschließlich anhand einer einzelnen bekannten Basisstation optimieren, wenn alternative Betreibernetze Bestandteil des Versorgungskonzepts sind.

Router im Metallschaltschrank

Montieren Sie die Mobilfunkantenne außerhalb eines geschlossenen Metallschranks.

Dabei kann eine Antennenverlängerung trotz zusätzlicher Kabeldämpfung sinnvoll sein, wenn sie einen wesentlich besseren Antennenstandort ermöglicht.

Für WLAN gilt nicht automatisch dieselbe Logik. Soll WLAN beispielsweise nur einen Servicearbeitsplatz vor dem Schaltschrank versorgen, wählen Sie die WLAN-Antennenposition für diesen lokalen Versorgungsbereich.

Gebäude

In modernen Gebäuden sind oftmals aus Energieeffizienzgründen Fenster mit einer dünnen Metallisierung verbaut. Allerdings führt diese Metallisierung zu eine hohen Funksignal-Dämpfung und die im Gebäude verfügbare Signalstärke kann zu gering sein.

In der Praxis ist eine Metallisierung der Fenster am Einbauort normalerweise nicht erkennbar, aber man kann es per einfachem Test herausfinden: Wenn sich die Mobilfunk-Signalstärke bei Öffnen der Fenster deutlich verbessert, ist eine Metallisierung vorhanden.

In solchen Fällen ist die Verwendung einer Außenantenne sehr hilfreich.

Ground Plane und Metallflächen

Prüfen Sie vor der Montage, ob die Antenne eine metallische Ground Plane benötigt.

Bei einer Ground Plane-abhängigen Antenne ist die leitfähige Montagefläche Bestandteil des vorgesehenen Antennensystems. Die allgemeine Empfehlung, Abstand von Metallflächen zu halten, gilt für diese Montagefläche daher nicht.

Für die Antennen von INSYS icom beispielsweise gilt:

• Magnetantenne, Art.-Nr. 10019504: metallischer Untergrund erforderlich

• Magnetantenne, Art.-Nr. 10026503: metallischer Untergrund von mindestens 30 × 30 cm vorgesehen

• Magnet/Schraub/Klebeantenne, Art. 10017462-Nr.: untergrundunabhängig

• Dachschraubantenne, Art.-Nr. 10022309: untergrundunabhängig

Bei untergrundunabhängigen Antennen können nahe leitfähige Flächen trotzdem das Strahlungsverhalten beeinflussen. Wo keine produktspezifische Vorgabe besteht, kann ein Abstand von etwa 30 cm zu leitfähigen Flächen als praktische Orientierung verwendet werden.

Beachten Sie die Technische Doumentation der Antenne!

Produktspezifische Montagevorgaben haben Vorrang vor allgemeinen Abstandsregeln.

Antenne ausrichten

Bei den Mobilfunk-Netzbetreibern sind die Antennen der Basisstationen vertikal ausgerichtet. Stabförmige Mobilfunkantennen werden dementsprechend grundsätzlich vertikal ausgerichtet. Bei anderen Antennenbauformen ist die jeweilige Produktvorgabe zu beachten.

Eine Richtantenne sollte anhand der tatsächlich gemessenen Empfangswerte ausgerichtet werden und nicht ausschließlich optisch auf eine vermutete Basisstation.

Bei Verwendung von Multi-Roaming SIM-Karten ist zusätzlich zu berücksichtigen, dass alternative Betreibernetze von anderen Basisstationsstandorten versorgt werden können.

Mehrere Mobilfunkantennen anordnen

Werden mehrere Einzelantennen für MIMO bzw. Rx Diversity verwendet, sollten sie möglichst vom gleichen Typ sein und vergleichbare Zuleitungen besitzen.

Ziel der Anordnung ist, dass die Antennenpfade möglichst unterschiedlich bzw. wenig korreliert empfangen. Dies kann durch räumliche Trennung (Raumdiversität) und durch unterschiedliche Polarisation (Polarisationsdiversität) unterstützt werden.

Montieren Sie separate Einzelantennen deshalb nicht unmittelbar nebeneinander. Als praktische Mindestorientierung kann ein Abstand von etwa einem Viertel der Wellenlänge (λ/4) der niedrigsten verwendeten Mobilfunkfrequenz angesetzt werden. Bei 800 MHz entspricht dies etwa 9 cm, bei 700 MHz etwa 11 cm und bei 450 MHz etwa 17 cm. Ein größerer Abstand kann die gegenseitige Kopplung und die Korrelation der Empfangspfade weiter reduzieren, d.h. die HF-Situation weiter verbessern.

Je nach Antennentyp kann zusätzlich eine unterschiedliche Ausrichtung der beiden Antennen, beispielsweise um etwa 90° zueinander, die MIMO- bzw. Diversity-Eigenschaften verbessern. Eine solche Anordnung ersetzt jedoch nicht grundsätzlich den räumlichen Abstand und ist nicht für jede Antennenbauform erforderlich oder sinnvoll.

Beachten Sie deshalb vorrangig die Montage- und Ausrichtungsvorgaben des Antennenherstellers. Sind dort keine besonderen Vorgaben enthalten, ist eine ausreichende räumliche Trennung der Einzelantennen die einfachste allgemeine Maßnahme.

Bei integrierten 2×2- oder 4×4-MIMO-Antennen sind Anordnung und Ausrichtung der einzelnen Antennenelemente bereits konstruktiv festgelegt. Montieren Sie diese Antennen entsprechend den Herstellervorgaben.

Bei einer Ortsnetzstation kann beispielsweise zunächst entscheidender sein, dass die Antenne überhaupt an einer funktechnisch günstigen Stelle außerhalb der metallischen Station montiert wird. Für die MRcard PL450D können zwei baugleiche LTE450-Einzelantennen verwendet und beispielsweise an diagonal versetzten Positionen der Station angebracht werden, beide vertikal ausgerichtet.

Mobilfunk und WLAN räumlich trennen

Bei Geräten, die mit Mobilfunk und WLAN ausgerüstet sind (z.B. Bei MRX.neo, MOROS.neo und ECR), müssen Mobilfunk und WLAN über separate Antennen geführt werden.Eine gemeinsame Mobilfunk-/WLAN-Kombiantenne darf nicht verwendet werden.

Wo keine abweichende produktspezifische Vorgabe besteht, empfiehlt diese Anleitung etwa 30 cm Abstand als praktische Orientierung.

Diese Regel betrifft Antennen unterschiedlicher Funkdienste Mobilfunk und WLAN.

Antennenkabel verlegen

Vermeiden Sie Knicke, Quetschungen, Zugbelastung am Steckverbinder, unnötige Zwischenstecker sowie unnötig lange Kabelwege.

Halten Sie den produktspezifischen Mindestbiegeradius ein. Ist kein Wert angegeben, kann etwa das Zehnfache des Kabeldurchmessers als allgemeine praktische Orientierung verwendet werden.

Verlängerungen bei MIMO

Verwenden Sie Antennenverlängerungen so kurz wie sinnvoll. Der Gewinn durch einen besseren Antennenstandort kann eine zusätzliche Kabeldämpfung rechtfertigen; dies sollte durch Messung überprüft werden.

Bei MIMO sollten zusammengehörende Antennenpfade möglichst denselben Kabeltyp und vergleichbare Kabellängen verwenden.

Eine 2×2-MIMO-Antenne besitzt zwei HF-Pfade, eine 4×4-MIMO-Antenne vier. Entsprechend müssen alle verwendeten Pfade bei der Kabelführung berücksichtigt werden.

Steckverbinder und Gehäusedurchführungen

Prüfen Sie den exakten HF-Steckverbinder. Bei den hier betrachteten Mobilfunkanschlüssen wird SMA verwendet; WLAN-Anschlüsse verwenden RP-SMA.

SMA und RP-SMA dürfen trotz ähnlicher Bauform nicht verwechselt werden. Prüfen Sie neben dem Gewinde insbesondere die Ausführung des Mittelkontakts.

Vermeiden Sie unnötige Adapterketten.

Bei Gehäusedurchführungen müssen außerdem Biegeradius, Kantenschutz, Zugentlastung, mechanischer Schutz und die erforderliche Schutzart berücksichtigt werden.

Beachten Sie bei Gehäusedurchführungen!

Die Schutzart einer Antenne bestimmt nicht automatisch die Schutzart einer nachträglich hergestellten Gehäusedurchführung.

Außenantennen und Schutzleiter

Bei Verwendung einer Außenantenne muss die Abschirmung des Antennensystems mit dem Schutzleiter verbunden sein.

Diese Maßnahme ist von einem gegebenenfalls erforderlichen Potentialausgleich sowie Blitz- und Überspannungsschutz zu unterscheiden und ersetzt kein vollständiges Schutzkonzept.

Potentialausgleich, Blitz- und Überspannungsschutz

Eine von außen kommende Antennenleitung stellt eine leitfähige Verbindung zur Anlage dar und muss bei der Planung des Potentialausgleichs sowie gegebenenfalls des Blitz- und Überspannungsschutzes berücksichtigt werden.

Besteht an der baulichen Anlage ein äußeres Blitzschutzsystem, muss die Antenneninstallation in das Schutzkonzept einbezogen werden. Abhängig vom Montageort sind insbesondere Schutzbereich, Fangeinrichtungen und erforderliche Trennungsabstände zu berücksichtigen.

Hierfür ist insbesondere die DIN EN IEC 62305-3 (VDE 0185-305-3), Blitzschutz – Teil 3: Schutz von baulichen Anlagen und Personen, im jeweils aktuellen Ausgabestand relevant.

Für den Schutz elektrischer und elektronischer Systeme gegen elektromagnetische Blitzimpulse sind insbesondere Potentialausgleich, Leitungsführung, Schirmung und gegebenenfalls ein koordiniertes System von Überspannungsschutzgeräten zu betrachten. Diese Maßnahmen werden insbesondere in der DIN EN IEC 62305-4 (VDE 0185-305-4), Blitzschutz – Teil 4: Elektrische und elektronische Systeme in baulichen Anlagen, behandelt. Es gilt der jeweils aktuelle Ausgabestand.

Ob und welcher Überspannungsschutz für die Koaxialleitung erforderlich ist, hängt vom Schutzkonzept der konkreten Anlage ab. Das Schutzgerät muss unter anderem für den verwendeten Frequenzbereich und die elektrische Beanspruchung der Leitung geeignet sein. Wir verweisen hier auf die Produkte unseres Partners DEHN.

Beachten Sie bei der Blitzschutzplanung!

Planung und Ausführung von Potentialausgleich, Blitz- und Überspannungsschutz müssen entsprechend der konkreten Anlage durch qualifizierte Fachkräfte erfolgen. Dieser Antennen-Leitfaden ersetzt keine Blitzschutzplanung.

Empfang prüfen und optimieren

Nach der Installation sollte die Empfangssituation anhand der vom Router bereitgestellten Messwerte geprüft werden. Einzelne Messwerte sind dabei weniger aussagekräftig als ein systematischer Vergleich unter möglichst gleichen Bedingungen.

Mobilfunkempfang mit RSRP und RSRQ beurteilen

Nutzen sie zur Interpretation der Funk-Qualität nicht den Wert Signalfeldstärke.

Für LTE und 5G sind insbesondere RSRP, RSRQ und SINR relevant.

RSRP (Reference Signal Received Power) beschreibt den Empfangspegel der LTE-Referenzsignale und wird in dBm angegeben.

RSRQ (Reference Signal Received Quality) beschreibt die Qualität der LTE-Referenzsignale und wird in dB angegeben.

SINR (Signal to Noise Ratio) beschreibt das Verhältnis des Nutzsignals zu Interferenz und Rauschen.

Diese Messgrößen werden bei 4G und 5G-fähigen Routern verwendet.

Zusätzlich steht der Signalindikator zur Verfügung. Er kombiniert die Werte von RSRP und RSRQ und kann für die Praxis als schnelle Gesamtbewertung verwendet werden; bei einer detaillierten Analyse sollten zusätzlich die konkreten RSRP-, RSRQ - Werte sowie Mobilfunkstandard, Band und gegebenenfalls Cell-ID betrachtet werden.

Details zur Interpretation der Werte sind unter Signal-Anzeige zu finden.

Beachten Sie beim Vergleich der Empfangsparameter!

Eine Vergleichbarkeit ist nur gegeben, wenn verschiedene Messungen in der gleichen Funkzelle (Parameter Cell-ID und Location ID gleich) stattfinden. Es kann passieren, dass sich der Router durch Verwendung einer anderen Antenne in eine andere Funkzelle einbucht, und die erste Funkzelle aufgrund veränderter Signaleigenschaften nicht mehr erreicht wird. Bitte beziehen Sie das in die Bewertung ihrer Ergebnisse mit ein.

WLAN Empfang beurteilen

Bei WLAN kann die Signalstärke auf dem jeweiligen WLAN-Kanal in dBm für Vergleichsmessungen verwendet werden.

Je näher ein negativer dBm-Wert an 0 liegt, desto stärker ist das empfangene Signal.

Als allgemeine praktische Orientierung können folgende Werte verwendet werden:

Beachten Sie bei der WLAN-Signalstärke!

Diese Werte sind allgemeine WLAN-Praxiswerte und keine INSYS-spezifischen Grenzwerte. Die tatsächlich benötigte Signalstärke hängt unter anderem von WLAN-Client, Datenrate, Modulationsverfahren, Störungen, Kanalbelegung und Anwendung ab.

Prüfen Sie das WLAN dort, wo die Clients tatsächlich eingesetzt werden. Ein WLAN, das nur für Servicearbeiten vor einem Schaltschrank vorgesehen ist, muss beispielsweise nicht auf eine flächendeckende Versorgung des gesamten Gebäudes optimiert werden.

Antennenposition systematisch vergleichen

Vergleichen Sie unterschiedliche Antennenpositionen oder Ausrichtungen möglichst unter gleichen Bedingungen:

1. Stellen Sie eine stabile Mobilfunkverbindung her.

2. Dokumentieren Sie RSRP, RSRQ, SINR und den Signalindikator.

3. Dokumentieren Sie auch den aktuell verwendeten Netzbetreiber, die Mobilfunktechnologie, das Frequenzband und die Mobilfunkzelle.

4. Wenn Sie einen Performance-Test durchführen (z.B. mit https://www.telekom.de/shop/tarife/speedtest), notieren Sie sich auch die erreichten Download-, Upload-Raten sowie Latenzzeiten und den verwendeten Zielserver.

5. Verändern Sie nur einen Parameter, beispielsweise Position oder Ausrichtung der Antenne, oder die Antenne selbst.

6. Warten Sie, bis sich die Verbindung wieder stabilisiert hat – das dauert i.d.R. mindestens 30 Sekunden.

7. Erfassen Sie die Werte erneut.

8. Wiederholen Sie die Messung bei Bedarf.

Bei einer Multi-Roaming-SIM ist der aktuell verwendete Netzbetreiber besonders wichtig. Wechselt der Router zwischen zwei Messungen das Betreibernetz, vergleichen Sie nicht mehr ausschließlich zwei Antennenpositionen.

Dasselbe gilt bei einem Wechsel von Frequenzband oder Mobilfunkzelle.

Soll gezielt die Netzredundanz einer Multi-Roaming SIM-Installation untersucht werden, kann dagegen gerade die Erreichbarkeit der vorgesehenen alternativen Netze Bestandteil der Prüfung sein.

Bei WLAN ist das Vorgehen analog.

Antennenverlängerung bewerten

Bewerten Sie nicht nur die Dämpfung des zusätzlichen Kabels, sondern die komplette Installation.

Ein sinnvoller Vergleich ist beispielsweise:

Ausgangsposition → messen → neuer Antennenstandort → Verlängerung anschließen → erneut messen

Eine Antennenverlängerung kann trotz ihrer Kabeldämpfung zu einer besseren Verbindung führen, wenn sie einen wesentlich günstigeren Antennenstandort ermöglicht.

Leiten Sie aus einer RSRP-Differenz jedoch keine vermeintlich noch zulässige zusätzliche Kabellänge ab. Das Antennenkabel beeinflusst sowohl den Empfangs- als auch den Sendepfad.

RSRP gut, RSRQ und/oder SINR schlechter?

Ein vergleichsweise guter RSRP bei gleichzeitig schlechterem RSRQ oder niedrigem SINR kann darauf hinweisen, dass nicht allein der Empfangspegel die Verbindung begrenzt. Das Nutzsignal kann ausreichend stark sein, gleichzeitig aber durch Interferenzen oder Rauschen beeinträchtigt werden.

Mögliche Einflüsse sind beispielsweise Interferenzen, Mehrwegeausbreitung oder die aktuelle Funksituation innerhalb der verwendeten Mobilfunkzelle. Ein niedriger oder negativer SINR ist dabei ein deutlicher Hinweis darauf, dass das Nutzsignal gegenüber Interferenzen und Rauschen nur wenig hervorsticht.

Testen Sie in diesem Fall insbesondere eine andere Antennenposition oder Ausrichtung und führen Sie gegebenenfalls Messungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten durch. Prüfen Sie außerdem, ob sich Netzbetreiber, Frequenzband oder Mobilfunkzelle zwischen den Messungen geändert haben.

Eine Antenne mit höherem Gewinn muss unter solchen Bedingungen nicht automatisch zu einer besseren Verbindung führen. Entscheidend ist nicht nur ein möglichst hoher Empfangspegel, sondern auch eine ausreichende Signalqualität.

Performance-Tests

RSRP, RSRQ und SINR beschreiben die Funkverbindung, beantworten aber nicht unmittelbar die Frage, welche Datenrate eine Anwendung tatsächlich erreicht. Ergänzend kann deshalb ein Performance-Test, beispielsweise mit einem browserbasierten Speedtest (z. B. mit https://www.telekom.de/shop/tarife/speedtest), durchgeführt werden. Er liefert praxisnahe Werte für Download, Upload und Latenz.

Ein Speedtest misst jedoch nicht ausschließlich die Qualität der Antenne bzw. der Installation. Die erreichbare Datenrate hängt unter anderem vom verwendeten Mobilfunkstandard und Frequenzband, der verfügbaren Kanalbandbreite, der Auslastung der Mobilfunkzelle, der Netzkonfiguration und dem Übertragungsweg zum Testserver ab. Auch bei unveränderter Antenne können die Ergebnisse daher zwischen zwei Messungen deutlich schwanken.

Warum bringt eine „bessere“ Antenne nicht immer mehr Mbit/s?

Eine bessere Antenne muss nicht zwangsläufig zu einer höheren Datenrate führen. Beispielsweise kann bereits mit der bisherigen Antenne eine Funkverbindung vorhanden sein, bei der die Antenne nicht der begrenzende Faktor ist. Eine Verbesserung des RSRP führt dann nicht automatisch zu einem höheren Durchsatz.

Auch ein höherer Antennengewinn allein ist kein zuverlässiges Maß für die zu erwartende Performance. Für die Datenübertragung sind neben dem Empfangspegel insbesondere die Signalqualität und die Bedingungen in der Mobilfunkzelle relevant.

Bei MIMO kommt hinzu, dass mehrere Antennenpfade nicht unter allen Funkbedingungen automatisch eine höhere Datenrate bewirken. Der tatsächlich nutzbare MIMO-Vorteil hängt unter anderem von den Funkbedingungen und der Übertragung ab. Ein einzelner Speedtest eignet sich deshalb nicht, um aus einem höheren oder niedrigeren Messwert unmittelbar auf die Qualität einer Einzelantenne (SISO), 2×2-MIMO- oder 4×4-MIMO-Antenne zu schließen.

Beachten Sie bei der Beurteilung eines Speedtests!

Eine Antenne ist nicht allein dann besser, wenn ein einzelner Speedtest eine höhere Datenrate anzeigt. Verbesserte oder stabilere Empfangswerte, weniger Verbindungsabbrüche oder eine höhere Verbindungsreserve im Langzeitbetrieb können für industrielle Anwendungen ebenso relevant sein.

Fehlersuche

Die folgende Tabelle dient als schneller Einstieg in die Fehlersuche. Ändern Sie möglichst immer nur einen Parameter und vergleichen Sie anschließend erneut.