Downtilt-Rechner für Antennen
Downtilt ist der Winkel, um den eine Sektorantenne unter die Horizontale geneigt wird, damit ihre Hauptkeule auf dem gewünschten Abdeckungsring landet und nicht am Horizont. Der Winkel ergibt sich aus Höhenunterschied und Distanz, θ = atan(Δh/d), plus einem kleinen Term für die Erdkrümmung. Der Rechner zeigt zusätzlich, wo die −3-dB-Kanten der Keule den Boden treffen.
Höhe der Antennenmitte über dem lokalen Boden.
Aus dem Antennendatenblatt: 6 bis 8° bei einem typischen Makro-Panel mit hohem Gewinn.
Oben: der Winkel an der Antenne auf einer vergrößerten Skala, mit der gestrichelten Horizontalen, der Gradteilung und dem grünen Sektor zwischen den −3-dB-Kanten samt Mittelstrahl. Unten: wo diese beiden Kanten am Boden auftreffen, auf einer linearen Distanzskala ab der Antenne. Der schattierte Abschnitt ist die Abdeckung der −3-dB-Keule.
Die Kanten der Ausleuchtzone folgen einem Strahl über flacher Erde. Die Krümmung fließt nur in den Zielwinkel ein. Die reale Abdeckung richtet sich nach Gelände, Bebauung und dem tatsächlichen Vertikaldiagramm der Antenne samt Nebenkeulen.
So funktioniert es
- 01
Die Keulenmitte ausrichten
Die geometrische Ausrichtung lautet θ = atan(Δh / d), wobei Δh die Antennenmitte minus die Zielhöhe ist. Dazu kommt der Erdkrümmungsterm d / (2·k·R): 0,007° bei 2 km, 0,10° bei 30 km. Er fällt also nur bei langen Landzellen und Richtfunkstrecken ins Gewicht. Die Winkel sind klein. Ein 30-m-Mast, der einen Ring in 2 km Entfernung versorgt, braucht nur 0,82°.
- 02
Die Keulenbreite kennen
Eine Panelantenne strahlt einen vertikalen Fächer ab, keinen Strahl. Die −3-dB-Breite (halbe Leistung) beschreibt diesen Fächer: Ein 7°-Panel legt seine Kanten auf θ ± 3,5°, ein 14°-Panel auf θ ± 7°. Gewinn und Keulenbreite gehen gegeneinander. Ein Makro-Panel mit 18 dBi liegt vertikal typisch bei 6 bis 8°.
- 03
Die Ausleuchtzone am Boden bestimmen
Jeder Kantenstrahl landet dort, wo d = Δh / tan(Winkel) gilt. Die untere Kante setzt die innere Grenze der −3-dB-Ausleuchtzone, die obere Kante die äußere. Zeigt die obere Kante auf oder über die Horizontale, also immer dann, wenn θ < BW/2 ist, landet sie nie und die halbe Keule strahlt über die Zelle hinaus.
- 04
Nicht nur zielen, sondern eingrenzen
Betreiber neigen meist stärker, als die reine Geometrie verlangt, und legen die obere −3-dB-Kante nahe an den Zellrand, damit die Energie in der Zelle bleibt. Bei Makrozellen sind 2 bis 10° üblich. Was über den Zellrand hinausschießt, stört die Nachbarzelle. In dichten Netzen kostet das mehr Kapazität, als es an Abdeckung bringt.
Formeln
- θ — Downtilt unter der Horizontalen, Grad
- Δh — Höhe der Antennenmitte minus Zielhöhe, m
- d — Bodendistanz zum Ziel, m
- k — Faktor des effektiven Erdradius, 4/3 in Normatmosphäre
- R — Erdradius, 6 371 000 m, also 2·k·R = 16 989 333 m
- BW — vertikale −3-dB-Keulenbreite, Grad
- θ + BW/2 — untere Kante, ergibt die innere Grenze der Ausleuchtzone
- θ − BW/2 — obere Kante, ergibt die äußere Grenze. ≤ 0 heißt, sie landet nie
Rechenbeispiel
- Δh = 30 − 1,5 = 28,5 m
- 2·k·R = 2 · (4/3) · 6 371 000 = 16 989 333 m
- θ = atan(28,5/2000 + 2000/16 989 333) = 0,82°
- untere Kante: 0,82 + 3,5 = 4,32° → 28,5 / tan(4,32°) = 377 m
- obere Kante: 0,82 − 3,5 = −2,68° → über der Horizontalen, landet nie
- → unter 1° Tilt fliegt der Großteil einer 7°-Keule über das Ziel hinweg, also stärker neigen oder die Überreichweite hinnehmen
FAQ
- Was ist der Unterschied zwischen mechanischem und elektrischem Downtilt?
- Mechanischer Downtilt kippt die Antenne physisch. Die Keule sinkt in Blickrichtung, steigt zu den Seiten hin aber wieder an und verzerrt so das Horizontaldiagramm. Elektrischer Downtilt verschiebt die Phase über die Strahlerelemente und neigt das gesamte Diagramm in jedem Azimut gleichmäßig. Die meisten Makro-Panels kombinieren einige Grad von beidem.
- Warum neigt man eine Antenne überhaupt nach unten?
- Damit die Energie in der vorgesehenen Zelle bleibt. Ein ungeneigtes Panel schickt seine Hauptkeule zum Horizont, wo sie niemanden versorgt und entfernte Zellen auf demselben Kanal stört. Die Neigung füllt zudem die Abdeckung nahe am Mast auf, direkt unter der Hauptkeule.
- Wie viel Downtilt ist üblich?
- Bei Makrozellen 2 bis 10°, bei Dach- und Small-Cell-Standorten mehr. Die reine Geometrie verlangt meist deutlich weniger: Ein 30-m-Mast auf 2 km ergibt atan(28,5 / 2000) = 0,82°. In der Praxis bestimmen deshalb Keulenbreite und Eingrenzung den Tilt, nicht das Zielen auf einen einzelnen Punkt.
- Was passiert bei zu viel Downtilt?
- Die Ausleuchtzone rückt zum Mast hin und der Zellrand hungert. Nutzer an der Grenze werden von Nebenkeulen versorgt, die typisch 15 bis 20 dB unter der Hauptkeule liegen. Der Durchsatz bricht ein und die Handover werden unruhig. Der nutzbare Radius schrumpft dann schneller, als es die Geometrie nahelegt, weil das Vertikaldiagramm hinter der −3-dB-Kante steil abfällt.
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Sektor simulieren →Passende Anleitungen
- Antennendiagramme & das Sensorfeld — das Vertikaldiagramm aufbauen, auf das der Tilt wirkt, und als Polardiagramm ablesen
- Höhen: AGL vs. AMSL — Δh stimmt nur, wenn beide Höhen denselben Bezug haben
Quellen & weiterführende Links
- Beam tilt — Wikipedia ↗ — mechanischer und elektrischer Tilt und ihr Einsatz im Mobilfunk
- ITU-R Recommendation P.530 — Propagation data for terrestrial line-of-sight systems ↗ — Quelle für den Faktor k des effektiven Erdradius im Krümmungsterm
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