Über gefaltete Dipolantenne / Antenne

Die grundlegende Dipolantenne oder Antenne ist in ihrer Grundform weit verbreitet. Unter einer Reihe von Umständen bietet eine Modifikation dieser als gefaltete Dipolantenne bezeichneten Antenne jedoch eine Reihe von Vorteilen.

Die gefaltete Dipolantenne oder gefaltete Dipolantenne wird nicht nur allein, sondern auch als angetriebenes Element in anderen Antennen wie der Yagi-Antenne und verschiedenen anderen Antennentypen häufig verwendet.

Grundlagen der gefalteten Dipolantenne

Die gefaltete Dipolantenne besteht aus einem Basisdipol, jedoch mit einem zusätzlichen Leiter, der die beiden Enden miteinander verbindet. Dies führt zu einer Drahtschleife, die einen Kurzschluss nach Gleichstrom darstellt. Da die Enden zurückgefaltet zu sein scheinen, wird die Antenne als gefaltete Dipolantenne bezeichnet.

Das Grundformat für die gefaltete Dipolantenne ist unten dargestellt. Wie der Basis-Dipol ist die gefaltete Dipolantenne eine symmetrische Antenne und muss mit einer symmetrischen Speiseleitung gespeist werden. Unsymmetrische Abzweige können verwendet werden, sofern ein Balun (unsymmetrischer zu symmetrischer Transformator) verwendet wird.

Der zusätzliche Teil der gefalteten Dipolantenne wird häufig unter Verwendung eines Drahtes oder Stabes mit dem gleichen Durchmesser wie der Basisdipolabschnitt hergestellt. Dies ist jedoch nicht immer der Fall.

Auch die Drähte oder Stäbe sind typischerweise entlang der Länge der parallelen Elemente gleich beabstandet. Dies kann auf verschiedene Arten erreicht werden. Oft ist für VHF- oder UHF-Antennen die Steifigkeit der Elemente ausreichend, bei niedrigeren Frequenzen müssen jedoch möglicherweise Abstandshalter verwendet werden. Um die Drähte auseinander zu halten. Wenn sie nicht isoliert sind, müssen sie natürlich nicht kurzgeschlossen werden. In einigen Fällen kann ein flacher Feeder verwendet werden.

Einer der Hauptgründe für die Verwendung einer gefalteten Dipolantenne ist die Erhöhung der Einspeisungsimpedanz, die sie liefert. Wenn die Leiter im Hauptdipol und im zweiten oder "Falt" -Leiter den gleichen Durchmesser haben, wird festgestellt, dass sich die Einspeisungsimpedanz um das Vierfache erhöht (dh um zwei Quadrate). Im freien Raum erhöht sich die Einspeisungsimpedanz von 73 Ω auf etwa 300 Ω Ohm. Zusätzlich hat die HF-Antenne eine größere Bandbreite.

Theorie der Erhöhung der gefalteten Dipolimpedanz
Es ist möglich zu begründen, warum sich die Impedanz für die gefaltete Dipolantenne vervierfacht.

In einer Standard-Dipolantenne sind die entlang der Leiter fließenden Ströme in Phase und infolgedessen gibt es keine Aufhebung der Felder und infolgedessen tritt Strahlung oder das Signal auf.

Wenn der zweite Leiter hinzugefügt wird, um die gefaltete Dipolantenne herzustellen, kann dies als Erweiterung des Standarddipols betrachtet werden, wobei die Enden zurückgefaltet sind, um sich zu treffen. Infolgedessen fließen die Ströme im neuen Abschnitt in die gleiche Richtung wie im ursprünglichen Dipol. Die Ströme entlang beider Halbwellen sind daher in Phase und die Antenne strahlt mit den gleichen Strahlungsmustern usw. wie ein einfacher Halbwellendipol.

Die Impedanzerhöhung kann aus der Tatsache abgeleitet werden, dass die einer gefalteten Dipolantenne zugeführte Leistung gleichmäßig zwischen den beiden Abschnitten aufgeteilt wird, aus denen die Antenne besteht. Dies bedeutet, dass im Vergleich zu einem Standarddipol der Strom in jedem Leiter auf die Hälfte reduziert wird. Bei gleicher Leistung muss die Impedanz um den Faktor vier erhöht werden, um das Gleichgewicht in der Gleichung Watt = I2 x R aufrechtzuerhalten.

Gefalteter Dipol-Übertragungsleitungseffekt
Mit dem gefalteten Element der gefalteten Dipolantenne ist ein Übertragungsleitungseffekt verbunden. Es ist ersichtlich, dass die Impedanz des Dipols parallel zur Impedanz der kurzgeschlossenen Übertragungsleitungsabschnitte auftritt, obwohl die oben angegebenen Argumente für die Impedanz immer noch zutreffen - es ist nur eine andere Sichtweise auf dasselbe Problem.

Dies kann helfen, einige der anderen Eigenschaften der Antenne zu erklären.

Die Länge wird von diesem Effekt beeinflusst. Normalerweise wird die Wellenlänge einer stehenden Welle in einem Feeder durch den Geschwindigkeitsfaktor beeinflusst. Wenn Luft verwendet wird, entspricht dies etwa 95% des Freiraumwerts. Wenn jedoch eine flache Zuführung mit einem niedrigeren Geschwindigkeitsfaktor verwendet wird, hat dies den Effekt, dass die erforderliche Länge verkürzt wird.

Der Feeder-Effekt führt auch dazu, dass die gefaltete Dipolantenne eine flachere Reaktion aufweist, dh eine größere Bandbreite als ein nicht gefalteter Dipol.

Dies tritt auf, weil bei einer Frequenz außerhalb der Resonanz die Reaktanz des Dipols von der der sortierten Übertragungsleitung entgegengesetzt ist und infolgedessen eine gewisse Reaktanzunterdrückung am Einspeisepunkt der Antenne auftritt.

Vorteile des gefalteten Dipols
Die Verwendung einer gefalteten Dipolantenne gegenüber einem Standarddipol bietet zwei Hauptvorteile:

Impedanzerhöhung:  Wenn Feeder mit höherer Impedanz verwendet werden müssen oder wenn die Impedanz des Dipols durch Faktoren wie parasitäre Elemente verringert wird, sorgt ein gefalteter Dipol für eine signifikante Erhöhung des Impedanzpegels, wodurch die Antenne leichter an den verfügbaren Feeder angepasst werden kann.

Breite Bandbreite:  Die gefaltete Dipolantenne hat einen flacheren Frequenzgang - dies ermöglicht die Verwendung über eine größere Bandbreite bei vielen Übertragungen unter Verwendung einer Vielzahl von verschiedenen wählbaren Kanälen, z. B. Fernsehen und Rundfunk. Eine Antenne mit großer Bandbreite wird benötigt. Die Standard-Dipolantenne bietet nicht immer die erforderliche Bandbreite und die zusätzliche Bandbreite des gefalteten Dipols erfüllt die Anforderungen.

Gefaltete Dipole mit ungleichem Leiter

In vielen Fällen kann es erforderlich sein, Impedanzverhältnisse auf das Standardverhältnis von 4: 1 zu implementieren, das für eine gefaltete Dipolantenne normal ist. Durch einfaches Variieren des effektiven Durchmessers der beiden Leiter: oben und unten können unterschiedliche Verhältnisse erhalten werden.

Es ist möglich, das Impedanzerhöhungsverhältnis unter Verwendung der folgenden Formel zu bestimmen:

 
Wo:
    d1 ist der Leiterdurchmesser für den Speisearm des Dipols
    d2 ist der Leiterdurchmesser für den nicht gespeisten Arm des Dipols
    S ist der Abstand zwischen den Leitern
    r ist das Aufwärtsverhältnis

Es ist zu beachten, dass mit der Verwendung von dicken Leitern im Gegensatz zu normalem Draht ein Verkürzungseffekt verbunden ist, der sich auf die Länge des gefalteten Dipols auswirkt.

Gefaltete Mehrleiterdipole
Obwohl das Konzept einer gefalteten Dipolantenne häufig die Verwendung eines zusätzlichen Leiters impliziert, kann das Konzept durch Hinzufügen zusätzlicher Leiter erweitert werden. Dies hat zur Folge, dass die Gesamtimpedanz noch weiter erhöht und die Bandbreite weiter verbreitert wird.

 
Für den Fall eines gefalteten Dipols mit drei Drähten, bei dem alle Drähte oder Leiter den gleichen Durchmesser haben, wird die Impedanz um den Faktor drei im Quadrat erhöht, dh 9. Dies bedeutet, dass der Nennwert für einen gefalteten Dipol mit drei Leitern das 9-fache beträgt 73 Ω oder ungefähr 600 Ω

Gefaltete Dipolanwendungen
Es gibt viele Möglichkeiten, wie gefaltete Dipole verwendet werden können. Sie finden Verwendung in vielen Anwendungen:

Alleine:   Gefaltete Dipolantennen werden manchmal alleine verwendet, müssen jedoch mit einer hochohmigen Speiseleitung, typischerweise 300 Ohm, gespeist werden. Dies allein kann in bestimmten Anwendungen sehr nützlich sein, in denen ausgeglichene Feeder verwendet werden können.

Als Teil einer anderen Antenne:   Gefaltete Dipole finden jedoch mehr Verwendung, wenn ein Dipol in ein anderes HF-Antennendesign mit anderen Elementen in der Nähe eingebaut wird. Das Problem ist, dass der Einbau eines Dipols in eine Antenne wie einen Yagi, bei dem Elemente eng gekoppelt sind, die Speisungsimpedanz verringert. Wenn ein einfacher Dipol verwendet wurde, können die Speiseimpedanzpegel von weniger als 20 Ω oder weniger leicht erfahren werden.

Durch die Verwendung eines gefalteten Dipols kann die Impedanz um den Faktor vier erhöht werden, oder was auch immer erforderlich ist, indem mehrere Drähte im gefalteten Dipol vorhanden sind.

Erhöhte Bandbreite:   Manchmal können gefaltete Dipole nur verwendet werden, um eine größere Bandbreite zu ergeben. Bei Verwendung zur Erhöhung der Bandbreite können gefaltete Dipole allein oder in einem anderen Antennensystem verwendet werden.
In Anbetracht der Anzahl der Möglichkeiten, wie gefaltete Dipole verwendet werden können, sind sie häufiger als zunächst erwartet.

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