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Halbwellen-Dipolantennen-Rechner

Berechnen Sie die physikalische Länge, Wellenlänge, Verstärkung, Strahlungswiderstand und 50 Ω VSWR für eine Halbwellen-Dipolantenne bei einer beliebigen Frequenz. Unterstützt den Geschwindigkeitsfaktor für isolierte Drähte.

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Formel

L_{\lambda/2} = \frac{v_f \cdot c}{2f}, \quad Z_{in} \approx 73.1\,\Omega, \quad G = 2.15\,\text{dBi}

Referenz: Balanis, "Antenna Theory: Analysis and Design", 4th ed., Chapter 4

L_{λ/2}— Half-wave dipole total length (m)
v_f— Velocity factor of the wire
c— Speed of light (299 792 458 m/s) (m/s)
f— Operating frequency (Hz)
Z_{in}— Input impedance (radiation resistance) (Ω)
G— Antenna gain (dBi)

Wie es funktioniert

Eine Halbwellen-Dipolantenne ist ein grundlegendes HF-Strahlungselement, das aus einem leitfähigen Draht oder Stab besteht, der genau eine halbe Wellenlänge lang ist. Die Antenne arbeitet am effizientesten, wenn ihre physikalische Länge genau der halben Wellenlänge der Zielfrequenz entspricht. Dipolantennen weisen omnidirektionale Strahlungsmuster in der senkrechten Ebene auf, wobei die maximale Strahlung senkrecht zur Antennenachse verläuft. Die grundlegende Physik beruht auf der Wechselwirkung zwischen elektromagnetischen Wellen und der Resonanzlänge der Antenne, wodurch stehende Wellenmuster entstehen, die eine effiziente Energiestrahlung ermöglichen. Bei Resonanz weist die Antenne eine nahezu ideale Impedanz von 73,1 Ω auf, die leicht von der von herkömmlichen 50-Ω-Übertragungsleitungen abweicht, was zu einem bescheidenen Spannungs-Stehwellenverhältnis (VSWR) führt.

Bearbeitetes Beispiel

Ziehen Sie einen Halbwellendipol für 2,4-GHz-Wi-Fi-Anwendungen in Betracht. Unter Verwendung der Lichtgeschwindigkeit (c=3×10^8 m/s) und eines Geschwindigkeitsfaktors von 0,96 berechnen wir die Antennenlänge wie folgt: λ = 3×10^8/(2,4×10^9) = 0,125 m. Die Länge der Antenne mit halber Wellenlänge wird zu 0,0625 m oder 62,5 mm. Bei dieser Frequenz hat die Antenne einen Gewinn von ungefähr 2,15 dBi und einen Strahlungswiderstand von 73,1Ω. Bei Anschluss an eine 50-Ω-Übertragungsleitung beträgt der Reflexionskoeffizient (Φ) ungefähr 0,188, was zu einem VSWR von 1,46 führt.

Praktische Tipps

  • ✓Verwenden Sie hochwertige, präzise geschnittene Leiter für eine genaue Resonanzlänge
  • ✓Berücksichtigen Sie bei der Bestimmung der Antennenlänge Umweltfaktoren wie die Dielektrizitätskonstante
  • ✓Stellen Sie die richtige Grundplatte oder das richtige Gegengewicht ein, um eine optimale Leistung zu erzielen

Häufige Fehler

  • ✗Vernachlässigung des Geschwindigkeitsfaktors bei der Berechnung der Antennenlänge
  • ✗Nichtberücksichtigung von Endeffekten, die die tatsächliche Resonanzlänge geringfügig verändern
  • ✗Annahme einer perfekten 1:1 -Impedanzübereinstimmung ohne Berücksichtigung der Übertragungsleitungseigenschaften

Häufig gestellte Fragen

Die Antennenlänge ist umgekehrt proportional zur Frequenz. Höhere Frequenzen führen zu kürzeren Wellenlängen und entsprechend kürzeren Antennenelementen.
Dies ist eine grundlegende Eigenschaft von mittengespeisten Halbwellendipolen, die die theoretische Impedanz darstellt, an der die Strahlung mit maximaler Leistung auftritt.
Ein Halbwellendipol ist schmalbandig und arbeitet optimal bei seiner Entwurfsfrequenz. Signifikante Frequenzverschiebungen beeinträchtigen die Leistung.
2,15 dBi stellen den Gewinn der Antenne im Vergleich zu einem isotropen Strahler dar, der theoretisch die perfekte omnidirektionale Antenne ist.
Die Genauigkeit der Antennenlänge ist entscheidend. Selbst kleine Abweichungen können die Resonanz, das VSWR und die allgemeine Strahlungseffizienz erheblich beeinflussen.

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