Das einfachste und gleichzeitig am stärksten verbreitete Resonanzgebilde in der Antennentechnik ist der sogenannte Halbwellendipol. Er bildet das Grundelement vieler Antennenformen und wird auch als Bezugsantenne für die vergleichende Kennzeichnung des Antennengewinnes verwendet. Um die Eigenschaften und die Wirkungsweise von Antennen verstehen zu können, muß man sich zuerst mit der Theorie des Halbwellendipols beschäftigen. Wie schon der Name sagt, hat der Halbwellendipol eine Längenausdehnung, die etwa der halben Wellenlänge entspricht. In diesem Fall befindet sich der Dipol in Resonanz mit der Wellenlänge.
Der Ausdruck Dipol bedeutet Zweipol und kennzeichnet, daß der Halbwellenstrahler in seiner geometrischen Mitte aufgetrennt ist. An den dort entstehenden "2 Polen", den Speisepunkten, kann man die Speiseleitung bzw. den Sender oder einen Empfänger anschließen.
Betrachtet man die Strom- und Spannungsverteilung auf einem Halbwellenstrahler, so stellt man fest, daß zwischen der Spannung und dem Strom eine Phasenverschiebung von 90° besteht, während der Phasenunterschied der Spannung an den Strahlerenden 180° beträgt. Aus der Strom- und Spannungsverteilung auf einem Halbwellenstrahler kan man weiterhin entnehmen, daß in der Strahlermitte der Strom ein Maximum hat (Strombauch), wärend dort gleichzeitig der Nulldurchgang der Spannung liegt (Spannungsknoten). An den Strahlerenden findet man umgekehrte Verhältnisse vor: Spannungsmaximum fällt mit einem Stromknoten zusammen. Aus der Spannungsverteilung erklärt sich ferner, daß Halbwellenelemente häufig in ihrer geometrischen Mitte direkt und metallisch leitend mit dem geerdeten Antennenträger verbunden werden. Die Befestigung im Spannungsnull macht eine Isolation überflüssig. Halbwellenelemente lassen sich deshalb in ihrer geometrischen Mitte erden. Auch in der Strahlermitte wird jedoch die Spannung nicht völlig "Null". Ebenso verhält es sich mit dem Strom an den Strahlerenden, der als Folge des sogenannten Endeffektes dort ebenfalls nicht restlos verschwindet. Man spricht deshalb zutreffender von Spannungsminimum und Stromminimum.
Wie aus dem Bild hervorgeht, hat der Strom in den Mitte des in seiner Eigenresonanz erregten Halbwellendipols stets den Maximalwert. Er nimmt in Richtung Dipolenden etwa sinusförmig ab und erreicht an den Enden den Wert Null. Dort tritt der Maximalwert der Spannung auf, die zur Dipolmitte hin annähernd sinusförmig abfällt. Sie ist in der Dipolmitte sehr klein und kann dort in erster Näherung zu Null angenommen werden.
Genauer betrachtet sind Spannungen und Ströme nicht rein sinusförmig auf einem Dipol verteilt, und auch der Phasenunterschied zwischen Strom und Spannung ist nur näherungsweise 90°. In den meisten Fällen kann man aber diese Abweichungen vernachlässigen.
Beim abgestimmten Halbwellendipol sind Maximalspannung Umax und Maximalstrom
Imax durch das Gesetz
Umax=Zd * Imax
miteinander verknüpft. Zd ist der Wellenwiderstand des Dipols in Ohm. Er
errechnet sich nach
Zd=120 ln 0,575 * l /d (l und d in mm)
Es gibt inzwischen lang bekannte Simulationsprogramme für Annenstrukturen. Aber wie genau sind die Simulationsergebnisse? Ein kleiner Versuch soll die Möglichkeiten an einer Stelle überprüfen.
Messaufbau mit Vektor-Netzwerk-Analysator (DG8SAQ) und einem Dipol.
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Die Texte und Bilder stammen teilweise aus "Rothammels Antennenbuch". Die Genehmigung des Authors liegt vor.