Antennparametrar: förstärkning, diagram och lobbredd

Direktivitet, förstärkning, verkningsgrad, strålningsdiagram, halvvärdesbredd, fram/back-förhållande och effektiv area: de begrepp som används för att beskriva och jämföra antenner, med formler och räkneexempel.

Fördjupning11 min läsningGranskad 24 oktober 2026

Innehåll

Den isotropa antennen som referens
Strålningsdiagram
1. Halvvärdesbredd
2. Fram/back-förhållande och sidlober
Direktivitet, förstärkning och verkningsgrad
1. Samband mellan lobbredd och förstärkning
2. Diagram för vanliga antenntyper
Effektiv area: hur mycket signal fångar antennen?
Polarisation
Impedans och bandbredd
Kontrollfrågor

För att kunna jämföra antenner, räkna på räckvidd och följa effektgränser behövs ett gemensamt språk. Den här artikeln går igenom de viktigaste antennparametrarna: hur strålningsdiagram läses, vad förstärkning och direktivitet egentligen betyder, varför en antenn med hög förstärkning alltid är riktad, och hur antennens storlek hänger ihop med hur mycket signal den kan fånga upp.

Den isotropa antennen som referens#

En isotrop antenn är en tänkt punktformad antenn som strålar exakt lika mycket åt alla håll. Den finns inte i verkligheten, eftersom ingen verklig antenn kan stråla jämnt i alla riktningar, men den är en praktisk nollpunkt. Om en isotrop antenn matas med effekten $P$ blir effekttätheten på avståndet $r$

S = \frac{P}{4 π r^{2}}

eftersom effekten sprids jämnt över en sfär med arean $4 π r^{2}$ . Det är grunden för fri rymd-dämpningen, se Fri rymd-dämpning och länkbudget.

En verklig antenn strålar mer åt vissa håll och mindre åt andra. Hur mycket mer, i den bästa riktningen, jämfört med den isotropa antennen, är antennens förstärkning i dBi (decibel relativt isotrop).

Den andra vanliga referensen är halvvågsdipolen, som har 2,15 dBi. Förstärkning relativt en dipol anges i dBd:

G_{d B i} = G_{d B d} + 2,15

Sambandet är definierat på samma sätt i PTS föreskrifter om undantag från tillståndsplikt.¹ Var uppmärksam när du läser produktblad: en antenn som anges till ”6 dB” kan betyda 6 dBi eller 6 dBd, och skillnaden är drygt 2 dB. Om enheten saknas är det rimligt att misstänka dBi, eftersom det ger det högre talet. Läs mer om decibel i Decibel och logaritmiska enheter.

Strålningsdiagram#

Ett strålningsdiagram visar hur antennens strålning varierar med riktningen. Det ritas oftast som ett polärdiagram, där avståndet från mitten anger signalstyrkan i den riktningen. Skalan är nästan alltid logaritmisk i decibel, med 0 dB i ytterringen för den starkaste riktningen.

Eftersom strålningen är tredimensionell visas den i två snitt:

Horisontalplanet (azimut) visar strålningen runt antennen, som sett ovanifrån.
Vertikalplanet (elevation) visar strålningen i ett lodrätt snitt, som sett från sidan.

Ofta används också begreppen E-plan och H-plan: E-planet innehåller det elektriska fältets riktning och H-planet det magnetiska. För en vågrät dipol är horisontalplanet E-plan; för en lodrät antenn är horisontalplanet H-plan.

Figur 1 visar de begrepp som används för att beskriva ett riktat strålningsdiagram. Huvudloben är den riktning där antennen strålar mest. Sidlober är mindre lober åt andra håll, och bakloben pekar rakt bakåt. Mellan loberna finns nollor, riktningar där antennen nästan inte strålar alls.

Figur 1. Begrepp i ett strålningsdiagram, beräknat för en grupp med fyra element. Halvvärdesbredden mäts mellan punkterna där effekten fallit 3 dB. Fram/back-förhållandet jämför huvudloben med strålningen rakt bakåt.

Halvvärdesbredd#

Halvvärdesbredden (eng. half-power beamwidth, HPBW), eller lobbredden, är vinkeln mellan de två riktningar i huvudloben där effekten har sjunkit till hälften, det vill säga 3 dB under maximum. En halvvågsdipol har ca 78° halvvärdesbredd i E-planet. En parabolantenn för satellit-tv kan ha en lobbredd på ungefär 2–3°.

Fram/back-förhållande och sidlober#

Fram/back-förhållandet (eng. front-to-back ratio, F/B) är skillnaden i dB mellan strålningen i huvudriktningen och rakt bakåt. En Yagi-antenn kan ha ett fram/back-förhållande på 15–25 dB. Det är viktigt när du vill undertrycka störningar eller andra stationer som ligger bakom antennen. Ibland anges i stället fram/sido-förhållande eller den högsta strålningen inom en sektor bakåt.

Sidlobsnivån anges som hur många dB den största sidoloben ligger under huvudloben. Låga sidlober är viktiga för radar, satellitjordstationer och radiolänk, där sidlober kan ge störningar till eller från andra system. ITU-R har referensdiagram för hur stora sidlober olika slags antenner högst får antas ha vid samordning, se till exempel Radiolänk och fast radio.

Direktivitet, förstärkning och verkningsgrad#

Tre närliggande begrepp hålls ofta isär slarvigt:

Direktivitet ( $D$ ): Förhållandet mellan strålningsintensiteten i bästa riktningen och medelvärdet över alla riktningar. Den beskriver enbart diagrammets form, alltså hur koncentrerad strålningen är.
Verkningsgrad ( $η$ ): Den andel av effekten som tillförs antennen och som faktiskt strålar ut. Resten blir värme i ledare, isolatorer, spolar och omgivande mark.
Förstärkning ( $G$ ): Direktivitet gånger verkningsgrad: $G = η D$ . Förstärkningen är alltså den som räknas i praktiken.

En stor dipol av koppar i fri luft har en verkningsgrad nära 100 %, så dess förstärkning är praktiskt taget lika med direktiviteten, 2,15 dBi. En kort mobilantenn med förlängningsspole kan ha 30 % verkningsgrad. Då blir förstärkningen $10 \log_{10} 0,3 \approx - 5,2$ dB lägre än direktiviteten.

Den förstärkning som anges i standarder (IEEE Std 145) räknar inte med förluster på grund av missanpassning mellan antenn och kabel. Med missanpassningen inräknad talar man om realiserad förstärkning (eng. realized gain). Missanpassning förklaras i SVF och impedansanpassning.

Samband mellan lobbredd och förstärkning#

Ju smalare huvudlob, desto högre direktivitet. För en antenn med en enda, ungefär elliptisk huvudlob och små sidlober gäller den användbara approximationen

D \approx \frac{41 000}{θ_{E} θ_{H}}

där $θ_{E}$ och $θ_{H}$ är halvvärdesbredderna i grader i de två planen. För praktiska antenner med verkliga förluster och sidlober används ofta ett lägre tal i täljaren, ungefär 25 000–30 000, för att uppskatta förstärkningen.

Diagram för vanliga antenntyper#

Figur 2 jämför beräknade diagram för några grundläggande antenner. Den korta dipolen och halvvågsdipolen är nästan lika, trots att den ena är mycket kortare: den korta dipolen har 1,76 dBi och halvvågsdipolen 2,15 dBi. Skillnaden ligger i impedans och verkningsgrad, inte i diagrammet. En dipol som är 1,25 våglängder lång har en smalare huvudlob och 5,2 dBi, men börjar få sidlober.

Figur 2. Beräknade E-plansdiagram för dipoler med olika längd. Förstärkningen ökar när loben blir smalare. En dipol längre än en våglängd får sidlober, och över 1,25 våglängder delas huvudloben upp.

Tabell 1. Typiska förstärkningar för olika antenntyper. Värdena för dipoler och monopol över perfekt jord är beräknade; övriga är ungefärliga intervall.

Antenn	Förstärkning	Halvvärdesbredd
Isotrop (teoretisk)	0 dBi	–
Kort dipol (mycket kortare än λ/2)	1,76 dBi	90°
Halvvågsdipol	2,15 dBi (0 dBd)	78°
λ/4-monopol över perfekt jordplan	5,15 dBi	39° i elevation
5/8λ-monopol över perfekt jordplan	ca 8,2 dBi	smalare i elevation
Yagi, 3 element	7–8 dBi	ca 60°
Yagi, 10 element (VHF)	12–14 dBi	ca 30°
Sektorantenn mobilnät	15–18 dBi	65° × 6–10°
Parabol 60 cm, 11 GHz	ca 35 dBi	ca 3°

För monopoler över jord är det viktigt att veta vad som avses. Ett värde på 5,15 dBi gäller bara över ett oändligt, perfekt ledande jordplan. Över verklig mark eller ett litet jordplan blir värdet lägre.

Effektiv area: hur mycket signal fångar antennen?#

En mottagarantenn kan tänkas som en yta som fångar upp den inkommande vågens effekt. Ytan kallas antennens effektiva area $A_{e}$ . Den mottagna effekten är effekttätheten $S$ (W/m²) gånger den effektiva arean:

P_{m o t t} = S \cdot A_{e}

Effektiv area och förstärkning hänger ihop med en av antennteorins viktigaste formler:

G = \frac{4 π A_{e}}{λ^{2}} ⟺ A_{e} = \frac{G λ^{2}}{4 π}

För en antenn med en fysisk öppning, som en parabol, är den effektiva arean en andel av den fysiska arean, typiskt 55–70 %. Andelen kallas aperturverkningsgrad. För en trådantenn har den effektiva arean inget enkelt samband med trådens storlek; en halvvågsdipol har $A_{e} \approx 0,13 λ^{2}$ , alltså en yta som är mycket större än själva tråden.

Formeln förklarar också varför antenner med hög förstärkning är vanliga på höga frekvenser: en parabol med 60 cm diameter har ungefär 35 dBi på 11 GHz men bara ca 15 dBi på 1 GHz, eftersom samma yta är fler kvadratvåglängder stor vid hög frekvens. Läs mer i Riktantenner.

Tillsammans med förstärkningen hos sändarantennen ger detta Friis transmissionsformel, som används i alla länkbudgetar:

P_{m o t t} = P_{s ä n d} G_{s} G_{m} {(\frac{λ}{4 π d})}^{2}

Härledningen och användningen i decibel finns i Fri rymd-dämpning och länkbudget.

Polarisation#

En antenn sänder och tar emot en viss polarisation: vertikal, horisontell eller cirkulär. Om sändar- och mottagarantennen har olika polarisation förloras signal. Mellan vertikal och horisontell polarisation kan förlusten teoretiskt vara obegränsad, i praktiken 20 dB eller mer i fri sikt, men reflektioner gör ofta skillnaden mindre. Mellan linjär och cirkulär polarisation är förlusten 3 dB. Läs mer i Polarisation.

Impedans och bandbredd#

En antenns impedans är förhållandet mellan spänning och ström vid matningspunkten. Den består av en resistiv del (strålningsresistans plus förlustresistans) och en reaktiv del. I resonans är den reaktiva delen noll. För att all effekt ska nå antennen bör impedansen passa matarledningen, normalt 50 ohm. Hur anpassningen mäts och förbättras förklaras i SVF och impedansanpassning och Smithdiagrammet.

Bandbredd är det frekvensområde där antennen uppfyller ett visst krav. Oftast menar man impedansbandbredden, till exempel det område där ståendevågförhållandet är under 2:1. Men även diagram, förstärkning och polarisation ändras med frekvensen, och för en riktantenn kan ”diagrambandbredden” vara den som begränsar.

Bandbredden anges ofta i procent av mittfrekvensen. En tunn dipol har en SVF-bandbredd på några procent. Tjockare element, som rör eller ”burar” av trådar, ger bredare bandbredd. Antenner med mycket stor bandbredd, som den logperiodiska antennen, beskrivs i Riktantenner.

Figur 3 visar hur impedansen och SVF ändras runt resonansen för en tunn dipol.

Figur 3. Ståendevågförhållande mot frekvens för en tunn och en tjockare halvvågsdipol mot 50 ohm, beräknat med en enkel resonanskretsmodell. Bandbredden för SVF under 2 är markerad. Tjockare element ger lägre Q-värde och större bandbredd.

Kontrollfrågor#

En antenn har 9 dBd. Hur många dBi är det?

dBi = dBd + 2,15, alltså 11,15 dBi.

Vad är skillnaden mellan direktivitet och förstärkning?

Direktiviteten beskriver bara hur koncentrerad strålningen är. Förstärkningen tar också med verkningsgraden: $G = η D$ . En antenn med förluster har lägre förstärkning än direktivitet.

En antenn har 30° halvvärdesbredd i båda planen. Uppskatta direktiviteten.

$D \approx 41 000 / (30 \cdot 30) \approx 46$ , vilket är ca 16,6 dBi.

Vad betyder ett fram/back-förhållande på 20 dB?

Att antennen strålar 20 dB svagare, alltså en hundradel av effekten, rakt bakåt jämfört med i huvudriktningen. Samma gäller för mottagning av signaler bakifrån.

En antenn med 10 dBi och verkningsgrad 50 %. Vilken är direktiviteten?

$G = η D$ , så $D = G / η$ . I dB: $D = 10 + 3,0 = 13,0$ dBi.

Vilken effektiv area har en antenn med 20 dBi på 2,4 GHz?

$G = 100$ , $λ = 0,125$ m. $A_{e} = 100 \cdot 0, 125^{2} / (4 π) \approx 0,124 m^{2}$ , ungefär en kvadrat med 35 cm sida.

Varför är en kort dipol nästan lika riktad som en halvvågsdipol?

Strömfördelningen är i båda fallen enkel, utan delar som går i motfas, så diagrammet blir nästan detsamma: $\sin^{2} θ$ för den korta och något smalare för halvvågsdipolen. Direktiviteterna är 1,76 respektive 2,15 dBi. Skillnaden mellan antennerna ligger främst i impedans och verkningsgrad.

Post- och telestyrelsen, PTSFS 2025:1, 2 kap. 1–2 § (antennvinst, dBi, dBd, dBd = dBi − 2,15) och 128 § (446,0–446,2 MHz PMR446, högsta effekt 500 mW e.r.p.). ↩↩

Kunskapsbanken är en sammanställning för utbildning och referens. Den ersätter inte gällande föreskrifter och ger ingen rätt att sända. Kontrollera alltid aktuella villkor hos PTS.