Der Halbwellendipol in der Praxis

Warum die Faustformel ein Startwert ist

Du willst einen Dipol für 20 m bauen. Dafür brauchst du eine Drahtlänge zum Zuschneiden und musst wissen, wie weit der fertige Dipol um seine Resonanz herum nutzbar ist. Rechnest du nur mit der halben Wellenlänge, wird der Draht zu lang. Länge und nutzbarer Bereich hängen auch davon ab, woraus und wie du den Dipol baust.

Eine halbe Wellenlänge im freien Raum ist $150/f$ Meter lang, mit $f$ in MHz. Ein abgeglichener Drahtdipol ist kürzer. Die RSGB nennt dafür die Ausbreitungsgeschwindigkeit im Draht, das Verhältnis von Länge zu Durchmesser und die Kapazität an den Drahtenden, ihre Faustformel lautet $L \approx 143/f$^[1]. Sie ist eine Näherung, die mehr enthält als die Drahtdicke allein: In einer 12db-Rechnung im freien Raum macht ein Draht von 1 bis 2 mm den Dipol je nach Band rund 2 bis 3 Prozent kürzer, die Faustformel liegt rund 5 Prozent unter $150/f$.

Dass der Nulldurchgang des Blindanteils die Resonanz zeigt, erklärt Modul 1, Lektion 3. Liegt die Resonanz zu hoch, verlängerst du den Draht, liegt sie zu tief, kürzt du ihn. Hier geht es darum, woher die Abweichung kommt.

Drahtdicke: Je dicker der Leiter, desto kürzer wird der resonante Dipol. In derselben Rechnung für 14,2 MHz sind es bei 0,5 mm Draht rund 97,5 Prozent der halben Wellenlänge, bei einem Rohr von 50 mm rund 95 Prozent.

Isolierung: Bei isoliertem Draht verläuft ein Teil des Felds durch den Kunststoff. Entlang des Drahts breitet sich die Welle dadurch etwas langsamer aus. Bei den üblichen Isolierstoffen braucht ein isolierter Draht deshalb weniger Länge als ein vergleichbarer blanker, ungefähr das 0,95- bis 0,99-Fache^[3]. Beim Drahtkauf ist dieser Faktor meist nicht angegeben, du gleichst am fertigen Aufbau ab. Bei üblichen, verlustarmen Isolierungen sind die zusätzlichen Verluste auf Kurzwelle gering: Nach dem Abgleich strahlt ein Dipol aus isoliertem Draht nahezu so gut wie einer aus blankem^[3]. Verluste verändern vor allem den Wirkanteil am Speisepunkt (Modul 1, Lektion 3), die Lage der Resonanz verschieben sie bei Kupferdraht kaum.

Aufbau: Die Drahtstücke vom Koax bis zum Spalt in der Mitte gehören zum Strahler. Besonders bei geringer Aufbauhöhe verändert der Boden die Impedanz am Speisepunkt und kann auch die resonante Länge verschieben^[2]. Wie stark, hängt von Höhe, Boden und Umgebung ab, Gegenstände in der Nähe wirken mit (Modul 1, Lektion 4).

Wie breit der nutzbare Bereich ist

Neben der Resonanz steigt das SWR. Als nutzbar gilt oft der Bereich bis SWR 2. In der folgenden Grafik ist er auf 50 Ω bezogen.

Wie breit er ist, hängt an der Güte. Sie vergleicht die Energie, die im Nahfeld pendelt, mit der Energie, die die Antenne in jeder Periode abgibt. Je mehr im Verhältnis pendelt, desto schärfer die Resonanz und desto schmaler der Bereich. Gespeichert wird im elektrischen Feld, am dichtesten nahe den Drahtenden mit der hohen Spannung, und im magnetischen Feld um die stromstarke Mitte (Modul 1, Lektion 3). Ein dickerer Leiter verändert, wie sich diese Energie verteilt und wie schnell sich die Impedanz mit der Frequenz ändert. Bei sonst vergleichbaren Dipolen sinkt dadurch die Güte, und der nutzbare Bereich wird breiter.

Von 0,5 mm dünnem Kupferdraht bis zu einem Rohr von 5 cm Durchmesser wächst die Bandbreite in einer 12db-Simulation für 14,2 MHz im freien Raum auf knapp das Doppelte, von rund 860 kHz auf rund 1,6 MHz. Eine ältere Untersuchung kommt zu einem ähnlichen Ergebnis^[2]. Hier ist SWR 2 auf den jeweils eigenen Resonanzwiderstand bezogen, um nur die Leiterdicke zu vergleichen, die Werte lassen sich deshalb nicht direkt mit der 50-Ω-Grafik gleichsetzen.

Auch Verluste senken die Güte, denn sie geben Energie als Wärme ab.

Im Kupferdraht eines Halbwellendipols sind die Verluste klein (Modul 1, Lektion 4). Hängt der Dipol frei oder hoch genug, bestimmt vor allem die Dicke des Leiters die Güte, bei einem niedrig hängenden Dipol ändert der Boden die Güte mit, auch durch seine Verluste.