Bikonische Antenne: Funktionsprinzip, Aufbau und Anwendungen

A bikonische AntenneEs handelt sich um eine Breitbandantenne, die aus zwei leitfähigen Kegeln besteht, die Spitze an Spitze angeordnet und an ihren Spitzen gespeist werden. Ihre sich allmählich ändernde Geometrie ermöglicht eine größere Betriebsfrequenzbandbreite als ein herkömmlicher Dünndrahtdipol und macht sie daher nützlich für Breitbandmessungen, EMV-Prüfungen, Spektrumüberwachung, Kommunikations- und Radaranwendungen.

Was ist eine bikonische Antenne?

Eine bikonische Antenne kann als dreidimensionaler Breitbanddipol betrachtet werden. Die beiden gegenüberliegenden Kegel dienen als Strahlungselemente, während die Speisung im schmalen Spalt zwischen ihren Spitzen angeordnet ist. Kegelwinkel, Kegellänge, Geometrie der Speisung und die umgebende Struktur bestimmen den nutzbaren Frequenzbereich, die Impedanzanpassung und die Strahlungseigenschaften.

Je nach Abmessungen und Installation kann die Antenne lineare Polarisation und ein im Allgemeinen omnidirektionales Azimutmuster liefern. Die Leistung variiert innerhalb des Betriebsfrequenzbandes, daher sollten die spezifizierte Verstärkung, das VSWR und das Strahlungsmuster stets für den vorgesehenen Frequenzbereich überprüft werden.

Wie funktioniert eine bikonische Antenne?

Der Hochfrequenzstrom tritt am Speisepunkt in die Antenne ein und fließt entlang der sich erweiternden Leiterflächen. Durch die allmähliche Erweiterung des Leiters ist der Übergang vom Speisebereich zum freien Raum über einen breiten Frequenzbereich gleichmäßiger. Diese Geometrie trägt dazu bei, eine nutzbare Eingangsimpedanz und eine stabile Abstrahlung über eine größere Bandbreite als bei einem Schmalbanddipol zu gewährleisten.

Die Antenne nutzt keine Mehrwegeausbreitung innerhalb der Kegel. Die Strahlung entsteht durch zeitlich veränderliche Ströme auf den leitfähigen Oberflächen. Bei höheren Frequenzen können die elektrische Größe und die Speisedetails zusätzliche Abweichungen im Strahlungsmuster verursachen. Daher müssen Breitbandantennen über das gesamte Betriebsfrequenzband hinweg bewertet werden.

Wichtigste Designparameter

• Frequenzbereich:Das gesamte Frequenzband, in dem die Impedanz- und Strahlungsanforderungen erfüllt sind.
• VSWR und Impedanz:Diese Werte geben Aufschluss darüber, wie effizient die HF-Leistung zwischen Zuleitung und Antenne übertragen wird.
• Gewinnen:Breitbandige bikonische Antennen bieten üblicherweise einen moderaten Gewinn, der mit der Frequenz variiert.
• Strahlungsmuster:Die Stabilität des Strahlungsmusters und die Azimutabdeckung sollten über das gesamte Frequenzband überprüft werden.
• Polarisation:Die Orientierung bestimmt die Richtung der linearen Polarisation.
• Anschluss und Belastbarkeit:Beide müssen zum Testsystem bzw. zur HF-Quelle passen.
• Mechanische Abmessungen:Die Abmessungen des Kegels beeinflussen die niedrigste nutzbare Frequenz und die Installationsanforderungen.

Gängige Anwendungen

• EMV-Messungen der abgestrahlten Emissionen und der Störfestigkeit
• Breitbandantennen- und HF-Systemprüfung
• Spektrumüberwachung und Signalerfassung
• Experimente zur drahtlosen Kommunikation und zum Radar
• Laborkalibrierung und Feldmesssysteme

Vorteile und Einschränkungen

Bikonische Antennen bieten eine große Bandbreite, einen relativ einfachen Aufbau und eine nützliche Abstrahlcharakteristik. Sie können den Bedarf an Antennenwechseln reduzieren, wenn eine Messung einen breiten Frequenzbereich abdeckt. Zu ihren Einschränkungen zählen ein moderater Gewinn, die Größe bei niedrigen Frequenzen und die Variation des Strahlungsmusters im oberen Frequenzbereich.

Wie man eine bikonische Antenne auswählt

Beginnen Sie mit dem erforderlichen Frequenzbereich und vergleichen Sie anschließend VSWR, Verstärkung, Polarisation, Strahlungsdiagrammstabilität, Steckertyp, Belastbarkeit und mechanische Abmessungen. Auch der Messabstand, die Montageausrichtung und die Umgebungsbedingungen sollten berücksichtigt werden, da nahegelegene Strukturen Breitbandmessungen beeinflussen können.

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