Bij een dipoolantenne speelt de verdeling van stroom en spanning langs de lengte van de antenne een cruciale rol in zowel de werking als de efficiëntie van de afstraling.

Het voedingspunt van een dipoolantenne dat is het midden van de antenne waar de voedingskabel is aangesloten vormt het elektrisch laagste impedantiepunt. Op dit punt is de weerstand het laagst, wat betekent dat de stroomsterkte hier het hoogst is. Tegelijkertijd is de elektrische spanning op dit punt juist het laagst.

Aan de uiteinden van de antenne is dit precies omgekeerd. Hier is de elektrische weerstand het hoogst, wat resulteert in een zeer hoge spanning, maar juist een lage stroomsterkte.

Dit gedrag heeft belangrijke gevolgen voor de afstraling van radiosignalen. Want: het is niet de spanning, maar de stroom die verantwoordelijk is voor de effectieve straling van elektromagnetische golven. Met andere woorden: de delen van de antenne waar de stroom het hoogst is dus vooral rond het voedingspunt dragen het meeste bij aan de uitzending van het radiosignaal. De spanningspieken aan de uiteinden van de antenne zorgen niet voor noemenswaardige straling.

Een goed begrip van deze principes is essentieel voor het optimaal ontwerpen, plaatsen en afstemmen van een dipoolantenne, zodat deze maximaal rendement levert bij uitzending en ontvangst.
 

Strom- und Spannungsverlauf bei einer Dipolantenne

Bei einer Dipolantenne ist die Verteilung von Strom und Spannung entlang der Antenne entscheidend für deren Funktion und Abstrahlverhalten.

Der Speisepunkt einer Dipolantenne also der Punkt in der Mitte, an dem das Zuleitungskabel angeschlossen ist stellt den elektrisch niedrigsten Impedanzpunkt dar. An dieser Stelle ist der Widerstand am geringsten, was bedeutet, dass der Strom hier am stärksten ist. Gleichzeitig ist die elektrische Spannung an diesem Punkt am niedrigsten.

An den Enden der Antenne verhält es sich genau umgekehrt: Der elektrische Widerstand ist dort am höchsten, wodurch sich eine sehr hohe Spannung und gleichzeitig ein sehr geringer Stromfluss ergibt.

Dieses Verhalten hat direkte Auswirkungen auf die Abstrahlung von Funksignalen. Denn nicht die Spannung, sondern der Strom ist ausschlaggebend für die effektive Abstrahlung elektromagnetischer Wellen. Mit anderen Worten: Die Bereiche der Antenne, in denen der Stromfluss am größten ist insbesondere rund um den Speisepunkt tragen am meisten zur Signalabstrahlung bei. Die hohen Spannungswerte an den Antennenenden hingegen erzeugen keine nennenswerte Abstrahlung.

Ein gutes Verständnis dieser Zusammenhänge ist unerlässlich für die optimale Gestaltung, Platzierung und Abstimmung einer Dipolantenne, damit diese eine möglichst effiziente Sende- und Empfangsleistung erzielen kann.
 

Invloed van de Hoek tussen Radialen en Straler op de Impedantie van een Kwartgolfantenne

Bij een kwartgolfantenne ook wel een ¼ λ antenne genoemd speelt de hoek tussen de straler (verticale deel) en de aardradialen of het aardoppervlak (horizontale of schuine geleiders) een belangrijke rol in de voedingsimpedantie van het systeem.

In de klassieke uitvoering staan de radialen horizontaal ten opzichte van de grond, wat resulteert in een typische voedingsimpedantie van ongeveer 33 Ohm. Dit is echter niet altijd optimaal voor directe aansluiting op een zender of coaxkabel die ontworpen is voor 50 Ohm.

Door de radialen schuin omlaag te buigen, bijvoorbeeld in een hoek van 30 tot 45 graden, verandert de elektromagnetische koppeling tussen de radialen en de straler. Dit heeft een direct effect op de impedantie van de antenne:

Hoe groter de hoek omlaag (weg van horizontaal), hoe hoger de voedingsimpedantie.

Bij een optimale hellingshoek van de radialen kan de impedantie toenemen tot ongeveer 50 Ohm, waardoor de antenne beter matcht met standaard coaxkabels en zenders zonder dat er een aanpassingstrafo nodig is.

Deze eenvoudige aanpassing in de hoek maakt het mogelijk om de antenne efficiënter aan te passen aan de rest van de zendinstallatie, met als resultaat minder verlies, betere prestaties en minder reflectie (lage SWR).

Kortom: de hoek tussen de radialen en de straler is niet zomaar een constructieve keuze, maar een belangrijke afstemmingsparameter die een directe invloed heeft op de elektrische eigenschappen van je antennesysteem.

Einfluss des Winkels zwischen Radials und Strahler auf den Fußpunktwiderstand einer Viertelwellenantenne

Bei einer Viertelwellenantenne (¼ λ) spielt der Winkel zwischen dem Strahler (vertikales Element) und den Radials bzw. der Erdfläche (horizontale oder geneigte Leitungen) eine entscheidende Rolle für die Impedanz am Einspeisepunkt der Antenne.

In der klassischen Bauform verlaufen die Radials horizontal zur Erde. Dadurch ergibt sich typischerweise eine Impedanz von etwa 33 Ohm. Diese Impedanz ist jedoch nicht ideal für eine direkte Verbindung mit einem Sender oder Koaxialkabel, das auf 50 Ohm ausgelegt ist.

Wenn man die Radials stattdessen schräg nach unten abwinkelt, zum Beispiel in einem Winkel von 30 bis 45 Grad, verändert sich die elektromagnetische Kopplung zwischen Strahler und Radials. Dies wirkt sich direkt auf den Fußpunktwiderstand der Antenne aus:

Je größer der Abstrahlwinkel nach unten, desto höher wird die Impedanz.

Bei einer geeigneten Neigung kann die Impedanz auf etwa 50 Ohm steigen ideal für eine verlustarme Verbindung mit Standardkoaxialkabeln und ohne zusätzliche Anpassungsschaltungen.

Durch diese einfache mechanische Maßnahme kann die Antenne optimal an das restliche Sendesystem angepasst werden mit dem Ergebnis von weniger Verlusten, besserer Effizienz und niedrigerer Stehwelle (SWR).

Zusammengefasst: Der Winkel zwischen Radials und Strahler ist keine bloße Konstruktionsentscheidung, sondern eine wichtige Abstimmgröße, die den elektrischen Charakter der Antenne maßgeblich beeinflusst.
 

Verloop van Impedantie, Spanning en Stroom bij een 1/4 Golf Antenne

De waarden die in onderstaande uitleg worden genoemd, zijn gebaseerd op een zuivere 1/4 golf antenne met een voeding impedantie van 50 Ohm. Dit type antenne vaak toegepast vanwege zijn eenvoud en effectiviteit laat een karakteristiek verloop zien van weerstand, spanning en stroom over de lengte van de antenne, uitgedrukt in een fractie van de golflengte (λ).

Hoewel er in de praktijk variaties bestaan bijvoorbeeld bij antennes met een voeding impedantie van 33 Ohm of 75 Ohm blijven de verhoudingen tussen stroom (Ampère), spanning (Volt) en weerstand (Ohm) ten opzichte van de golflengte over het algemeen gelijkvormig. Dat wil zeggen: ook al zijn de absolute waarden iets anders, het gedrag over de lengte van de antenne blijft herkenbaar en volgt hetzelfde patroon.

Belangrijke kenmerken van het verloop bij een 1/4 golf antenne:
Bij het voedingspunt (de basis van de antenne) is de impedantie laag (in dit geval 50 Ohm), en is de stroom maximaal. Dit is de plek waar de zender aangesloten wordt.

Naarmate we verder omhoog gaan langs de lengte van de antenne (richting het uiteinde), neemt de impedantie geleidelijk toe, de stroom neemt af, en de spanning stijgt.

Aan het uiteinde van de antenne (bij ¼ λ) is de stroom nagenoeg nul, maar de spanning is maximaal. Dit is typerend voor een open einde in een resonante kwartgolf antenne.

Dit typische verloop is van groot belang bij het ontwerp van antennes en bij het afstemmen van matching netwerken. Door te begrijpen hoe stroom en spanning zich langs de antenne gedragen, kan men ook de antenne op een andere punt voeden met een aanpassingstrafo.

 

Verlauf von Impedanz, Spannung und Strom bei einer 1/4-Wellen-Antenne

Die unten erläuterten Werte basieren auf einer idealen 1/4-Wellen-Antenne mit einer Speiseimpedanz von 50 Ohm. Dieser Antennentyp häufig eingesetzt aufgrund seiner Einfachheit und Effektivität zeigt einen charakteristischen Verlauf von Widerstand (Ohm), Spannung (Volt) und Strom (Ampere) entlang seiner Länge, gemessen als Bruchteil der Wellenlänge (λ).

Obwohl es in der Praxis Abweichungen gibt zum Beispiel bei Antennen mit einer Speiseimpedanz von 33 Ohm oder 75 Ohm bleiben die Verhältnisse zwischen Strom, Spannung und Impedanz im Verhältnis zur Wellenlänge weitgehend gleich. Das bedeutet: Auch wenn die absoluten Werte variieren, ist das Verhalten entlang der Antennenlänge grundsätzlich ähnlich und folgt demselben Muster.

Wichtige Merkmale des Verlaufs bei einer 1/4-Wellen-Antenne:
Am Speisepunkt (also an der Basis der Antenne) ist die Impedanz niedrig (hier 50 Ohm), und der Strom ist maximal. Dies ist der Punkt, an dem der Sender angeschlossen wird.

Je weiter man sich entlang der Antennenlänge nach oben bewegt (in Richtung des offenen Endes), steigt die Impedanz allmählich an, der Strom nimmt ab, und die Spannung erhöht sich.

Am offenen Ende der Antenne (bei ¼ λ) ist der Strom nahezu null, während die Spannung ihren Maximalwert erreicht. Dies ist typisch für das Verhalten eines offenen Endes bei einer resonanten Viertelwellen Antenne.

Dieser typische Verlauf ist besonders wichtig für das Design von Antennen und das Abstimmen von Matching-Netzwerken. Wenn man versteht, wie sich Strom und Spannung entlang der Antenne verhalten, kann man auch den Speisepunkt gezielt verlegen und die Antenne z. B. über einen Anpassungstransformator an einer anderen Stelle speisen.