Dipolantenne

I dette afsnit betragtes dipolantennen med en meget tynd radius. Dipolantennen svarer til den korte dipol, bortset fra at den ikke behøver at være lille i forhold til bølgelængden (ved den frekvens, som antennen arbejder ved).

For en dipolantenne af længde L, der er orienteret langs z-aksen og centreret ved z=0, flyder strømmen i z-retningen med en amplitude, der nøje følger følgende funktion:

Bemærk, at denne strøm også svinger sinusformet i tid med frekvensen f.Strømfordelingerne for dipolantennerne med kvart bølgelængde (venstre) og fuld bølgelængde (højre) er vist i figur 1. Bemærk, at spidsværdien af strømmen ikke nås langs dipolerne, medmindre længden er større end en halv bølgelængde.

Figur 1. Strømafgivelser på dipolantenner med finite længde.

Hvor vi undersøger de felter, der udstråles af en dipolantenne, skal vi betragte indgangsimpedansen for en dipol som en funktion af dens længde, som er plottet i figur 2 nedenfor. Bemærk, at indgangsimpedansen er angivet som Z=R + jX, hvor R er modstanden og X er reaktansen.

Figur 2. Indgangsimpedans som funktion af længden (L) af en dipolantenne.

Bemærk, at for meget små dipolantenner er indgangsimpedansen kapacitiv, hvilket betyder, at impedansen er domineret af en negativ reaktansværdi (og en relativt lille reel impedans eller modstand). Efterhånden som dipolen bliver større, stiger indgangsmodstanden sammen med reaktansen. Ved lidt mindre end 0,5 har antennen nul imaginær komponent til impedansen (reaktans X=0), og antennen siges at være resonant.

Hvis dipolantennens længde kommer tæt på en bølgelængde, bliver indgangsimpedansen uendelig. Denne vilde ændring i indgangsimpedansen kan forstås ved at studere højfrekvent transmissionsledningsteori. Som en mere enkel forklaring kan man betragte den dipol med en bølgelængde, der er vist i figur 1. Hvis der påføres en spænding på terminalerne på den højre antenne i figur 1, vil strømfordelingen være som vist. Da strømmen ved terminalerne er nul, vil indgangsimpedansen (givet ved Z=V/I) nødvendigvis være uendelig. Følgelig opstår der uendelig impedans, når dipolantennen er et helt multiplum af en bølgelængde.

I det næste afsnit skal vi se på dipolantennernes strålingsmønster.

Strålemønstre for dipolantenner

De fjerne felter fra en dipolantenne med længde L er givet ved:

De normaliserede strålingsmønstre for dipolantenner af forskellige længder er vist i figur 3.

Figur 3. Normaliserede strålingsmønstre for dipolantenner af specificeret længde.

Dipolantennen med fuld bølgelængde er mere retningsbestemt end den kortere dipolantenne med kvart bølgelængde. Dette er et typisk resultat i antenneteori: Det kræver generelt en større antenne at øge retningsbestemtheden. Resultaterne er dog ikke altid indlysende. Dipolmønsteret med 1,5 bølgelængde er også tegnet i figur 3. Bemærk, at dette mønster er maksimalt ved ca. +45 og -45 grader.

Dipolantennen er symmetrisk, når den ses azimutalt (omkring dipolens længdeakse); som følge heraf er strålingsmønsteret ikke en funktion af den azimutale vinkel . Derfor er dipolantennen et eksempel på en omnidirektionel antenne. Endvidere har E-feltet kun én vektorkomponent, og derfor er felterne lineært polariseret. Set i x-y-planet (for en dipol, der er orienteret langs z-aksen) er E-feltet i -y-retningen, og derfor er dipolantennen vertikalt polariseret.

Det 3D-mønster for dipolantennen med 1 bølgelængde er vist i figur 4. Dette mønster svarer til mønsteret for kvart- og halvbølgedipolantennen.

Figur 4. Normaliseret 3d-strålingsmønster for 1-bølgelængde-dipolantennen.

Det 3d-strålingsmønster for 1,5-bølgelængde-dipolantennen er væsentligt anderledes og er vist i figur 5.

Figur 5. Normaliseret 3d-strålingsmønster for dipolantennen med 1,5 bølgelængde.

Dipolantennens (spids)retningsvirkning varierer som vist i figur 6.

Figur 6. Dipolantennens retningsvirkning som funktion af dipolens længde.

Figur 6 viser, at retningsvirkningen indtil ca. L=1,25 stigger med længden. For længere længder har direktiviteten imidlertid en opadgående tendens, men den er ikke længere monoton.

I næste afsnit vil vi se på den mest almindelige dipolantenne, halvbølgedipolantennen.

Næste: Halvbølgedipolantenner

Op: Dipolantenner

Liste over antenner

Antenneteori .com

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.