Dipolantenne
Eine Dipolantenne (Di, lat. zwei - Zweipolantenne), ist die Bezeichnung für zwei gleich lange gerade Metallstäbe, drähte oder -flächen, die bei Speisung mit einem hochfrequenten Wechselstrom elektromagnetische Wellen erzeugen und in den Raum abstrahlen. Die Metallteile befinden sich in einer Achse (kollinear) und werden normalerweise in der Mitte in einem definierten Zwischenraum gespeist.
λ/2-Dipolantennen
Bei λ/2-Dipolen befindet sich am Speisepunkt ein Strommaximum, an der dortigen Unterbrechung fließt der Strom somit über die Anschlüsse des speisenden Kabels, dessen Impedanz daher relativ gering sein muss.
Die optimale Länge (Resonanz) einer λ/2-Dipolantenne ist etwa die Hälfte der Wellenlänge des speisenden hochfrequenten Wechselstromes. Eine Verkürzung oder Verlängerung der Stäbe hat eine Änderung der Resonanzfrequenz zur Folge.
Die Impedanz eines offenen Dipols der Länge Lambda/2 und einem Leiterdurchmesser von 0 ist (73+j42,5) Ohm.
Um einen λ/2-Dipol exakt resonant zu machen, muss ein Verkürzungsfaktor von 0,96 gegenüber der Freiraumwellenlänge angewandt werden, das heißt, ein „λ/2-Dipol“ muss zur Beseitigung des Imaginärteiles 0,48 λ lang sein. Das gilt für einen Dipol, der unendlich dünn ist. Da aber in der Realität der Durchmesser der Dipolelemente > 0 ist, sinkt der Verkürzungsfaktor in Abhängigkeit vom realen Durchmesser weiter ab.
Auch der Faltdipol ist eine Art des λ/2-Dipols. Bei ihm erfolgt die Speisung in der Mitte eines von zwei parallelen Leitern, die an den Enden miteinander verbunden sind. Seine Impedanz ist 4 mal höher als die des gestreckten λ/2-Dipols, da nur der halbe Strom über die Speisepukte fließt.
Das Richtdiagramm eines horizontalen λ/2-Dipols ähnelt einer liegenden Acht. Die Halbwertsbreite der Keulen-Öffnungen ist 78°.
Die Richtwirkung einer Dipolantenne kann durch Hinzufügung weiterer Elemente gesteigert werden, siehe dazu bei Yagi-Antenne.
In Fällen, bei denen die Richtwirkung gerade nicht erwünscht ist, z. B. bei angestrebtem Rundum-Empfang oder -Senden, kann man zu einem Knickdipol greifen, bei dem die beiden Metallstäbe im Winkel von 90° zueinander angeordnet sind.
Das Prinzip der Dipolantenne geht auf den deutschen Physiker Heinrich Rudolf Hertz zurück, der als erster elektromagnetische Wellen experimentell nachweisen konnte. Sein Dipol (Hertzscher Dipol), der wesentlich kleiner als λ/8 war, hat nur noch theoretische Bedeutung.
Der Antennengewinn G eines λ/2-Dipols (bezogen auf einen isotropen Strahler) beträgt 2,2 dBi und, auf sich selbst bezogen, 0 dBd:
Die Wirkfläche AW hängt im Resonanzfall nur ab von der Wellenlänge:
- ;
Ganzwellendipole
Setzt man zwei ungespeiste Halbwellendipole längs aneinander und speist deren einander zugewandte Enden, entsteht ein Ganzwellendipol. An den Enden der λ/2-Elemente befinden sich Spannungsmaxima, Ganzwellendipole haben daher eine sehr hohe Speiseimpedanz (>1kOhm).
Um Antennen aus Ganzwellendipolen zusammenzusetzen und übliche Kabelimpedanzen zu speisen, schaltet man daher oft mehrere Ganzwellendipole zu einem Array zusammen und speist sie phasenrichtig parallel.
Eine weitere Möglichkeit, um die Impedanz zu senken und zugleich die Bandbreite zu erhöhen, ist die Ausbildung als Flächendipol.
Solche Flächendipole (oder gleichwertig aus V-förmigen Stäben gebildete Elemente) werden auch als Strahler in Yagi-Antennen verwendet. Die passiven Elemente dieser Antennen dimensioniert man für den oberen Teil der Frequenzbandbreite des Flächendipols, sodass der Gewinn nach höheren Frequenzen hin ansteigt.
Siehe auch
Literatur
- Martin Gerhard Wegener: Moderne Rundfunk-Empfangstechnik. Franzis-Verlag, München 1985, ISBN 3-7723-7911-7