Vad är Half Wave Dipole Antenna / Aerial?

Halv våglängd dipolantenn, halvvågs dipolantenn är den mest använda versionen av den populära dipolantennen.

Halvvågsdipolen är den mest populära versionen av dipolantennen eller antennen.

Som namnet antyder är halvvågsdipolen en halv våglängd lång. Detta är den kortaste resonanslängden som kan användas för en resonansdipol. Den har också ett mycket bekvämt strålningsmönster.

Halvvågs dipolgrunder
Halvvågsdipolen är bildad av ett ledande element som är en tråd eller metallrör som är en elektrisk halv våglängd lång. Halvvågsdipolen matas normalt i mitten där impedansen faller till dess lägsta. På detta sätt består antennen av mataren ansluten till två fjärdedels våglängdselement i linje med varandra.

Det bör komma ihåg att längden på halvvågsdipolen är en elektrisk halvvåglängd för vågen som rör sig i antennledarna. Detta är något kortare än motsvarande längd på en våg som rör sig i fritt utrymme då antennledarna påverkar våglängden.

Grundläggande halvvågsdipolantenn som visar längden på dipolen med avseende på en våglängd.

Grundläggande halvvågs dipolantenn

Spännings- och strömnivåerna varierar längs antennens strålningsdel. Detta inträffar eftersom stående vågor är inställda längs strålningselementets längd.

Eftersom ändarna är öppen kretsström vid dessa punkter är noll, men spänningen är maximalt.

När den punkt där dessa mängder mäts rör sig bort från ändarna, konstateras att de varierar sinusformigt: spänningen faller, men strömmen stiger. Strömmen når sedan ett maximum och spänningen är ett minimum i en längd som är lika med en elektrisk kvartsvåglängd från ändarna. Eftersom det är en halvvågsdipol, inträffar denna punkt i mitten.

Halvvågs dipolmatningsimpedans
Ett av de viktigaste övervägandena med vilken antenn som helst är matningsarrangemanget - hur man överför kraften från mataren / transmissionslinjen till själva antennen. Impedansmatchning, balanserad eller obalanserad och många andra aspekter måste beaktas.

I många aspekter är halvvågsdipolen mycket lätt att mata. Mataren är normalt ansluten till mittpunkten där det finns ett strömmaximum och ett spänningsminimum. Detta resulterar i att antennen har en låg impedans för mataren. Detta är mycket lättare att mata eftersom de höga RF-spänningarna i samband med matningsarrangemang med hög impedans kan ge många problem för matare och matchande enheter.

Ström- och spänningsvågformer på en halvvågs dipol.

Ström- och spänningsvågformer på en halvvågs dipol

För en dipolantenn som är en elektrisk halv våglängd, avbryter de induktiva och kapacitiva reaktionerna varandra vid resonansfrekvensen. Med de induktiva och kapacitiva reaktansnivåerna som avbryter varandra blir lasten rent resistiv och detta gör att matningen av halvvågsdipolantennen blir mycket enklare.

Dipolen är en balanserad antenn och därför krävs ett balanserat matningsarrangemang. Detta skulle normalt behöva en form av tvilling- eller balanserad matare för att användas. Det är dock möjligt att använda koaxialmatare om en balun (balanserad till obalanserad transformator) används.

Koaxialmatare är ett mycket attraktivt alternativ när impedansmatchningen är bra och stående vågor inte finns, och det är också mycket lättare att matcha en sändarutgång som bara vill se en resistiv belastning. Belastningar som inkluderar reaktanser leder till högre spänning i strömnivåer som sändaren kanske inte tål.

Impedansen för en halvvågs dipolantenn i fritt utrymme är dipol 73 Ω vilket ger en bra matchning till 70Ω koaxialmatare och detta är ett av anledningarna till att koax med denna impedans valdes för många applikationer.

En halvvågs dipol matas ofta med en 50Ω-matare. Antennen uppvisar ofta en mycket bra matchning till dess eftersom närheten av andra föremål, som jorden, antennmontering, etc. innebär att impedansen sänks under 73Ω den ger i fritt utrymme.

Halvvågs dipol längd
Även om dipolens namn ger bort sin ungefärliga längd, krävs en mer exakt längd när man utformar och bygger en riktig dipol.

Den faktiska längden på halvvågsdipolen är något kortare än en halv våglängd i fritt utrymme på grund av ett antal effekter som är förknippade med det faktum att RF-vågformen bärs inom en tråd och också troligtvis inte i ett vakuum.

Beräkningar för längden för halvvågsdipolantennen tar hänsyn till element såsom förhållandet mellan ledarens tjocklek eller diameter till längden, dielektricitetskonstanten för mediet runt strålningselementet och så vidare.

I vissa fall är det nödvändigt att förkorta längden på en halvvågs dipolantenn. Detta kan uppnås genom att lägga till en lastinduktor. Detta placeras i det strålande elementet. Det fungerar eftersom dipolantennen kan betraktas som en resonanskrets som består av en kondensator och induktor. Att lägga till ytterligare induktans kommer att sänka resonansfrekvensen, dvs en given antennlängd kommer att resonera vid en lägre frekvens än vad som skulle vara möjligt om ingen induktor hade varit närvarande. På detta sätt är det möjligt att förkorta antennens längd.

Denna princip kan användas för alla typer av antenner och används ofta där utrymme är en viktig faktor.

Halvvågs dipolstrålningsmönster & direktivitet

Det är möjligt att beräkna strålningsmönstret och därmed bestämma direktiviteten.

Som man kan förvänta sig visar den maximala halvvågsdipolriktiviteten den maximala strålningen i rät vinkel mot huvudstrålaren.

I andra vinklar kan vinkeln θ i halvvågsdipolformeln ovan användas för att bestämma fältstyrkan.

Halvvågs dipol polärt diagram och strålningsmönster.

Halvvågs dipol polärt diagram

Det är också möjligt att se strålningsmönstret i termer av planet som tittar runt dipolantennen, dvs i planet som skär dipolen i sitt fält för maximal strålning.

Dipol polärt diagram i rätt vinklar mot antennens axel.

Strålningsmönster med antennens axel in / ut från skärmen

Som man kan se, med antennens axel in / ut från skärmen, är strålningsnivån densamma runt antennen. Detta kan förväntas eftersom det inte finns något som skiljer en riktning från en annan eller att påverka strålningen i olika riktningar i detta plan.

Praktiska tips
När du utvecklar, designar och installerar en halvvågs dipolantenn finns det ett antal allmänna tips och tips som kan följas för att säkerställa optimal prestanda. Dessa är över de normala som används för antenninstallation, till exempel att se till att höjden är optimal etc.

* Använd balanserad matare eller balun:   
Dipolantennen är en balanserad antenn. Det är därför nödvändigt att använda en balanserad matare, eller om koaxiell matare måste användas, måste en balun användas - det finns flera typer som enkelt kan konstrueras.

* Halvvågs dipol är inte en halvvåg: En halvvågs dipolantenn har inte samma längd som en halv våglängd i fritt utrymme. Sluteffekter innebär att den faktiska längden som krävs är något kortare.

* Aktuella maximala avsnitt:   

Det kan visas att områdena på antennen där strömmen är maximalt bidrar mest till strålningen / mottagningen. För att säkerställa den mest effektiva funktionen bör dessa områden vara fria från hinder och ges en optimal position för strålning. 

Detta är mest tillämpligt för antenner som används för lägre frekvenser där längderna är mycket långa. För VHF- och UHF-antenner, där antennerna är mycket kortare, har dipolens hela längd troligen en liknande 'vy'. För HF-antenner kan ibland antennens centrum hållas högre än ändarna och har därför en bättre chans att utstråla en signal bättre.

* Spänningsmaxima vid antennens slut:   

Punkterna för maximal spänning är i antennens ändar. Om de används för överföring, se till att dessa inte kan beröras av misstag och se till att de är tillräckligt isolerade. Detta är viktigt när du använder trådantenner där ändarna används som förankringspunkter. 

Dessa bör också vara borta från närliggande föremål som kan verka för att absorbera kraft och frigöra antennen.

Halvvågs dipolantennen är kanske den mest använda formen av dipolen - även den mest använda formen av antenn. Det är enkelt, effektivt och kan införlivas som det drivna elementet i många andra former av antenner från Yagi-antenner till paraboliska reflektorer och många fler.

Lämna ett meddelande 

meddelande~~POS=TRUNC