Groundplane-Antenne

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Eine Groundplane ist die obere Hälfte einer vertikalen Dipolantenne. Das Erdnetz muss den Strom aufnehmen können, der eigentlich in die untere Dipolhälfte fließen würde.
Groundplane-Antenne für Ultrakurzwelle mit drei Radials

Eine Groundplane-Antenne (GPA), verkürzt oft auch einfach nur Groundplane (GP) oder als Monopolantenne, als Viertelwellenstrahler oder nach ihrem Erfinder Marconi-Antenne, nach dem italienischen Funkpionier Guglielmo Marconi bezeichnet, stellt aufgrund des Aufbaues üblicherweise eine Vertikalantenne dar und ist dadurch gekennzeichnet, dass sie im Gegensatz zu einer Dipolantenne unsymmetrisch aufgebaut ist. Die zweite Hälfte der Antenne wird oft als Gegengewicht (siehe auch Erdung) bezeichnet und durch die elektrisch gut leitfähige Erdoberfläche, ein in der Erde zusätzlich rund um die Antenne eingegrabenes Erdnetz oder, vor allem im VHF-Bereich, durch mehrere sogenannte Radials rund um den Monopol gebildet.

Diese auf Masse bzw. Erdpotential liegenden Radiale gehen vom zentralen Speisepunkt (Fußpunkt) der Antenne radial aus und umfassen mindestens drei bis zu mehreren 100 Leitern. Oft wird die Länge dieser Leiter durch die Wellenlänge λ bestimmt, und man wählt vorteilhaft λ/4 als Länge, wenn nur wenige Radials eingesetzt werden. Selbststrahlende Sendemasten im Mittelwellenbereich, diese können eine Monopolantenne darstellen, benutzen z. B. 100 Radials aus verzinkten Stahlbändern, die etwa 60 cm tief im Boden rund um den Sendemast vergraben werden.

Monopolantennen werden als Sende- und Empfangsantennen für Längstwelle, Langwelle, Mittelwelle, Kurzwelle bis in den VHF-Bereich eingesetzt. Beispiele für Monopolantennen im VHF-Bereich sind KFZ-Antennen für den UKW-Empfang, wobei statt der Erde die metallische Karosserie als Massefläche dient.

Funktion[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ein Dipol hat, bedingt durch seinen symmetrischen Aufbau, senkrecht zu seiner Mitte eine Potentialebene mit Nullpotential. Diese Potentialebene kann man durch eine ausgedehnte leitfähige Ebene (Erdoberfläche) ersetzen, ohne die Funktion der Antenne wesentlich zu ändern. Dabei fließt der Strom, der eigentlich in die fehlende Dipolhälfte fließen würde, in die leitfähige Ebene. Verschiedene Konstruktionsparameter erlauben, die Eigenschaften der Antenne zu beeinflussen:

  • Werden die Radials einer λ/4 langen Groundplane-Antenne um 45° nach unten geschwenkt, so lässt sich ein Fußpunktwiderstand von 50 Ω erreichen. Die Antenne kann dann direkt mit üblichem Koaxialkabel gespeist werden.
  • Die Strahler von Mittelwellen-Rundfunksendern werden gerne elektrisch 190° (etwas mehr als λ/2) lang gemacht, weil sich so die stärkste Bodenwelle erreichen lässt. Ein 5/8 λ langer Strahler liefert zwar noch mehr Gewinn, aber unter einem Erhebungswinkel von ca. 30°.
  • Wenn nur wenige Radials als Gegengewicht eingesetzt werden, so müssen sie auf λ/4-Resonanz abgestimmt werden, um dem Ausgleichsstrom einen Strompfad mit niedriger Impedanz anzubieten. Dafür reichen schon 3-4 Radials pro Arbeitsfrequenz für einen akzeptablen Antennenwirkungsgrad und annähernde Rundstrahlung.
  • Wenn das Gegengewicht der Antenne dagegen aus vielen Radials besteht, so müssen die Radials nicht notwendigerweise auf λ/4-Resonanz abgestimmt werden, da die Impedanzen aller Radials effektiv parallel geschaltet werden. Mittelwellen-Rundfunksender benutzen gewöhnlich über 100 vergrabene Radials. [1] [2]

Eine Sonderform der Groundplane ist die T-Antenne, bei der die kapazitive Wirkung des obersten Drahtstückes (siehe Leitungstheorie) durch eine Dachkapazität aus horizontalen Drähten ersetzt wird. Auf diese Weise lässt sich die Bauhöhe von beispielsweise 500 m auf 150 m verringern. Eine weitere Bauform einer Monopolantenne ist die Alexanderson-Antenne.

Antennengewinn[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Um die vertikale Achse rotationssymmetrische Feldverteilung einer Monopolantenne, die sich im Zentrum befindet

Eine Monopolantenne hat ein um den vertikalen Monopol herum rotationsymmetrisches Strahlungsfeld, der Antennengewinn einer Monopolantenne beträgt damit bei idealer Massefläche 3 dBd, bezogen auf den idealen Dipolstrahler, da bei der Monopolantenne die Abstrahlung auf den oberen Halbraum mit dem Raumwinkel von 2π limitiert ist. Bei ungenügender Massefläche, beispielsweise durch die Krümmungen einer metallischen Fahrzeugkarosserie, beträgt der Antennengewinn weniger als 3 dBd.

Impedanz[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Wellenimpedanz bei Fußpunktspeisung beträgt 36 Ω. Sie beträgt damit nur ca. die Hälfte der Wellenimpedanz eines symmetrisch gespeisten Halbwellendipols mit ca. 73 Ω und ein Achtel eines Faltdipoles (240 Ω).

Monopolantennen können wie die Dipolantenne mechanisch verkürzt werden, indem man nahe dem Fußpunkt eine Induktivität einfügt. Dadurch verschlechtert sich die Abstrahlung, die Wellenimpedanz bleibt bei passender Induktivität gewährleistet.

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Ulrich Freyer: Antennentechnik für Funkpraktiker. 1. Auflage. Franzis-Verlag, Poing 2000, ISBN 3-7723-4693-6.
  • Gerd Klawitter: Antennenratgeber Empfangsantennen für alle Wellenbereiche. 6. Auflage. Verlag für Technik und Handwerk, 2005, ISBN 3-88180-613-X.

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Commons: Monopole antennas – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. http://www.antennasbyn6lf.com/files/radial_system_design_and_efficiency_in_hf_verticals.pdf
  2. http://www.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a244578.pdf