Was ist eine Rhombenantenne?
Eine rhombische Antenne ist eine Richtantenne aus vier leitfähigen Elementen, die in einer rautenförmigen Struktur angeordnet sind. Sie kann als zwei V-Antennen betrachtet werden, die an ihren Enden verbunden sind, wobei eine Spitze als Speisepunkt dient und die gegenüberliegende Spitze üblicherweise mit einem Abschlusswiderstand verbunden ist.
Im Gegensatz zu einem Resonanzdipol arbeitet eine korrekt abgeschlossene Rhombusantenne primär als Wanderwellenantenne. Der Hochfrequenzstrom fließt vom Speisepunkt entlang der vier Drahtabschnitte zum Abschlusswiderstand. Die von diesen Abschnitten erzeugten elektromagnetischen Felder überlagern sich zu einem gebündelten Strahl entlang der Hauptachse des Rhombus.
Rhombenantennen sind für die Kurzwellenkommunikation über große Entfernungen bekannt geworden, da sie einen breiten Frequenzbereich, eine gute Vorwärtsverstärkung und relativ stabile Richtcharakteristiken bieten. Aufgrund ihrer Größe eignen sie sich jedoch eher für Festinstallationen als für kompakte Kommunikationsplattformen.
Grundstruktur
Eine herkömmliche Rhombusantenne besteht aus vier gleich langen Drähten, die über dem Boden aufgehängt sind. Zusammen bilden diese Drähte einen horizontalen Rhombus mit zwei spitzen und zwei stumpfen Winkeln.
Die Antenne wird an einem Ende gespeist, während das gegenüberliegende Ende mit einem induktionsfreien Abschlusswiderstand verbunden ist. Dieser Widerstand ist so gewählt, dass er die charakteristische Impedanz der Antennenstruktur annähert und die verbleibende Wanderwellenenergie absorbiert.
Zu den wichtigsten Konstruktionsparametern gehören:
- Länge jedes Drahtabschnitts
- Spitzer Winkel oder Scheitelwinkel der Raute
- Installationshöhe über dem Boden
- Einspeisepunktimpedanz
- Abschlusswiderstand
- Leiterdurchmesser
- Zielfrequenzbereich und Ausbreitungsweg
Der optimale Winkel ist kein universeller, fester Wert. Er hängt von der elektrischen Länge jeder Seite sowie der gewünschten Höhen- und Azimutrichtung des Hauptstrahls ab.
Abbildung 1. Grundlegende Konfiguration einer abgeschlossenen horizontalen rhombischen Antenne.
Wie funktioniert eine rhombische Antenne?
Jede Seite der Raute verhält sich wie ein Langdrahtstrahler. Während sich der Strom entlang der Leiter ausbreitet, erzeugt jeder Drahtabschnitt eine gerichtete Strahlungskomponente.
Bei geeigneter Wahl der Antennenabmessungen und -winkel verstärken sich die von den vier Seiten abgestrahlten Felder in Vorwärtsrichtung. In anderen Richtungen heben sich einige Feldkomponenten teilweise auf. Das Ergebnis ist ein relativ schmaler Hauptstrahl entlang der langen Diagonalen der Raute.
Der Abschlusswiderstand spielt eine wichtige Rolle. Durch die Absorption von Energie, die das entfernte Ende erreicht, reduziert er Stromreflexionen und verhindert die Bildung einer starken stehenden Welle auf den Leitern. Dies trägt dazu bei, dass die Antenne über einen relativ breiten Frequenzbereich stabilere Impedanz- und Strahlungseigenschaften aufweist.
Der Kompromiss liegt in der Effizienz. Ein Teil der Sendeleistung wird im Abschlusswiderstand in Wärme umgewandelt, anstatt abgestrahlt zu werden. Die Antennenkonstruktion erfordert daher ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Richtwirkung, Bandbreite, Impedanzstabilität und Strahlungseffizienz.
Frequenzbereich und elektrische Größe
Traditionelle, großformatige Rhombusantennen werden hauptsächlich im Kurzwellenbereich eingesetzt. Bei diesen Frequenzen sind die Antennenseiten oft mehrere Wellenlängen lang, wodurch die Struktur einen signifikanten Richtgewinn erzielt.
Eine rhombische Antenne ist nicht durch einen festen Frequenzbereich definiert. Ihre Abmessungen können theoretisch für verschiedene Frequenzen skaliert werden, jedoch wird die Struktur bei niedrigeren Frequenzen extrem groß und erfordert bei höheren Frequenzen engere mechanische Toleranzen.
Kompakte rautenförmige und rautenförmige Schleifenstrukturen können auch im VHF-, UHF- oder Mikrowellenbereich eingesetzt werden. Allerdings können diese skalierten Designs im Vergleich zu einer herkömmlichen, abgeschlossenen HF-Rhombenantenne andere Speise-, Polarisations- und Strahlungseigenschaften aufweisen.
Abbildung 2. Beispiel einer kompakten rhombischen Antennenstruktur für den Empfang höherer Frequenzen.
Abgeschlossene und unabgeschlossene rhombische Antennen
Eine abgeschlossene rhombische Antenne erzeugt normalerweise ein gerichtetes Strahlungsmuster. Der größte Teil der nutzbaren Strahlung ist vom Speisepunkt zum Abschlussende gerichtet.
Wird der Abschlusswiderstand entfernt, wird Strom vom offenen Ende reflektiert. Die Antenne entwickelt dann eine stärkere Stehwellenkomponente und kann ein bidirektionales Strahlungsmuster erzeugen, wobei die Hauptstrahlung in zwei entgegengesetzte Richtungen erfolgt.
Die nicht abgeschlossene Konfiguration vermeidet Leistungsverluste im Abschlusswiderstand, jedoch variieren ihre Eingangsimpedanz und ihr Strahlungsdiagramm im Allgemeinen deutlich stärker mit der Frequenz. Sie kann außerdem ein schlechteres Vor-/Rückverhältnis und ein weniger vorhersagbares Breitbandverhalten aufweisen.
Strahlungsmuster und Polarisation
Das Strahlungsmuster einer abgeschlossenen Rhombusantenne zeichnet sich durch eine Hauptkeule und mehrere Nebenkeulen aus. Die genaue Strahlrichtung und Strahlbreite hängen von der Seitenlänge, dem Winkel des Rhombus, der Installationshöhe, der Betriebsfrequenz und den Bodenverhältnissen ab.
Eine Verlängerung der elektrischen Länge kann die Richtwirkung verbessern, aber auch zusätzliche Nebenkeulen erzeugen. Diese unerwünschten Nebenkeulen können Energie in unerwünschte Richtungen abstrahlen und den praktischen Nutzen des Hauptstrahls verringern.
Eine horizontal installierte Rhombusantenne ist primär horizontal in Hauptstrahlungsrichtung polarisiert. Das vollständige dreidimensionale Strahlungsdiagramm kann jedoch auch vertikale Polarisationskomponenten aufweisen, insbesondere in den Nebenkeulen und in Richtungen abseits der Hauptachse.
Abbildung 3. Beispielhaftes unidirektionales Strahlungsdiagramm einer abgeschlossenen rhombischen Antenne.
Speise- und Impedanzanpassung
Die rhombische Antenne ist üblicherweise eine symmetrische Konstruktion mit relativ hoher Eingangsimpedanz. Sie wird häufig über eine symmetrische Übertragungsleitung oder über einen geeigneten Impedanzwandler und Balun gespeist.
Bei Verwendung von Koaxialkabeln muss der Übergang zwischen der unsymmetrischen Zuleitung und der symmetrischen Antenne sorgfältig ausgelegt werden. Eine unzureichende Anpassung kann die reflektierte Leistung erhöhen, Gleichtaktströme verursachen und das gewünschte Strahlungsmuster verzerren.
Ingenieure sollten Folgendes bewerten:
- Eingangsimpedanz
- Rückflussdämpfung und VSWR
- Abschlusswiderstand
- Forward-Gewinn
- Vorder-/Rückseitenverhältnis
- Strahlrichtung
- Nebenkeulenpegel
- Polarisation
- Belastbarkeit
Bei Hochleistungs-Sendesystemen muss der Abschlusswiderstand in der Lage sein, erhebliche HF-Leistung sicher abzuführen.
Vorteile
Zu den Hauptvorteilen einer rhombischen Antenne gehören:
- Relativ große Betriebsbandbreite
- Nützlicher Richtungsgewinn
- Stabile Impedanz bei ordnungsgemäßem Abschluss
- Einfache Drahtkonstruktion
- Geeignet für HF-Verbindungen über große Entfernungen.
- Mit geeigneten Komponenten ist es für hohe Sendeleistungen geeignet.
- Mehrere rhombische Antennen können für eine größere Reichweite oder zum Umschalten zwischen verschiedenen Richtungen angeordnet werden.
Einschränkungen
Zu den wichtigsten Einschränkungen gehören:
- Benötigt eine große Installationsfläche
- Benötigt mehrere hohe Stützkonstruktionen
- Ein Teil der HF-Leistung geht im Abschlusswiderstand verloren.
- Kann signifikante Nebenkeulen erzeugen
- Die Leistungsfähigkeit wird durch die Höhe und die Bodenverhältnisse beeinflusst.
- Die Instandhaltung von Maschinen kann anspruchsvoll sein.
- Nicht geeignet für die meisten Kompakt- oder Mobilplattformen
Typische Anwendungen
Rhombische Antennen wurden historisch für Folgendes verwendet:
- HF-Fernkommunikation
- Feste Punkt-zu-Punkt-Funkverbindungen
- Kurzwellenempfangsstationen
- Ionosphärische und Raumwellenkommunikation
- Internationale Kommunikationsnetzwerke
- Funküberwachung und Signalaufklärung
- Forschung zu Langdraht- und Wanderwellenantennen
Obwohl moderne Kommunikationssysteme häufig logarithmisch-periodische Antennen, Breitbandantennen, Reflektorantennen und elektronisch gesteuerte Antennensysteme verwenden, bleibt die rhombische Antenne ein wichtiges Beispiel in der Antennentheorie.
Es zeigt deutlich, wie Leiterlänge, Wanderwellenstrom, geometrischer Winkel und Feldüberlagerung genutzt werden können, um die Richtwirkung und Bandbreite der Antenne zu steuern.
RF MISO bietet Antennen- und Mikrowellenkomponentenlösungen für HF-Tests, Kommunikation, Radar, Antennenmessung und Systemintegration. Das Verständnis klassischer Antennenstrukturen wie der Rhombusantenne hilft Ingenieuren bei der Bewertung wichtiger Parameter wie Frequenzbereich, Verstärkung, Polarisation, Strahlbreite, Stehwellenverhältnis (VSWR), Nebenkeulenpegel und Strahlungseffizienz.
Um mehr über Antennen zu erfahren, besuchen Sie bitte:
Veröffentlichungsdatum: 24. Juli 2026
