In dit hoofdstuk wordt de dipoolantenne met een zeer kleine straal behandeld. De dipoolantenne is vergelijkbaar met de korte dipool, behalve dat hij niet klein behoeft te zijn in verhouding tot de golflengte (bij de frequentie waarop de antenne werkt).
Voor een dipoolantenne met lengte L die langs de z-as is georiënteerd en op z=0 is gecentreerd, vloeit de stroom in de z-richting met een amplitude die de volgende functie nauwkeurig volgt:
Merk op dat deze stroom ook sinusoïdaal in de tijd oscilleert met frequentie f.De stroomverdelingen voor de kwartgolflengte (links) en de vollegolflengte (rechts) dipoolantennes zijn gegeven in figuur 1. Merk op dat de piekwaarde van de stroom niet langs de dipool wordt bereikt tenzij de lengte groter is dan een halve golflengte.
Figuur 1. Stroomverdelingen op dipoolantennes met een eindige lengte.
Voordat we de door een dipoolantenne uitgestraalde velden gaan onderzoeken, moeten we eerst de ingangsimpedantie van een dipool als functie van zijn lengte beschouwen, uitgezet in figuur 2 hieronder. Merk op dat de ingangsimpedantie wordt gespecificeerd als Z=R + jX, waarbij R de weerstand is en X de reactantie.
Figuur 2. Ingangsimpedantie als functie van de lengte (L) van een dipoolantenne.
Merk op dat voor zeer kleine dipoolantennes de ingangsimpedantie capacitief is, wat betekent dat de impedantie wordt gedomineerd door een negatieve reactantiewaarde (en een relatief kleine werkelijke impedantie of weerstand). Naarmate de dipool groter wordt, neemt de ingangsweerstand toe, samen met de reactantie. Bij iets minder dan 0,5 heeft de antenne een imaginaire component van nul in de impedantie (reactantie X=0), en wordt de antenne resonant genoemd.
Als de lengte van de dipoolantenne in de buurt van één golflengte komt, wordt de ingangsimpedantie oneindig. Deze wilde verandering in ingangsimpedantie kan worden begrepen door bestudering van de theorie van hoogfrequente transmissielijnen. Een eenvoudigere verklaring is de dipool van één golflengte in figuur 1. Als een spanning wordt aangelegd op de aansluitklemmen van de rechterantenne in figuur 1, zal de stroomverdeling zijn zoals afgebeeld. Aangezien de stroom op de aansluitpunten nul is, zal de ingangsimpedantie (gegeven door Z=V/I) noodzakelijkerwijs oneindig zijn. De impedantie is dus oneindig wanneer de dipoolantenne een geheel veelvoud van een golflengte is.
In de volgende paragraaf zullen we het stralingspatroon van dipoolantennes beschouwen.
Stralingspatronen voor dipoolantennes
De verre velden van een dipoolantenne met lengte L worden gegeven door:
De genormaliseerde stralingspatronen voor dipoolantennes met verschillende lengtes zijn weergegeven in figuur 3.
Figuur 3. Genormaliseerde stralingspatronen voor dipoolantennes van gespecificeerde lengte.
De dipoolantenne met een volledige golflengte is meer richtingsgevoelig dan de kortere dipoolantenne met een kwart golflengte. Dit is een typisch resultaat in de antennetheorie: er is in het algemeen een grotere antenne nodig om de richtingsgevoeligheid te vergroten. De resultaten liggen echter niet altijd voor de hand. Het dipoolpatroon van 1,5 golflengte is ook in figuur 3 uitgezet. Merk op dat dit patroon maximaal is bij ongeveer +45 en -45 graden.
De dipoolantenne is azimutaal gezien (om de lange as van de dipool) symmetrisch; als gevolg daarvan is het stralingspatroon geen functie van de azimutale hoek . De dipoolantenne is dus een voorbeeld van een omnidirectionele antenne. Verder heeft het E-veld slechts één vectorcomponent en zijn de velden bijgevolg lineair gepolariseerd. In het x-y-vlak (voor een dipool met de z-as als oriëntatie) ligt het E-veld in de -y-richting, en is de dipoolantenne dus verticaal gepolariseerd.
Het 3D-patroon voor de dipoolantenne met een lengte van 1 golflengte is weergegeven in figuur 4. Dit patroon is vergelijkbaar met het patroon voor de kwart- en halve-golf dipoolantenne.
Figuur 4. Genormaliseerd 3d stralingspatroon voor de dipoolantenne met 1 golflengte.
Het 3d stralingspatroon voor de dipoolantenne met 1,5 golflengte is beduidend anders, en wordt getoond in figuur 5.
Figuur 5. Genormaliseerd 3d stralingspatroon voor de dipoolantenne met een lengte van 1,5 golflengte.
De (piek)richtingsgevoeligheid van de dipoolantenne varieert zoals te zien is in figuur 6.
Figuur 6. Figuur 6. Gerichtheid van de dipoolantenne als functie van de dipoollengte.
Figuur 6 geeft aan dat tot ongeveer L=1,25 de richtingsgevoeligheid toeneemt met de lengte. Bij grotere lengten vertoont de richtingscoëfficiënt echter een opwaartse tendens, maar is niet meer monotoon.
In het volgende hoofdstuk bekijken we de meest voorkomende dipoolantenne, de halve-golf dipoolantenne.
Volgende: Halve-golf dipool antennes
Up: Dipoolantennes
Lijst van antennes
Antennetheorie .com