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Startseite/Elektrizität und Magnetismus/Richtcharakteristik eines Dipols

Richtcharakteristik eines Dipols

Zeitlich gemittelte Leistung ∝ sin² θ in der Ebene der Dipolachse (Fernfeld-Schema).

Ansicht

1

Für einen schwingenden elektrischen Dipol gilt im Fernfeld die Leistung ∝ sin² θ zur Dipolachse (hier in der Zeichenebene). Derselbe Winkelfaktor wie in den klassischen Antennendiagrammen vor den Gruppenantennen.

Gemessene Größen

P(längs der Achse)/P(max)0
P(45° zur Achse)/P(max)0.500

Zum Modell

Die Richtcharakteristik eines Dipols: der Hertzsche Dipol — ein kurzer Dipol mit harmonischem Strom — strahlt nicht gleichmäßig in alle Winkel. Im Fernfeld gilt für die zeitlich gemittelte Leistung pro Raumwinkel d⟨P⟩/dΩ ∝ sin² θ, wobei θ der Winkel zur Dipolachse ist: Nullstellen längs der Achse, Maximum in der Äquatorebene. Das Bild ist ein Torus, statisch, über die Periode gemittelt. Nahfeld und retardierte Potenziale werden nicht dargestellt: nur der Winkelfaktor des Fernfelds im Freiraum. Eine beschleunigte Ladung (schwingender Strom) ist die Quelle der Strahlung; der Halbwellendipol hat eine ähnliche, etwas schmalere Charakteristik.

Für wen: Elektrodynamik und Antennen im Studium: Hertzscher Dipol, Richtcharakteristik, Fernfeld.

Wichtige Begriffe

  • Hertzscher Dipol
  • Richtcharakteristik
  • Poynting-Vektor
  • Fernfeld
  • Faktor sin² θ
  • Dipolantenne

So funktioniert es

Für den Hertzschen Dipol gilt im Fernfeld die Leistung ∝ sin² θ zur Dipolachse: Nullstellen längs der Achse, Maximum seitlich. Auf dem Bildschirm ein Schnitt durch den Torus — weder retardierte Potenziale noch das Nahfeld. Derselbe Winkelfaktor ist der Ausgangspunkt für den Halbwellendipol.

Häufige Fragen

Warum gibt es längs der Dipolachse (θ = 0° und 180°) keine Strahlung?
Die Transversalkomponente des Feldes einer beschleunigten Ladung ist beim Blick längs der Achse null. Die elektromagnetische Welle ist transversal, daher fließt in dieser Richtung keine Energie. In den Feldformeln steht der Faktor sin θ.
Hat ein elektrostatischer Dipol dieselbe Charakteristik?
Nein. Ein statischer Dipol strahlt nicht: das Feld ist zeitlich konstant. Eine ähnliche Acht hat der akustische Dipol — das sind bereits longitudinale Druckwellen, eine andere Physik; für die Leistung gilt dort ein eigener Winkelfaktor.
Was ist das Fernfeld?
Der Bereich in vielen Wellenlängen Abstand von der Antenne, wo die Felder transversal sind und wie 1/r abfallen. Die Winkelcharakteristik ist nur dort stabil. Das nahe reaktive Feld wird hier nicht gezeichnet.
Wie richtet man den Dipol für den UKW-Empfang aus?
Das Maximum liegt senkrecht zur Drahtachse, die Nullstellen längs der Achse. Der Draht „mit dem Ende zum Sender“ gibt ein schwaches Signal; die breite Seite der Acht soll zum Sender zeigen.