Dipolantenne
Indenfor radio og telekommunikation er en elektrisk dipolantenne, dipolantenne eller doublet[1] den simpleste og mest bredt anvendte klasse af radioantenner.[2][3] Dipolantennen er en klasse af antenner, der producerer et et udstrålingsdiagram som omtrent svarer til en elementær elektrisk dipol med en radioudstrålende struktur med en linjeformet strøm sådan energifødet, at strømmen kun har et punkt i hver ende.[4] En dipolantenne består almindeligvis af to udformningsmæssigt identiske elektrisk ledende elementer[5] såsom metaltråde, metalrør eller metalstave.[3][6][7] Den drivende strøm fødes fra radiosenderen - eller for modtagende antenner tages output-signalet fra mellem de to halvdele af antennen, som så formidles til radioforsatsen. Hver side af de to halvdele af antennen forbindes til transmissionslinjens ene ende - og den anden ende af transmissionslinjen forbindes til radiosenderen eller radiomodtagerens antenneindgang.
De fleste anvendte radioantenner indeholder en dipolantenne som fødeelement.[kilde mangler] Selvom dipolantenner kan anvendes alene, anvendes de også som drivende elementer i mere komplekse antennedesign[3][5] såsom Yagi-Uda-antennen. Dipolantenner (eller design afledt af dem, inklusiv monopolantenner) anvendes til at føde retningsbestemte antenner såsom en hornantenne, parabolreflektor eller hjørnereflektor.
Historie
Den tyske fysiker Heinrich Hertz var den første, der demonstrerede eksistensen af radiobølger i 1887 ved at anvende, hvad vi nu kalder en dipolantenne (med kapacitiv endebelastning). På den anden side fandt Guglielmo Marconi empirisk ud af at han kunne nøjes med at jorde radiosenderen (eller den ene side af en transmissionslinje, hvis anvendt) så man kun kunne nøjes med den ene halvdel af antennen - herved var vertikalen eller monopolantennen opfundet.[8] Til langdistance kommunikation anvendte Marconi højfrekvens og her blev der anvendt en monopolantenne. Når der skulle kommunikeres via højere frekvenser (især VHF til FM-radio og TV), var det en fordel med meget mindre antenner, som kunne sættes i toppen af antennetårne - og dette var en dipolantenne eller en af dens varianter.
I radioens barndom, blev monopolantennen derfor kaldet en Marconi-antenne - og en doublet (dipolantennen) blev opfattet som separate opfindelser. I dag opfattes monopolantennen som et specialtilfælde af dipolantennen[kilde mangler] og hvor monopolantennen har et virtuelt element "under jorden".
Dipolantenne varianter
Dipolantenner med forskellige længder
Den fundamentale resonans af en tynd linjeformet/rette elektrisk leder sker ved en frekvens vis frirums bølgelængde er dobbelt så lang som lederens længde, dvs når lederen er 1/2-bølgelængde lang. Dipolantenner bliver hyppigt anvendt omkring denne frekvens og kaldes så en halvbølge dipolantenne. En halvbølge dipolantenne har en fødeimpedans på ca. 73 ohm.
Tynde rette ledere med en længde l er faktisk resonante på ethvert heltalligt multiplum af en halv bølgelængde:
hvor λ = c/f er bølgelængden og n er et heltal.
For en center-fødet dipolantenne, er der dog forskelligt om n er et ulige tal eller et lige tal. Center-fødede dipolantenner med længder med et ulige antal af halv-bølgelængder, har en relativ lav resistans. Men center-fødede dipolantenner med længder med et lige antal af halv-bølgelængder, har en høj resistans.
Foldet dipolantenne
En foldet dipolantenne er en halvbølge dipolantenne med en yderligere leder, som forbinder dens to ender. Hvis den yderligere leder har den samme diameter og tværsnit som dipolantennens, så vil to næsten identiske strålingsstrømme genereres. Det resulterende fjernfelt udstrålingsdiagram er næsten identisk med en enkelttråds halvbølge dipolantenne, men ved resonans er dens fødepunkts impedans ca. fire gange impedansen for en enkelttråds halvbølge dipolantenne dvs ca. 300 ohm.
Man kan tilføje en yderligere tredje parallel leder til øge fødeimpedansen til ca. 9 gange i forhold til en enkelttråds halvbølge dipolantenne.
Se også
- Magnetisk dipolantenne
- Isotropisk antenne
- Rundstrålende antenne
- Piskantenne
- Balun
- Koaksialantenne
- Amatørradio
- Kortbølgelytning
- T-aerial
Kilder/referencer
- ^ Winder, Steve; Carr, Joseph (2002). Newnes Radio and RF Engineering Pocket Book (3rd udgave). Newnes. s. 4. ISBN 0080497470. Arkiveret fra originalen 20. juli 2014. Hentet 8. december 2018.
- ^ Hille, K. Der Dipol in Theorie und Praxis (DL1VU).
- ^ a b c Basu, Dipak (2010). Dictionary of Pure and Applied Physics (2nd udgave). CRC Press. s. 21. ISBN 1420050222. Arkiveret fra originalen 20. juli 2014. Hentet 8. december 2018.
- ^ Bodnar, Donald (1993). ANSI/IEEE Std 145-1993 IEEE Standard Definitions of Terms for Antennas. New York, NY: The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. s. 10.
2.102 dipole antenna. Any one of a class of antennas producing a radiation pattern approximating that of an elementary electric dipole. Syn: doublet antenna.
- ^ a b "Dipole Antenna / Aerial tutorial". Resources. Radio-Electronics.com. Adrio Communications, Ltd. 2011. Arkiveret fra originalen 18. juli 2018. Hentet 29. april 2013.
- ^ Rouse, Margaret (2003). "Dipole Antenna". Online IT Encyclopedia. whatis.techtarget.com. Arkiveret fra originalen 27. oktober 2020. Hentet 29. april 2013.
- ^ Balanis, Constantine A. (2011). Modern Antenna Handbook. John Wiley & Sons. s. 2.3. ISBN 1118209753. Arkiveret fra originalen 20. juli 2014. Hentet 8. december 2018.
- ^ Balanis, Constantine A. (2011). Modern Antenna Handbook. John Wiley and Sons. s. 2-1. ISBN 1118209753. Arkiveret fra originalen 20. juli 2014. Hentet 8. december 2018.
Elementære, korte og halvbølge dipolantenner:
- Terman, Frederick E.; Helliwell, Robert (1955), Electronic Radio and Engineering (4th udgave), MacGraw-Hill, ISBN 978-0-07-085795-7
- Feynman; Leighton; Sands, Lectures on Physics, Addison-Wesley
- Panofsky, W.; Phillips, M., Classical Electricity and Magnetism, Addison-Wesley
- http://www.ece.rutgers.edu/~orfanidi/ewa/ Arkiveret 20. december 2008 hos Wayback Machine Electromagnetic Waves and Antennas, Sophocles J. Orfanidis.
- Wire Antenna Resources for Ham Radio Arkiveret 9. december 2018 hos Wayback Machine Wire Antenna Resources including off center fed dipole (OCFD), dipole calculators and construction sites
- https://web.archive.org/web/20060907074441/http://stewks.ece.stevens-tech.edu/sktpersonal.dir/sktwireless/lin-ant.pdf
- https://web.archive.org/web/20070926195106/http://www.nt.hs-bremen.de/peik/asc/asc_antenna_slides.pdf
- The Hertzian dipole Arkiveret 8. december 2018 hos Wayback Machine
- The ARRL Antenna Book (21st udgave), The American Radio Relay League, Inc., 2007, ISBN 0-87259-987-6, arkiveret fra originalen 14. februar 2010, hentet 8. december 2018
- ARRL's Wire Antenna Classics - A collection of the best articles from ARRL publications, vol. 1 (First udgave), The American Radio Relay League, Inc., 2005, ISBN 0-87259-707-5, arkiveret fra originalen 14. februar 2010, hentet 8. december 2018
- Reflections on Hertz and the Hertzian Dipole Jed Z. Buchwald, MIT and the Dibner Institute for the History of Science and Technology (link inactive February 2, 2007; archive accessed from Wayback, March 13, 2011)
Eksterne henvisninger
- Dipole Antenna Tutorial Arkiveret 6. oktober 2017 hos Wayback Machine EM Talk
- Broadband Dipoles Arkiveret 17. september 2017 hos Wayback Machine Antenna-Theory.com
- AC6V's Homebrew Antennas Links Arkiveret 9. december 2018 hos Wayback Machine
- Your First HF Dipole Arkiveret 8. februar 2019 hos Wayback Machine - simple yet complete tutorial from eham.net
- Dipole articles Arkiveret 9. december 2018 hos Wayback Machine - s series of pages about the dipole in its various forms
|
Medier brugt på denne side
Forfatter/Opretter: Schwarzbeck Mess-Elektronik, Licens: CC BY-SA 3.0
UHA 9125 D, half-wave dipole antenna, 1.0 - 4 GHz
A dipole antenna of a radar altimeter from an advertisement in a 1947 radio magazine. It was mounted on the bottom surface of an aircraft and transmitted radio waves which reflected from the ground. The altitude of the aircraft was calculated from the time it took the radio waves to return.
This is a half-wave dipole; composed of two symmetrical elements each 1/4 wavelength long, insulated from each other with the white insulator. It is mounted 1/4 wavelength below the aircraft's body, so the aircraft's aluminum skin functioned as a reflecting surface to reinforce the outgoing wavefront. It is made of painted brass tubing, and was mounted parallel to the airstream to reduce air drag. The text gave no information about the operating frequency, but if the antenna is roughly 20 cm, long as it appears to be, the wavelength is around 40 cm so the operating frequency was in the UHF range, around 700 MHz. A coaxial cable feedline attached to the connector, bottom.
Forfatter/Opretter: Chetvorno, Licens: CC0
Animation showing a half-wave dipole antenna receiving power from a radio wave. The antenna consists of two metal rods each one-quarter of the wavelength long, attached through a parallel transmission line to a resistance R equal to the characteristic impedance of the antenna, representing the receiver. The electromagnetic wave is represented by its electric field (E, green arrows) (it should be kept in mind that the drawing only shows the field along one line, while the radio wave is actually a plane wave and the electric field is actually the same at every point on a plane perpendicular to the direction of motion). The wave's magnetic field is not shown.
The oscillating electric field exerts force on the electrons in the antenna rods , causing them to move back and forth in currents (black arrows) between the ends of the antenna rods, charging the ends of the antenna alternately positive (+) and negative (−). Since the antenna is a half-wavelength long at the radio wave's frequency, it excites standing waves of voltage (V, red) and current in the antenna. The voltage along the antenna elements is represented graphically by a band of red whose thickness at any point is proportional to the magnitude of the voltage. The oscillating currents flowing back and forth from one antenna element to the other, pass down the transmission line and through the radio receiver, represented by R. In this animation the action is shown slowed down drastically; the radio waves received by dipoles actually oscillate back and forth at tens of thousands to billions of cycles per second.