Dipolantenn

I det här avsnittet behandlas dipolantennen med mycket tunn radie. Dipolantennen liknar den korta dipolen med undantag för att den inte behöver vara liten jämfört med våglängden (vid den frekvens som antennen arbetar vid).

För en dipolantenn med längden L som är orienterad längs z-axeln och centrerad vid z=0, flödar strömmen i z-riktningen med en amplitud som nära följer följande funktion:

Bemärk att denna ström också oscillerar i tid sinusformigt med frekvensen f.Strömfördelningarna för dipolantennerna med en fjärdedels våglängd (vänster) och med full våglängd (höger) visas i figur 1. Observera att toppvärdet för strömmen inte uppnås längs dipolen om inte längden är större än en halv våglängd.

Figur 1. Strömfördelningar på dipolantenner med ändlig längd.

För att undersöka fälten som utstrålas av en dipolantenn bör man betrakta ingångsimpedansen för en dipol som en funktion av dess längd, plottat i figur 2 nedan. Observera att ingångsimpedansen specificeras som Z=R + jX, där R är motståndet och X är reaktansen.

Figur 2. Ingångsimpedans som funktion av längden (L) på en dipolantenn.

Bemärk att för mycket små dipolantenner är ingångsimpedansen kapacitiv, vilket innebär att impedansen domineras av ett negativt reaktansvärde (och en relativt liten verklig impedans eller resistans). När dipolen blir större ökar ingångsmotståndet tillsammans med reaktansen. Vid något mindre än 0,5 har antennen noll imaginär komponent till impedansen (reaktans X=0), och antennen sägs vara resonant.

Om dipolantennens längd blir nära en våglängd blir ingångsimpedansen oändlig. Denna vilda förändring av ingångsimpedansen kan förstås genom att studera teorin för högfrekventa transmissionsledningar. Som en enklare förklaring kan man betrakta dipolen med en våglängd som visas i figur 1. Om en spänning läggs på terminalerna på den högra antennen i figur 1 kommer strömfördelningen att se ut som visas. Eftersom strömmen vid terminalerna är noll kommer ingångsimpedansen (som ges av Z=V/I) nödvändigtvis att vara oändlig. Följaktligen uppstår oändlig impedans när dipolantennen är en helhetsmultipel av en våglängd.

I nästa avsnitt ska vi betrakta dipolantennernas strålningsmönster.

Strålningsmönster för dipolantenner

De avlägsna fälten från en dipolantenn med längden L ges av:

De normaliserade strålningsmönstren för dipolantenner med olika längder visas i figur 3.

Figur 3. Normaliserade strålningsmönster för dipolantenner med specificerad längd.

Diplolantennen med full våglängd är mer riktad än den kortare dipolantennen med kvarts våglängd. Detta är ett typiskt resultat i antennteori: det krävs i allmänhet en större antenn för att öka riktningen. Resultaten är dock inte alltid uppenbara. Dipolmönstret med 1,5 våglängdsdipolen är också plottat i figur 3. Observera att detta mönster är maximalt vid ungefär +45 och -45 grader.

Dipolantennen är symmetrisk när den betraktas azimutalt (runt dipolens långa axel); som ett resultat av detta är strålningsmönstret inte en funktion av den azimutala vinkeln . Därför är dipolantennen ett exempel på en rundstrålande antenn. Vidare har E-fältet endast en vektorkomponent och fälten är följaktligen linjärt polariserade. Sett i x-y-planet (för en dipol som är orienterad längs z-axeln) är E-fältet i -y-riktningen och följaktligen är dipolantennen vertikalt polariserad.

Det 3D-mönster för dipolantennen med 1 våglängd visas i figur 4. Detta mönster liknar mönstret för kvarts- och halvvågsdipolantennen.

Figur 4. Normaliserat 3d-strålningsmönster för 1-vågsdipolantennen.

Det 3d-strålningsmönstret för 1,5-vågsdipolantennen skiljer sig markant och visas i figur 5.

Figur 5. Normaliserat 3d-strålningsmönster för dipolantennen med 1,5 våglängd.

Dipolantennens (topp)riktverkan varierar enligt figur 6.

Figur 6. Dipolantennens direktivitet som funktion av dipolens längd.

Figur 6 visar att fram till ungefär L=1,25 direktiviteten ökar med längden. För längre längder har dock riktverkan en uppåtgående trend men är inte längre monoton.

I nästa avsnitt tittar vi på den vanligaste dipolantennen, halvvågsdipolantennen.

Nästa: Halvvågsdipolantenner

Upp: Antenner: Dipolantenner

Antennelista

Antennteori .com

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.