半波ダイポールアンテナ/アンテナとは何ですか？

半波長ダイポールアンテナの半波長ダイポールアンテナは、一般的なダイポールアンテナの最も広く使用されているバージョンです。

半波ダイポールは、ダイポールアンテナまたはアンテナの最も一般的なバージョンです。

名前が示すように、半波長ダイポールは半波長の長さです。 これは、共鳴双極子に使用できる最短の共鳴長です。 また、非常に便利な放射パターンも備えています。

半波ダイポールの基礎
半波ダイポールは、電気的な半波長の長さであるワイヤーまたは金属管である導電性要素から形成されます。 半波ダイポールは通常、インピーダンスが最も低くなる中央に給電されます。 このように、アンテナは、XNUMXつのXNUMX分のXNUMX波長素子が相互に接続されたフィーダで構成されています。

半波ダイポールの長さは、アンテナ導体を伝わる波の電気的な半波長であることを忘れないでください。 これは、アンテナ導体が波長に影響を与えるため、自由空間を伝わる波の同等の長さよりわずかに短いです。

波長に対するダイポールの長さを示す基本的な半波ダイポールアンテナ。

基本的な半波ダイポールアンテナ

電圧および電流レベルは、アンテナの放射セクションの長さに沿って変化します。 これは、放射要素の長さに沿って定在波が設定されるために発生します。

両端が開回路であるため、これらのポイントでの電流はゼロですが、電圧は最大です。

これらの量が測定される点が両端から離れるにつれて、正弦波状に変化することがわかります。電圧は低下しますが、電流は上昇します。 次に、両端から電気的なXNUMX/XNUMX波長に等しい長さで電流が最大になり、電圧が最小になります。 半波双極子なので、この点は中心に発生します。

半波ダイポール給電インピーダンス
アンテナに関する主な考慮事項のXNUMXつは、給電の配置です。給電装置/伝送線路からアンテナ自体に電力を転送する方法です。 インピーダンスマッチング、平衡または不平衡、および他の多くの側面を考慮する必要があります。

多くの面で、半波ダイポールは非常に給電しやすいです。 フィーダは通常、電流の最大値と電圧の最小値がある中心点に接続されます。 この結果、アンテナは給電線に対して低インピーダンスになります。 高インピーダンスフィード構成に関連する高RF電圧は、フィーダーとマッチングユニットに多くの問題を引き起こす可能性があるため、これは給電がはるかに簡単です。

半波ダイポールの電流および電圧波形。

半波ダイポールの電流および電圧波形

電気的な半波長であるダイポールアンテナの場合、誘導性および容量性リアクタンスは、共振周波数で互いに相殺します。 誘導性と容量性のリアクタンスレベルが互いに相殺されるため、負荷は純粋に抵抗性になり、これにより半波ダイポールアンテナへの給電がはるかに容易になります。

ダイポールは平衡型アンテナであるため、平衡給電構成が必要です。 これには通常、ツインまたはバランスのとれたフィーダーを使用する必要があります。 ただし、バラン（平衡変圧器から不平衡変圧器）を使用している場合は、同軸フィーダーを使用できます。

同軸フィーダーは、インピーダンス整合が良好で定在波が存在しない場合に非常に魅力的なオプションを提供します。また、抵抗性負荷のみを確認したい送信機出力に整合させるのもはるかに簡単です。 リアクタンスを含む負荷は、トランスミッタが許容できない電流レベルのより高い電圧につながります。

自由空間での半波ダイポールアンテナのインピーダンスは73Ωのダイポールであり、70Ω同軸フィーダーによく適合します。これが、多くのアプリケーションでこのインピーダンスの同軸が選択された理由のXNUMXつです。

半波ダイポールには、多くの場合50Ωフィーダーが給電されます。 アンテナは、地球やアンテナの取り付けなどの他のオブジェクトの近接性により、インピーダンスが自由空間に存在する73Ω未満に下がることを意味するため、非常によく一致します。

半波双極子長
ダイポールの名前からその長さがわかりますが、実際のダイポールを設計および構築する場合は、より正確な長さが必要です。

半波ダイポールの実際の長さは、RF波形がワイヤー内で運ばれるという事実に関連する多くの影響と、ほとんどの場合真空ではないため、自由空間の半波長よりわずかに短いです。

半波長ダイポールアンテナの長さの計算では、長さに対する導体の厚さまたは直径の比率、放射要素の周囲の媒質の誘電率などの要素が考慮されます。

場合によっては、半波長ダイポールアンテナの長さを短くする必要があります。 これは、負荷インダクタを追加することで実現できます。 これは、放射要素に配置されます。 ダイポールアンテナは、コンデンサーとインダクターで構成される共振回路と見なすことができるため、機能します。 インダクタンスを追加すると、共振周波数が低下します。つまり、所定のアンテナ長は、インダクタが存在しない場合に可能な周波数よりも低い周波数で共振します。 このようにして、アンテナの長さを短くすることが可能です。

この原理は、あらゆる形態のアンテナに使用でき、スペースが主な考慮事項である場合によく使用されます。

半波ダイポール放射パターンと指向性

放射パターンを計算し、指向性を決定することが可能です。

予想されるように、最大​​半波双極子指向性は、メインラジエーターに対して直角の最大放射を示します。

他の角度では、上記の半波ダイポール式の角度θを使用して、電界強度を決定できます。

半波双極極線図と放射パターン。

半波双極極線図

ダイポールアンテナの周囲を見渡す平面、つまりダイポールを最大放射の場で切断する平面で放射パターンを表示することもできます。

アンテナの軸に対して右の角度にある双極極図。

画面に出入りするアンテナの軸を持つ放射パターン

見て分かるように、アンテナの軸が画面の内外にある場合、放射のレベルはアンテナ全体で同じです。 これは、ある方向を別の方向から区別したり、この平面内の異なる方向の放射に影響を与えたりするものがないため、予想されます。

実用的なヒント
半波ダイポールアンテナを開発、設計、およびインストールする場合、最適なパフォーマンスを確保するために従うことができる一般的なヒントがいくつかあります。 これらは、アンテナの設置に使用される通常のものを上回っています。たとえば、高さが最適であることを確認します。

*バランスの取れたフィーダーまたはバランを使用：   
ダイポールアンテナは平衡型アンテナです。 したがって、バランスフィーダーを使用する必要があります。または、同軸フィーダーを使用する必要がある場合は、バランを使用する必要があります。簡単に構築できるいくつかのタイプがあります。

*半波長ダイポールは半波長ではありません：半波長ダイポールアンテナは、自由空間の半波長と同じ長さではありません。 最終効果は、必要な実際の長さがわずかに短いことを意味します。

*現在の最大セクション：   

電流が最大であるアンテナの領域が放射/受信に最も貢献していることを示すことができます。 最も効果的な操作を確実にするために、これらの領域には障害物がなく、放射線に最適な位置が与えられている必要があります。 

これは、長さが非常に長い低周波数で使用されるアンテナに最も当てはまります。 アンテナが非常に短いVHFおよびUHFアンテナの場合、ダイポールの全長は同様の「ビュー」を持つ可能性があります。 HFアンテナの場合、アンテナの中心が端よりも高く保たれることがあるため、信号をよりよく放射する可能性が高くなります。

*アンテナ端の最大電圧：   

最大電圧のポイントはアンテナの端にあります。 送信に使用する場合は、これらに誤って触れないようにしてください。また、適切に絶縁されていることを確認してください。 これは、端がアンカーポイントとして使用されるワイヤーアンテナを使用する場合に重要です。 

これらはまた、電力を吸収してアンテナを離調させるように作用する可能性がある近くの物体から離れている必要があります。

半波ダイポールアンテナは、おそらく最も広く使用されているダイポールフォームです。 シンプルで効果的であり、八木アンテナからパラボラ反射器など、他の多くのアンテナの被駆動素子として組み込むことができます。

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