Monopol- und Dipolantennen: Charakteristika und Unterschiede

Zu den gebräuchlichsten Antennenarten zählen die Linearantennen. Sowohl Monopol- als auch Dipolantennen gehören zu dieser Antennenart. Die elektrisch leitenden Strahlerelemente dieser Antennen werden entweder symmetrisch in der Mitte oder asymmetrisch gegen Erde am Fußpunkt gespeist. Wie Monopol- und Dipolantennen funktionieren, welche Eigenschaften sie besitzen und welche Unterschiede zwischen diesen beiden Antennentypen bestehen, verrät Ihnen folgender Artikel. 

Eigenschaften und Funktionsweise einer Dipolantenne 

Der Dipol ist die einfachste Art einer Antenne. Schon mit zwei leitenden Drähten lässt sich eine solche Linearantenne realisieren. Die zwei Drähte sind im Winkel von 180 Grad angeordnet und werden in der Mitte elektrisch symmetrisch gespeist. Die Länge der beiden Drähte beträgt zusammen λ/2 (halbe Wellenlänge). Aus elektrotechnischer Sicht handelt es sich um einen auf einer Seite geöffneten Schwingkreis. Aufgrund der angelegten elektrischen Spannung fließt ein Strom durch die beiden Drähte. Strom und Spannung verursachen abhängig von der Spannungs- und Stromverteilung auf dem Dipol abwechselnd ein magnetisches und elektrische Feld, das als elektromagnetische Welle in den freien Raum abstrahlt. Was seine Abstrahlcharakteristik angeht, ist der Dipol ein Rundstrahler. Er strahlt gleichmäßig im senkrechten Winkel zu den Drähten 360 Grad kreisrund ab (Hier geht es zu einer genaueren Erklärung der Einteilung von Mobilfunkantennen nach Abstrahlcharakteristik). 

Eine Monopolantenne mit einem selbststrahlenden Leiter (I) der Länge λ/4. Dieser wird von der Grundebene reflektiert (gestrichelte Linie).

Eigenschaften und Funktionsweise einer Monopolantenne (auch Groundplane-Antenne) 

Alternative Begriffe für die Monopolantenne sind Groundplane-Antenne oder Viertelwellenstrahler. Die Stabantenne, auch Marconi-Antenne genannt, ist ein typischer Monopol. Eine Monopolantenne besteht im Gegensatz zu einem Dipol nicht aus zwei elektrischen Leitern, sondern nur aus einem. Er steht senkrecht auf einer Grundebene (Groundplane), bei der es sich beispielsweise um eine elektrisch leitende Oberfläche oder um Radiale (mehrere nach unten abstehende Stäbe im Antennenfußpunkt rund um den Monopol) handelt. Die Grundebene liegt auf Masse oder Erdpotential. Sie reflektiert (spiegelt) den in der Regel λ/4 (ein Viertel der Wellenlänge) langen, vertikal stehenden elektrischen Leiter und erzeugt mit der Spiegelung zusammen einen virtuellen, λ/2 langen Dipol. Gespeist wird der Monopol asymmetrisch. Der Leiter wird mit dem elektrischen Antennensignal versorgt, die Groundplane ist mit der Masseebene verbunden. Wie bei der Dipolantenne handelt es sich bei der Monopolantenne um einen Rundstrahler. Er sendet die elektromagnetischen Wellen senkrecht zur Antennenachse in alle Raumrichtungen gleichmäßig im 360 Grad Winkel aus. Die Abstrahlung ist auf den oberen Halbraum beschränkt 

Konstruktions- und Installationsunterschiede zwischen Dipol- und Groundplane-Antennen 

Einer der gravierendsten Installationsunterschiede zwischen Dipol- und Monopolantenne ist, dass Monopolantennen einen Massebezug benötigen und oft direkt an der Groundplane (Gehäuse oder Platine eines Geräts, Karosserie eines Autos) montiert sind. Dipolantennen lassen sich aufgrund der symmetrischen Speisung und des eingebauten Massebezugs abgesetzt von der Groundplane eines Geräts oder Objekts installieren. Je besser die Leitfähigkeit der Groundplane einer Monopolantenne, desto besser ist die Spiegelung des λ/4-langen Leiters und desto idealer sind die Antenneneigenschaften. Da es sich bei einem Monopol um einen mit λ/4-Länge recht kleinen elektrischen Strahler handelt, eignet er sich sehr gut für mobile Geräte. Die Länge des Monopols lässt sich mit induktiven Verkürzungselementen weiter minimieren, was die Antennenverluste etwas erhöht. Solche Verkürzungselemente sind nur für einen schmalbandigen Frequenzbereich wirksam. In Mobilfunkgeräten kommen in der Regel Antennen in Form von direkt auf Leiterplatten planar aufgebrachten Inverted-L-Monopolen zum Einsatz. Dieser Antennentyp wird auch als gedruckte Monopolantenne bezeichnet. 

Im Gegensatz zu einem Dipol lässt sich bei Monopolantennen keine von der Ausrichtung der Groundplane unabhängige Abstrahlung realisieren. Eine Dipolantenne hingegen kann unabhängig von der Grundebenen eines Geräts ausgerichtet werden. Zudem ist die Abstrahlcharakteristik einer Dipolantenne anpassbar, indem beispielsweise Knickdipole (im 90 Grad Winkel angeordnete Strahlerhälften) oder Ringdipole (gebogene Strahlerhälften) verwendet werden. 

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