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2025-12-13T07:19:23Z

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[[Datei:Faltdipol.png|mini|Gestreckter elektrischer λ/2-Dipol (oben) und elektrischer λ/2-Faltdipol (unten)]]
[[Datei:Half – Wave Dipole.jpg|mini|Elektrischer Halbwellendipol einsetzbar von 1 GHz bis 4 GHz, durch unterschiedliche, wählbare Dipollängen, und verstellbarer Symmetrierung (Ring)<ref>{{Internetquelle |url=https://schwarzbeck.de/Datenblatt/9125dm.pdf |titel=Datenblatt Halbwellendipol mit EMI-Schleife, UHA 9125 D |werk=schwarzbeck.de |sprache=de |abruf=2025-09-24}}</ref>]]
Eine '''elektrische oder magnetische Dipolantenne''' (von {{laS|''di''}} ‚zwei‘; {{deS|''Zweipolantenne''}}; auch ''Antennendipol'') ist eine gestreckte symmetrische [[Antennentechnik|Antenne]], die aus mindestens λ/4 langen Teilen besteht. Ein elektrischer Dipol besteht aus einem flachen Streifenleiter, Drähten, Stäben oder Röhren, während ein magnetischer Dipol aus einem Schlitz in einer ausreichend großen leitenden Fläche gebildet wird.

Sowohl elektrische als auch magnetische Dipole wandeln [[Hochfrequenz|hochfrequenten]] [[Wechselstrom]] und [[elektromagnetische Welle]]n ineinander um und können daher sowohl zum [[Sendeanlage|Senden]] als auch zum [[Empfangsgerät|Empfangen]] eingesetzt werden – es gilt das [[Antenne#Reziprozität|Reziprozitätsgesetz]].

Ist ein elektrischer Dipol horizontal polarisiert, strahlt ein magnetischer Dipol ([[Magnetantenne|magnetische Antenne]]) mit gleicher Ausrichtung elektromagnetische Wellen mit vertikaler Polarisation aus (s. [[Babinetsches Prinzip]]).

Die optimale Länge einer λ/2-Dipolantenne ist unter Vernachlässigung des [[Verkürzungsfaktor]]s die Hälfte der [[Wellenlänge]] λ des speisenden hochfrequenten Wechselstromes. Eine Verkürzung oder Verlängerung der Antenne hat eine entsprechende Änderung der [[Resonanzfrequenz]] zur Folge. Verkürzung bedeutet Frequenzerhöhung und umgekehrt.

== Geschichte ==
[[Datei:Dipole receiving antenna animation 6 800x394x150ms.gif|mini|Umwandlung zwischen [[Hochfrequenz|hochfrequentem]] [[Wechselstrom]] und [[elektromagnetische Welle|elektromagnetischen Welle]]n bei einer elektrischen Dipol-Antenne]]
Das Prinzip der elektrischen Dipolantenne geht auf den deutschen Physiker [[Heinrich Hertz]] zurück, der im Jahr 1886 als Erster elektromagnetische Wellen experimentell nachweisen konnte. Sein Dipol ([[Hertzscher Dipol]]), der wesentlich kleiner als λ/8 war, hat nur noch theoretische Bedeutung. Die Verlängerung auf etwa λ/2 führt zu einer Resonanz, die die Anpassung der Antenne an die Speiseleitung erleichtert und den Wirkungsgrad erhöht. Der russische Physiker [[Alexander Stepanowitsch Popow]] verwendete 1895 erstmals eine Dipolantenne zum Empfang elektromagnetischer Wellen.

== Grundlagen ==
[[Datei:Dipolentstehung.gif|mini|Entstehung eines elektrischen Dipols aus einem [[Schwingkreis|Parallel-Schwingkreis]]]]
[[Datei:Elektronenverteilung in einem Dipol.png|mini|Momentaufnahmen der Elektronendichte in einem elektrischen Dipol; der Pfeil zeigt die Bewegungsrichtung der Elektronen an.]]

Die Animation rechts zeigt, wie man sich die Entstehung eines resonanten elektrischen Dipols aus einem [[Schwingkreis]] vorstellen kann.

Das Bild rechts zeigt die Phasen einer Schwingung des λ/2-Dipols. Die elektrische Anregung möge zum Zeitpunkt null starten, wenn am linken Ende der größte Elektronenüberschuss herrscht. Gleichzeitig ist am rechten Ende das Potential besonders positiv, dort herrscht Elektronenmangel. Es fließt noch kein Strom.

Entgegengesetzte Ladungen ziehen sich an, deshalb bewegen sich viele Elektronen nach rechts. Eine Viertel-Periode später, zum Zeitpunkt ''T''/4, misst man in der Mitte des Dipols ein Strommaximum, dort entsteht dann auch das stärkste Magnetfeld. Die Spannung längs des Dipols ist zu diesen Zeitpunkten ausgeglichen.

Das Magnetfeld verhindert, dass der Strom abrupt aufhört. Es treibt die Elektronen weiter auf die andere Seite. Genau eine halbe Schwingungsdauer nach dem Start (''T''/2) haben sich die Elektronendichten vertauscht und die höchste negative Spannung misst man nun am rechten Ende des Dipols. Der Strom ist zum Erliegen gekommen. Nun startet der entgegengesetzte Ausgleichsvorgang. Nach einer ganzen Periodendauer ''T'' ist der Anfangszustand wiederhergestellt.

Es gibt unter anderem folgende Bauformen des elektrischen Dipols:

* Ein elektrischer λ/2-Dipol kann in der Mitte geteilt werden, um dort ein Kabel anzuschließen (stromgespeist). Dessen Impedanz muss zum Erreichen der [[Leistungsanpassung]] relativ gering (etwa 60 Ω) sein.
* Es werden zwei gleich dicke, parallele, an den Enden verbundene Stäbe verwendet, von denen einer in der Mitte stromgespeist ist (Falt- oder Schleifendipol). Dadurch halbiert sich der Strom und die Impedanz vervierfacht sich, sodass eine 240-Ohm-Bandleitung angeschlossen werden kann.
* Der ungeteilte elektrische λ/2-Dipol wird am Ende gespeist (spannungsgespeist). Dazu wird dort üblicherweise ein zweiter Dipol installiert, so dass ein [[#Ganzwellendipole|Ganzwellendipol]] entsteht. Da die Impedanz an den Enden relativ hoch ist (ca. 1 kΩ bei einem [[Knicken#Schlankheitsgrad|Schlankheitsgrad]] von 100), kann ohne [[Impedanzanpassung]] kein übliches Kabel angeschlossen werden.
* Die Bikonische Antenne (en. Bi-Conical Antenna), die aus 2 Kegel-förmigen oder Diamant-förmigen Teilen (en. Truncated Biconical Antenna) besteht, deren Spitzen aufeinander zeigen und dort auch eingespeist werden. Bikonische Antennen können auch aus Drähten, Stäben oder Rohren gebildet werden.

[[Datei:Biconical antenna theory.jpg|alternativtext=Prinzipdarstellung einer elektrischen Bikonischen Antenne |mini|Prinzipdarstellung einer elektrischen Bikonischen Antenne]][[Datei:Biconical antenna.png|mini|Elektrische Truncated Biconical Antenna]]

* Der elektrische [[Schmetterlingsantenne|Schmetterlingsdipol]] (en. Butterfly Antenna) bzw. Spreizdipol ist die flache Form der Bikonischen Antenne, ein breitbandiger, niedrig-impedanter Dipol, der je nach Wellenlänge als Halbwellen- oder Ganzwellendipol arbeitet.
[[Datei:Butterfly television antenna.jpg|mini|Elektrische Butterfly Antenne bzw. Truncated Biconical Antenna|346x346px]]

== Impedanz ==
[[Datei:Dipol antenna impedance.png|mini|Impedanzverlauf für Schlankheitsgrad ''s'' = ''l''/''d'' von 1000 und 10]]
Die Dämpfung der [[Resonanz]] durch die Abstrahlung in den Freiraum bewirkt eine [[Resonanzfrequenz|Verschiebung der Resonanz]] zu einer etwas kleineren Frequenz und einen komplexen Anteil an der [[Antennentechnik#Impedanz|Fußpunktimpedanz]]. Bei einem mittig gespeisten offenen Dipol der Länge λ/2 beträgt diese (73,1 + [[Imaginäre Zahl|j]] 42,5) Ω<ref>[https://www.antenna-theory.com/antennas/halfwave.php The Half-Wave Dipole Antenna]</ref><ref>{{Webarchiv|url=http://stilzchen.kfunigraz.ac.at/skripten/comput03/vbbeispiel/ar8200/manual/antennas.pdf |wayback=20160304073241 |text=UNI Graz: Theoretische Untersuchung von Breitbandantennen |archiv-bot=2023-12-13 04:09:59 InternetArchiveBot }} (PDF; 970 kB)</ref>.


Um die Frequenzverschiebung zu kompensieren und den Imaginärteil zu beseitigen, wird der λ/2-Dipol auf 96 % der Länge ohne Berücksichtigung der Frequenzverschiebung gekürzt. Das gilt für einen Dipol, der unendlich dünn ist. Da aber in der Realität der Durchmesser der Dipolelemente > 0 ist, sinkt der ''Verkürzungsfaktor'' in Abhängigkeit vom Durchmesser weiter ab. Auch Gegenstände in der Nähe der Antenne senken den Verkürzungsfaktor. Die primäre Ursache für die zusätzliche Verkürzung ist die Kapazität des Leiters gegen seine Umgebung. Mit dem Durchmesser steigt auch die Bandbreite einer Dipolantenne, was insbesondere bei [[Fächerdipol|Fächer-]] und [[Breitbanddipol]]en ausgenutzt wird. Für den λ/2-Dipol ergibt sich der Verkürzungsfaktor ''V'' aus der Dipollänge ''l'' und dem Durchmesser ''d'' zu:

:<math>V = \frac{l}{l+d}</math>

Auch der '''Faltdipol''' oder Schleifendipol ist eine Art des λ/2-Dipols. Bei ihm erfolgt die Speisung in der Mitte eines von zwei parallelen Leitern, die an den Enden miteinander verbunden sind. Seine [[Impedanz]] ist 4-mal höher als die des gestreckten λ/2-Dipols, da nur der halbe Strom über die Speisepunkte fließt. Das passt sehr gut zum [[Balun]] aus einer λ/2-Umwegleitung, der die Impedanz auf 1/4 reduziert und den Anschluss eines üblichen Koaxialkabels ermöglicht.

== Richtdiagramm ==
[[Datei:Lineare antennen2.svg|mini|rechts|Stromverteilung (rot) und Winkelverteilung der Strahlung (blau) an einem Dipol bei verschiedenen Wellenlängen]]

Das [[Antennendiagramm|Richtdiagramm einer Antenne]], das ist die Winkelabhängigkeit der [[Strahlungsintensität]], lässt sich berechnen aus der Stromverteilung über die Länge des Leiters. Aus der näherungsweise sinusförmigen Stromverteilung auf dem λ/2-Dipol (links oben in der Abb. rechts) ergibt sich der Ausdruck
:<math>\frac{\cos(\frac{\pi}{2}\sin(h))}{\cos(h)}</math>,
worin ''h'' bei vertikaler Antenne der Höhenwinkel ist. Zum Vergleich: Der entsprechende Ausdruck des [[Hertzscher Dipol|Hertzschen Dipols]] lautet einfach cos(''h''), in der Abb. rechts daneben. Man sieht, dass die Abstrahlung des λ/2-Dipols etwas gerichteter ist: Die abgestrahlte Leistung ist bereits bei einem Höhenwinkel von 39° statt 45° auf die Hälfte abgesunken.

Die Integration der Winkelabhängigkeit über alle Richtungen liefert die Gesamtleistung und deren gleichmäßige Verteilung einen Bezugswert für die Strahlungsintensität ([[Isotropstrahler]]). Für den λ/2-Dipol ist die Strahlungsintensität in Hauptrichtung (''h'' = 0) um einen Faktor ''G'' = 1,64 (2,15 [[Pegel (Physik)|dBi]]) höher als der Bezugswert:

<math>10 \cdot \lg \left(\frac{1}{\int \limits_{0}^{\frac{\pi}{2}} \frac{\cos^{2}\left(\frac{\pi}{2} \cos \theta\right)}{\sin \theta} \mathrm d \theta}\right) = 10 \cdot \lg \left(\frac{4}{\gamma - \operatorname{Ci}(2\pi) + \ln(2\pi)} \right) \approx 2{,}15</math>
:: mit γ = [[Euler-Mascheroni-Konstante]]
Beim Hertzschen Dipol beträgt dieser [[Antennengewinn]] ''G'' nur 1,5 (1,76 dBi).<ref>Matthias Hornsteiner: ''Zahlentheoretische und differentialtopologische Betrachtungen zu elementaren Antennen.'' In: ''69. Weinheimer UKW-Tagung (Skriptum der Vorträge)'', S. 6.1–6.10. FACW, Weinheim 2024.</ref>

Bei einer Länge von 5/4 λ besitzt der Dipol seinen größten Gewinn von 5,2 dBi. Darüber bilden sich Nebenkeulen aus und erst bei einem viel größeren Dipol sind bessere Werte möglich. Daher finden sich 5/4-λ-Dipole als einfache Richtantennen, besonders in der Ausführung als [[Groundplane-Antenne]] mit 5/8-λ Länge. Allerdings ist eine Impedanzanpassung unbedingt erforderlich.

Eine leistungsangepasste Antenne entnimmt einer aus der Hauptrichtung einfallenden [[Ebene Welle|ebenen Welle]] eine Leistung, die ihrer [[Antennentechnik|Wirkfläche]] ''A''<sub>W</sub> entspricht. Für den λ/2-Dipol beträgt diese:
:<math>A_\mathrm{W} = \frac{\lambda^2}{4 \pi}\,G = \frac{\lambda^2}{4 \pi}\,1{,}64 \approx \frac{\lambda^2}{8}</math>

Die Richtwirkung einer Dipolantenne kann durch Hinzufügung weiterer Elemente gesteigert werden, siehe dazu [[Yagi-Antenne]].

In Fällen, bei denen die Richtwirkung gerade nicht erwünscht ist, z. B. bei angestrebtem Rundum-Empfang oder -Senden, kann man zu einem ''Knickdipol'' greifen, bei dem die beiden Metallstäbe im Winkel von 90° zueinander angeordnet sind.

== Ganzwellendipole ==
Setzt man zwei ungespeiste Halbwellendipole längs aneinander und speist deren einander zugewandte Enden, entsteht ein Ganzwellendipol. An den Enden der λ/2-Elemente befinden sich Spannungsmaxima, Ganzwellendipole haben daher eine sehr hohe Speiseimpedanz (> 1 kΩ). Vorteilhaft gegenüber dem Halbwellendipol ist die leicht verbesserte Richtwirkung und damit ein erhöhter [[Antennengewinn]].

Um Antennen aus zwei Halbwellendipolen zusammenzusetzen ''und'' übliche Kabelimpedanzen (etwa 50 Ω) zu erzielen, gibt es verschiedene Möglichkeiten:
* Man schaltet die Halbwellendipole zu einem [[Antennentechnik#Gruppenantennen|Array]] zusammen und speist sie phasenrichtig parallel.
* Man ändert die Speiseimpedanz mit Hilfe eines [[Resonanztransformator]]s.
* Man kann die Impedanz senken und zugleich die Bandbreite erhöhen, wenn man an Stelle dünner Stäbe [[Flächendipol]]e wählt. Solche Ganzwellendipole aus zwei dreieckigen Flächen (oder gleichwertig x-förmig aus Stäben) werden auch als Strahler in Yagi-Antennen verwendet. Die passiven Elemente dieser Antennen dimensioniert man für den oberen Teil der Frequenzbandbreite des Flächendipols, so dass der Gewinn nach höheren Frequenzen hin ansteigt.

Ein weiteres Aneinanderfügen von Dipolen wird selten gemacht, weil sich dadurch im [[Strahlungsdiagramm]] unerwünschte „Nebenkeulen“ ergeben. Die Antenne „schielt“ dann.

== Siehe auch ==
* [[Höhendipol]]
* [[Kreuzdipol]]
* [[Bodendipol]]
* [[Yagi-Uda-Antenne]]
* [[Koaxial-Antenne]]

== Literatur ==
* Martin Gerhard Wegener: ''Moderne Rundfunk-Empfangstechnik.'' Franzis-Verlag, München 1985, ISBN 3-7723-7911-7.

* Klaus Karg: ''Antennen und Strahlungsfelder'', 10. Auflage, Springer Fachmedien-Verlag, Wiesbaden 2025, ISBN 978-3-658-49996-9.

== Weblinks ==
{{Commonscat|Dipole antennas|Dipolantennen|audio=0|video=0}}
* [http://www.mikomma.de/fh/eldy/hertz.html Darstellung der Wellenausbreitung eines Dipols]
* [http://www.qth.at/oe3dsb/Teil7.pdf Beschreibung von spannungsgespeisten und verkürzten Dipolen, Sonderformen] PDF 3,5 MB

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Lineare Antenne]]

Dipolantenne - Versionsgeschichte

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