Dipool Antennes
 
De eenvoudigste, maar meest gebruikte antenne in radio en telecommunicatie is de dipoolantenne. Deze bestaat uit twee geleidende elementen
of staven die elektromagnetische golven uitzenden en ontvangen. De twee geleidende delen hebben doorgaans een gelijke lengte. Door het eenvoudige ontwerp is het een essentieel onderdeel van draadloze communicatiesystemen, waardoor signalen efficiënt over een breed frequentiebereik kunnen worden verzonden en ontvangen.
 
Er ontstaat een elektrisch veld rond de antenne wanneer een wisselstroom (AC) op de voedingslijn wordt aangelegd. Het elektrische veld verandert van richting in samenhang met de wisselstroom, waardoor elektromagnetische golven ontstaan ​​die vanuit de antenne worden uitgestraald.
 
De lengte van de dipoolantenne is belangrijk voor de werking ervan. Deze moet een bepaald percentage van de golflengte van het radiosignaal zijn dat de antenne moet verzenden of ontvangen. De term "halvegolfdipoolantenne" verwijst naar het feit dat deze lengte meestal de helft van de golflengte is. De antenne zet elektrische energie effectief om in radiogolven wanneer de lengte en golflengte op elkaar zijn afgestemd.
 

Afbeelding-1
 

Afbeelding-2
 

Afbeelding-3
 
1: Dipoolantenne ontvangen van een radiogolf
2: Open halve golflengte dipool met symmetrische voeding. Boven amplitude van de stroom I in de antenne als functie van de plaats.
3: Stralingsdiagram van een halve golflengte dipool
 
Dipoolantennes zenden en ontvangen signalen even goed in twee tegenovergestelde richtingen loodrecht op de antenne, wat bekend staat als
een bidirectioneel stralingspatroon. Dit komt doordat het elektrische veld van de wisselstroom het zwakst is aan de uiteinden van de antenne en
het sterkst in het midden. Bijgevolg is het grootste deel van de door de antenne uitgezonden energie loodrecht op de lengte ervan gericht.
 
Er ontstaat een wisselstroom in de geleiders van een dipoolantenne wanneer radiogolven erop inwerken. Een ontvanger of andere elektronische apparatuur kan door deze stroom worden gevoed nadat deze naar de voedingslijn is gestuurd. Door de radiogolven weer om te zetten in
elektrische energie, fungeert de dipoolantenne als ontvangstantenne
 
Bij het zenden zet een dipoolantenne dus elektrische energie om in radiogolven, en bij het ontvangen zet hij radiogolven weer om in elektrische energie. Voor een effectieve signaaloverdracht en -ontvangst zijn de lengte en het ontwerp van de antenne belangrijk.
 
Belangrijkste kenmerken van een dipoolantenne
 
Eenvoudig ontwerp
De structuur van een dipoolantenne, die bestaat uit twee geleidende delen van gelijke lengte die met elkaar verbonden zijn via een voedingslijn,
maakt hem eenvoudig. Dit eenvoudige ontwerp vergemakkelijkt de installatie en de productie. Dipoolantennes kunnen werken in de HF- (hoge frequentie), VHF- (zeer hoge frequentie) en UHF- (ultrahoge frequentie) banden van het radiofrequentiespectrum.
 
2. Resonantie bij halve golflengte
De elementen van een dipoolantenne hebben doorgaans een golflengte die de helft is van de werkfrequentie. Maximale stralingsefficiëntie wordt mogelijk gemaakt door deze resonantie. Omdat de lengte van de dipool een halve golflengte is en tevens de eerste resonantielengte, heeft de
straal geen invloed op de ingangsimpedantie. Bij de resonantiefrequentie, die samenvalt met de resonantielengte, werkt een antenne efficiënt.
 
3. Omnidirectioneel stralingspatroon
Deze omnidirectionele straling is perfect voor het verbinden van apparaten op hetzelfde vlak en aan weerszijden van elkaar vanwege het donutvormige emissiepatroon. Deze antennes worden echter vaak verkeerd gebruikt in mobiele en gebouwgebonden toepassingen.
Omnidirectionele dipoolantennes in mobiele toepassingen missen het juiste stralingspatroon dat nodig is om verbinding te maken met een
zendmast op een aanzienlijk grotere hoogte. Omnidirectionele dipoolantennes zijn in bepaalde toepassingen met name ongeschikt voor
punt-naar-meerpuntverbindingen, waarbij een gebruiker zich in een dode zone kan bevinden terwijl hij zich direct onder een zendantenne bevindt.
 
4. Lineaire polarisatie
De polarisatie van een dipoolantenne is van nature lineair. De richting van de polarisatie hangt af van de manier waarop de antenne is gemonteerd. Energie wordt uitgezonden in een richting loodrecht op de staaf van de dipool wanneer een dipoolantenne breeduit straalt.
 
5. Versterking
Antenneversterking is een specifieke parameter die wordt gebruikt om de mate van directionaliteit van het stralingspatroon van de antenne te
meten. Een antenne met een hoge versterking zal in een bepaalde richting uitzenden. Antenneversterking is een passief fenomeen waarbij
elektriciteit eenvoudigweg opnieuw wordt verdeeld om meer uitgestraald vermogen in een bepaalde richting te leveren, in plaats van dat er via
de antenne energie wordt toegevoegd. De versterking van de antenne kan worden uitgedrukt in dBi en dBd.
 
Ten opzichte van een referentiedipoolantenne kan de versterking van een dipoolantenne worden berekend in dBd. De referentieversterking van
een dipoolantenne is 2,15 dBi. Met de formule dBi = dBd + 2,15 is het vrij eenvoudig om tussen dBi en dBd te converteren door 2,15 toe te
voegen of af te trekken.
 
Soorten dipoolantennes
 
1. Halve golf dipoolantenne
Een halve golf dipoolantenne is een specifiek type dipoolantenne waarbij de lengte van de dipool de helft van de golflengte is bij de
werkfrequentie. Deze antenne wordt ook wel een Hertz-antenne genoemd. In vergelijking met andere antennes heeft deze een eenvoudigere resonantiestructuur, waardoor hij geschikt is voor zowel zenden als ontvangen in diverse toepassingen. Deze antenne werkt in het
frequentiebereik van 3 kHz tot 300 GHz.
Halve golf dipoolantenne  bieden de volgende voordelen: ze zijn lichtgewicht, kosteneffectief en hebben een ingangsimpedantie die vergelijkbaar
is met die van een transmissielijn. Nadelen van een halfgolfantenne zijn het omnidirectionele stralingspatroon en de onafhankelijkheid, waardoor
deze kan dienen als basiscomponent voor andere soorten antennes die op zeer hoge frequenties werken. Tv- en radio-ontvangers zijn de belangrijkste apparaten die deze antennes gebruiken
1. Halve golf dipoolantenne
 
Gevouwen dipool antenne
 
2. Gevouwen dipoolantenne 
Een gevouwen dipoolantenne is een groep van twee dipoolantennes die eenvoudigweg één voor één met elkaar verbonden zijn tot een dunne draadlus. Zoals de naam al aangeeft, is de dipoolantenne teruggevouwen en bestaat deze uit twee halvegolfdipolen, waarvan er één in het midden
is gesplitst en de andere doorlopend is. Aan beide uiteinden zijn deze gevouwen en parallel met elkaar verbonden. 
 
Het stralingspatroon van een gevouwen dipoolantenne is vergelijkbaar met dat van een gewone dipool, met uitzondering van een hogere ingangsimpedantie en bidirectionele directiviteit. De brede bandbreedte en hoge voedingsimpedantie zijn de belangrijkste kenmerken van
deze antenne. Daardoor worden deze antennes zelfstandig gebruikt, als onderdeel van andere antennes, en voor het leveren van een hoge bandbreedte. Er bestaan ​​twee- en driedraadsvarianten van deze antennes. 
 
3. Korte dipoolantenne 
Het meest eenvoudige type antenne is de korte dipool. Deze bestaat uit slechts een draad die in het midden wordt gevoed en een open circuit
heeft. In de antennetechniek betekenen de termen "klein" of "kort" altijd "relatief ten opzichte van een golflengte". Daarom is alleen de draaddikte
ten opzichte van de golflengte van de werkfrequentie van belang, niet de exacte afmetingen van de dipoolantenne. Als de lengte van een dipool minder dan een tiende van een golflengte is, wordt deze over het algemeen als kort beschouwd. 
 
4. Log-periodieke dipoolantenne 
Een gerichte, meerdelige antenne met een breed frequentiebereik wordt een log-periodieke antenne genoemd. Deze antenne is perfect voor toepassingen die betrouwbare, frequentie-flexibele communicatieoplossingen vereisen, dankzij de kenmerkende geometrische structuur die
zorgt voor consistente prestaties en versterking over de gehele bandbreedte. 
 
Korte dipoolantenne 
 
Log-periodieke dipoolantenne
 
Gekruisde dipool antenne
 
5. Gekruiste dipoolantenne
Een kruiste dipoolantenne, ook wel bekend als een draaipoortantenne, is een type radioantenne dat bestaat uit twee identieke dipoolantennes die
in fasekwadratuur worden gevoed en loodrecht op elkaar staan. De twee stromen die op de dipolen worden toegevoerd, zijn 90 graden uit fase.
De naam weerspiegelt de gelijkenis met een draaipoort wanneer de antenne horizontaal is geplaatst. 
 
De antenne heeft twee werkingsmodi. In de normale modus zendt de antenne radiogolven uit die horizontaal gepolariseerd zijn en loodrecht op
de as staan. In de axiale modus zendt de antenne circulair gepolariseerde straling uit langs de as. Deze antennes zijn uitermate geschikt voor
MIMO- en satelliettoepassingen. 
 
Stralingspatroon van dipoolantennes 
 
Het stralingspatroon van een dipoolantenne is toroïdaal en lijkt op een donut. De straling is maximaal loodrecht op de antenne-as en minimaal in
de lengterichting. Dit patroon is effectief voor horizontale communicatie, waardoor dipoolantennes zeer veelzijdig zijn. De twee belangrijkste geavanceerde dipoolconfiguraties zijn:
 
Stralingspatroon van dipoolantennes
 
1. Arrayantennes met dipolen 
Arrays van dipoolantennes kunnen worden gebruikt om het bereik,
de versterking en de richtingsgevoeligheid te vergroten. Grootschalige communicatiesystemen en radar zijn twee voorbeelden van toepassingen
die deze arrays gebruiken. Verschillende typen arrayantennes worden
gebruikt bij de constructie van meerdere dipolen, vaak halvegolfdipolen.
Het gebruik van meerdere dipolen is bedoeld om de richtingsgevoeligheid
van de antenne te verhogen ten opzichte van een enkele dipool.
De straling van de individuele dipolen interfereert met een verhoogd
vermogen dat in specifieke richtingen wordt uitgezonden. De voedingslijn
wordt via een elektrisch netwerk verdeeld om de elementen in arrays met
meerdere dipool-aangedreven elementen van stroom te voorzien.
De relatieve fasevertragingen die ontstaan ​​door transmissie tussen het gemeenschappelijke punt en elk element worden zorgvuldig overwogen. 
 
Om de antenneversterking in horizontale richtingen te verbeteren, kunnen antennes verticaal worden gestapeld in een broadside-array, waarbij de antennes in fase met elkaar worden gevoed. Dit behoudt de richtingsgevoeligheid van de horizontale dipoolantennes en zorgt voor een nulpunt in de richting van hun elementen.  
 
Die nulrichting wordt echter verticaal in een zogenaamde collineaire antenne-array als elke dipool verticaal is georiënteerd. Hierdoor kan de array
het doorgaans vereiste omnidirectionele stralingspatroon (in het horizontale vlak) verkrijgen. In de VHF- en UHF-frequentiebanden, waar de golflengtes van de elementen te klein zijn om er meerdere op een mast te stapelen, worden verticale collineaire arrays gebruikt.
 
2. Dubbelgepolariseerde dipoolantennes (Multiple input, Multiple output MIMO)
Dubbelgepolariseerde dipolen kunnen meerdere signalen tegelijk verwerken door gebruik te maken van twee antennes met orthogonale polarisatie. Moderne draadloze netwerken profiteren enorm van dit ontwerp, dat essentieel is voor MIMO-systemen en de datadoorvoer en betrouwbaarheid verhoogt. Een antenne die tegelijkertijd radiofrequentiesignalen met twee verschillende polarisaties kan ontvangen en verzenden, meestal
horizontale of verticale polarisatie, staat bekend als een dubbelgepolariseerde MIMO-antenne.
 
In de voortplantingsrichting zenden lineair gepolariseerde antennes RF-signalen uit in één vlak. Naast de vereiste uitlijning tussen zender en
ontvanger, kunnen lineair gepolariseerde antennes zowel verticaal als horizontaal georiënteerd zijn. Antennes met circulaire polarisatie zenden radiofrequentie uit in een cilindrisch patroon.
 
Dubbelgepolariseerde antennes zenden tegelijkertijd zowel horizontale als verticale radiofrequentiepatronen uit. Het belangrijkste voordeel van dubbelgepolariseerde antennes ten opzichte van antennes met horizontale en verticale polarisatie is de toepassing ervan in omgevingen met een hoge dichtheid. Gebieden met een hoge bevolkingsdichtheid ervaren extreme radiofrequentiecongestie, wat resulteert in hoge niveaus van interferentie en ruis. In tegenstelling tot traditionele lineair gepolariseerde antennes, die slechts in één lineair patroon stralen, overwinnen dual-polariteitsantennes deze congestie door zowel horizontaal als verticaal te stralen.
 
Er zijn drie technieken om RF-antennes te polariseren: de meest voorkomende is verticale polarisatie, gevolgd door horizontale polarisatie en de minst populaire is circulaire polarisatie. De oriëntatie van de RF-golfvorm wordt bepaald door het vlak van het elektrische veld.
 
Waarvoor wordt een dipoolantenne gebruikt? 
 
Dipoolantennes zijn belangrijk in communicatiesystemen vanwege hun aanpasbaarheid. Hier zijn enkele veelgebruikte toepassingen: 
 
1. Radio-uitzendingen 
Radiocommunicatieapparaten zoals walkie-talkies en portofoons maken vaak gebruik van dipoolantennes. Ze worden gebruikt voor het verzenden
en ontvangen van signalen over korte afstanden. 
 
2. Televisie-uitzendingen 
Ze zorgen voor een effectieve signaaloverdracht en -ontvangst en worden vaak gebruikt in VHF- en UHF-televisieantennes. Televisiesignalen
worden via dipoolantennes van zendstations naar woningen verzonden. Ze kunnen ook worden gebruikt voor het ontvangen van televisiesignalen
in huizen zonder internettoegang of satelliettelevisie. 
 
3. Draadloze communicatie 
Dipoolantennes bieden een betrouwbare verbinding en zijn essentieel voor Bluetooth-apparaten, Wi-Fi-systemen en andere draadloze netwerkoplossingen. Wi-Fi-routers en access points zijn voorbeelden van draadloze netwerkapparaten die dipoolantennes gebruiken.
Draadloze internettoegang wordt mogelijk gemaakt door hun hulp bij het verzenden en ontvangen van signalen tussen apparaten. 
 
4. Mobiele netwerken 
Basisstations gebruiken dipoolantennes voor mobiele communicatie, waardoor betrouwbare connectiviteit en snelle gegevensoverdracht mogelijk zijn. Mobiele telefoons verzenden en ontvangen signalen via dipoolantennes. Deze antennes ondersteunen betrouwbare communicatie tussen zendmasten en mobiele apparaten.
 
5. Amateurradio 
Dipoolantennes worden gebruikt voor VHF- en UHF-communicatie vanwege hun gebruiksgemak en efficiëntie. Amateurradio-operators maken veelvuldig gebruik van dipoolantennes. In de amateurradio worden ze gebruikt voor zowel signaalverzending als -ontvangst.
 
6. Luchtvaartcommunicatie 
Vliegtuigen gebruiken dipoolantennes voor VHF-communicatiesystemen, wat zorgt voor efficiëntie en veiligheid in de luchtvaart. Radarsystemen
die objecten zoals schepen, vliegtuigen en weerpatronen detecteren en volgen, maken gebruik van dipoolantennes. Door de verzending en
ontvangst van radarsignalen te ondersteunen, maken ze het mogelijk om de afstand, snelheid en richting van een object te meten.
 
Voordelen van dipoolantennes 
 
1. Eenvoud 
Het ontwerp van dipoolantennes is eenvoudig: twee geleidende elementen van gelijke lengte zijn gekoppeld aan een voedingslijn. Door hun
eenvoud kunnen ze worden gebouwd met eenvoudige technische kennis en gereedschap. Bovendien zijn ze, omdat het oplossen van problemen
en reparaties slechts kleine aanpassingen of vervangingen vereist, gemakkelijk te onderhouden. 
 
2. Kosteneffectiviteit 
Dipoolantennes worden gemaakt van gangbare en betaalbare materialen zoals koper en aluminium. Dit, samen met het eenvoudige ontwerp dat
de noodzaak voor complexe componenten elimineert, garandeert dat dipoolantennes tot de goedkoopste antenne-opties behoren. Ze zijn perfect voor grootschalige installaties zoals consumentenelektronica voor de massamarkt of radio-uitzendingen vanwege hun betaalbaarheid. 
 
3. Veelzijdigheid 
Dipoolantennes kunnen eenvoudig worden aangepast voor verschillende frequentiebereiken door de lengte van de geleidende elementen te veranderen. Dankzij hun aanpasbaarheid kunnen ze voor diverse doeleinden worden gebruikt, waaronder mobiele netwerken, wifi op hoge
frequentie en AM-radio-uitzendingen op lage frequentie. Hun toepasbaarheid in zowel traditionele als moderne communicatiesystemen wordt gewaarborgd door hun vermogen om effectief te werken over een breed frequentiebereik. 
 
4. Betrouwbare prestaties 
Dipoolantennes worden al vele jaren effectief gebruikt in draadloze netwerken, radio- en televisie-uitzendingen en luchtvaartcommunicatie.
Hun effectiviteit bij het verzenden en ontvangen van berichten, evenals hun regelmatige stralingspatronen, zijn de belangrijkste redenen voor
hun betrouwbaarheid. Ze worden beschouwd als een betrouwbare optie in zowel kritieke als niet-kritieke systemen. 
 
5. Omnidirectionele straling 
Dipoolantennes stralen energie uniform uit in het horizontale vlak, wat betekent dat ze een consistente signaalsterkte leveren in alle richtingen loodrecht op de antenne-as. Ze zijn perfect voor toepassingen zoals Wi-Fi en broadcasting, waar dekking in meerdere richtingen belangrijk is, vanwege hun omnidirectionele stralingspatroon. Hun vermogen om een ​​consistente horizontale dekking te bieden verbetert de verbinding en garandeert een betrouwbare werking in diverse omgevingen. 
 
Beperkingen van dipoolantennes 
 
1. Antennegrootte 
De golflengte van het signaal waarvoor een dipoolantenne bedoeld is, hangt rechtstreeks samen met de lengte ervan. De totale lengte van een halvegolfdipoolantenne is de helft van de golflengte van het signaal. Langere dipoolelementen zijn nodig voor transmissies met lagere frequenties, omdat de golflengte toeneemt naarmate de frequentie daalt. Een halvegolfdipool die bijvoorbeeld wordt gebruikt in FM-radio en is ontworpen voor een frequentie van 100 MHz, is ongeveer 1,5 meter lang. Voor toepassingen zoals AM-radio-uitzendingen, die op extreem lage frequenties moeten werken, kan deze afmeting onhaalbaar worden. 
 
2. Richtingsbeperkingen 
Dipoolantennes stralen energie gelijkmatig over de antenne uit en hebben meestal een omnidirectioneel stralingspatroon in het horizontale vlak. Wanneer een gefocusseerde of gerichte bundel nodig is, zoals in punt-naar-punt communicatiesystemen, vormt dit een beperking, hoewel het wel voordelen biedt voor toepassingen die een breed bereik vereisen. Andere onderdelen, zoals reflectoren of directoren (gebruikt in Yagi-Uda-antennes) of het combineren van dipolen tot arrays, zijn nodig om gerichte straling te bereiken, wat het ontwerp complexer maakt. 
 
3. Impedantieaanpassing 
De impedantie van de antenne moet overeenkomen met die van de transmissielijn en alle aangesloten apparaten voor optimale resultaten; in de meeste communicatiesystemen is dit 50 of 75 ohm. In vrije ruimte is de ingangsimpedantie van een standaard dipoolantenne ongeveer 73 ohm. Hoewel deze waarden vrij dicht bij de standaardwaarden liggen, kunnen verschillen als gevolg van de omgeving of installatieconfiguraties leiden tot impedantie-mismatches, wat vermogensverlies en signaalreflectie tot gevolg kan hebben. De implementatie wordt complexer wanneer geschikte aanpassingen, zoals het gebruik van baluns of aanpassingscircuits, nodig zijn om een ​​effectieve vermogensoverdracht te garanderen. 
 
Dipoolantennes versus monopoolantennes (verticale rondstralers)
 
Er zijn verschillende manieren waarop een dipoolantenne verschilt van een monopoolantenne. Laten we deze twee belangrijkste verschillen eens nader bekijken. 
 
1. Een dipoolantenne heeft straling aan de onderkant en velden aan beide zijden. Een monopoolantenne daarentegen heeft geen straling onder
    het grondvlak en slechts één veld in de bovenste helft van het oppervlak. 
2. Om een ​​synthetisch grondvlak te creëren, hebben dipoolantennes doorgaans een extra straler nodig. Een monopoolantenne daarentegen heeft
    een echt grondvlak nodig 
3. De stralers van een dipoolantenne zijn 180 graden uit fase. Bij een monopoolantenne vormen de buitenste geleider van een coaxkabel en
    het referentievlak van de transmissielijnverbinding samen het grondvlak. 
4. Het stralingspatroon van een dipoolantenne is verticaal symmetrisch, terwijl dat van een monopoolantenne dat niet is. Hoewel het
    stralingspatroon van een monopoolantenne afhankelijk is van de oriëntatie van het grondvlak, is de dipoolantenne een veelgebruikt antennetype. 
5. Een monopoolantenne is slechts in een beperkt aantal soorten en varianten verkrijgbaar, terwijl een dipoolantenne een veelvoorkomende
    antenne is met veel verschillende varianten. 
 
Dipoolantennes met moderne technologie
 
Dipoolantennes zijn cruciaal geworden voor 5G-netwerken en Internet of Things-apparaten, omdat ze betrouwbare service en snelle
connectiviteit bieden in een compact ontwerp. Ze voldoen aan de vele eisen en hoge datavereisten van moderne technologieën.
Dipoolantennes worden veelvuldig gebruikt in diverse draadloze communicatietoepassingen. Dipoolantennes kunnen communicatie met
meerdere frequenties ondersteunen, zoals 5G, LTE, Wi-Fi, enz., omdat ze vaak een grote bandbreedte hebben. 
 
In satellietcommunicatie worden gekruiste dipoolantennes gebruikt voor circulaire polarisatie, wat betrouwbare signaaloverdracht in de ruimte mogelijk maakt. Eenvoudige draadantennes, dipolen genaamd, worden vaak gebruikt in communicatie- en satellietuitzendsystemen. 
 
Conclusie 
 
De eenvoud, betaalbaarheid en prestaties van een dipoolantenne maken het een uitstekende keuze. Het is eenvoudig te bouwen en vereist
geen complexe afstemmings- of aanpassingscircuits. Het functioneert goed over een breed frequentiebereik en heeft een grote bandbreedte.
Een dipoolantenne biedt bovendien een gebalanceerde voeding, wat interferentie en common-mode ruis vermindert. Al met al is een
dipoolantenne een ideale keuze voor diverse toepassingen. 
 
Bronnen: Tesswave, Wikipedia.nl