Wendelantenne

Der Umfang der Wendel einer monofilaren Wendelantenne hat die Länge der Einsatz-Wellenlänge ${\displaystyle \lambda }$. Damit beträgt der Durchmesser ${\displaystyle D}$:

${\displaystyle D={\frac {\lambda }{\pi }}}$

Wendelantennen werden daher vorrangig im Dezimeterwellen-Bereich (0,3–3 GHz) eingesetzt.

Die Ganghöhe ${\displaystyle s}$ (Steigung) der Wendel hat ein Optimum beim 0,2- bis 0,3-Fachen der Wellenlänge. Mit der Zahl der Windungen ${\displaystyle N}$ steigt der Gewinn ${\displaystyle G}$ und verbessert sich die Richtcharakteristik der Antenne.

${\displaystyle G=15\cdot N\cdot s\cdot {\frac {(\pi \cdot D)^{2}}{\lambda ^{3}}}}$

oder, wenn ${\displaystyle D={\frac {\lambda }{\pi }}}$ und ${\displaystyle s={\frac {\lambda }{4}}}$ sind:

${\displaystyle G\approx 4\cdot N}$

Der maximal erzielbare Gewinn nähert sich jedoch ab einer Länge von

${\displaystyle 7\cdot \lambda }$

einem Grenzwert von 15 dB an.[5] Je höher der Gewinn, desto kleiner ist der Öffnungswinkel ${\displaystyle \Theta }$ in Grad:

${\displaystyle \Theta ={\frac {52^{\circ }}{\pi \cdot D}}\cdot {\sqrt {\frac {\lambda ^{3}}{N\cdot s}}}}$

${\displaystyle \Theta \approx {\frac {200^{\circ }}{\sqrt {G}}}}$

Die rückseitige Reflektorfläche dient als Gegengewicht für die koaxiale Speisung. Sie ist etwa eine Wellenlänge groß.

Monofilare Wendelantennen sind relativ unkritisch hinsichtlich der Dimensionierung und daher gut zum Nachbau geeignet. Das hängt indirekt mit deren hoher relativer Bandbreite zusammen, die bereits bei einer gleichförmigen Helix etwa 60 % beträgt.

Die Impedanz ${\displaystyle Z}$ (Einheit: Ohm, Ω) am Speisepunkt beziehungsweise Fußpunkt (Beginn der Wendel) beträgt:

${\displaystyle Z\approx 140\mathrm {\ \Omega } \cdot \pi \cdot {\frac {D}{\lambda }}}$

oder mit ${\displaystyle D={\frac {\lambda }{\pi }}}$:

${\displaystyle Z\approx 140\mathrm {\ \Omega } }$

Zur Anpassung des Fußpunktwiderstandes ${\displaystyle Z}$ der Antenne an den des Zuleitungskabels (Koaxialkabel, meist 50–75 Ω) ist ein Resonanztransformator erforderlich, realisiert zum Beispiel durch einen entsprechend dimensionierten Blechstreifen.

Die bifilare Bauform strahlt weniger gerichtet und arbeitet als Backfire-Antenne, strahlt also entgegen der Ausbreitung der Wanderwellen auf den Leitern. Aufgrund der durch die Abstrahlung gedämpften Wanderwelle hat sie eine über das breite Frequenzband flache Eingangsimpedanz und der Umgang mit den der Strahlrichtung abgewandten Enden der zwei Leiter ist unkritisch. In [3] wird eine Antenne beschrieben, die aus einer zur Spitze führenden Koaxialleitung gespeist wird, die zugleich den einen der beiden gewundenen Leiter bildet. Dadurch liegt der Kabelanschluss hinten. Dort sind die beiden Wendelenden miteinander verbunden, sodass sich Mantelströme auf dem wegführenden Koaxialkabel aufheben. Die Antenne benötigt kein Gegengewicht zur Speisung und keinen Reflektor.

Resonante quadrifilare Helixantenne mit ½ Windung für den GPS-Empfang auf einer Radiosonde

Die quadrifilare Helixantenne wird durch vier schraubenförmig gewundenene, parallel und mit zueinander konstantem Abstand geführte Leiter gebildet. Der Anfang jedes Leiters wird im Bereich der Reflektorebene um 90° gedreht. In der nicht resonanten und breitbandigen Bauform der quadrifilaren Helixantenne wird die Anspeisung der vier Leiter um 90° gedreht. Es sind für maximalen Gewinn 7 bis 8 Windungen nötig. Für den Betrieb als Richtantenne ist, wie bei der monofilaren Ausführung, eine Reflektorwand nötig. Die quadrifilare Bauform weist bei höherem Herstellungsaufwand gegenüber der monofilaren Bauform einen höheren Antennengewinn auf. Je nach Drehsinn bei der Anspeisung der vier einzelnen Leiter ist der Drehsinn der zirkularen Welle gleich oder gegenläufig zum Drehsinn der Anspeisung.

Eine vor allem bei GPS-Empfängern wesentliche Bauform stellt die resonante quadrifilare Helixantenne dar, welche als Besonderheit schmalbandig ist und ohne Reflektorwand auskommt und damit besonders leicht ist. Sie ist durch vier Leiter gekennzeichnet, welche je nach Typ genau ¼ oder ½ Windung lang sind. Der Drehsinn der Leiter ist gegensinnig zum Drehsinn der zirkular polarisierten Welle.[4]