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Optimierung 69
5.4 Einfluß des Erdbodens auf die Richtcharakteristik des
Arrays
Der Einfluß des Erdbodens muß bei Antennen, die sich über der Erde befinden,
berücksichtigt werden. Der Erdboden mit seinen elektromagnetischen Eigenschaften, im
optimalen Fall als leitende Ebene gedacht, stellt für die Antenne eine „Spiegelfläche“ dar
(vgl. Bild 5.4).
Strahler
leitende Ebene
h
h
virtueller Strahler
α
direkter
Strahl
Phasenumkehr
Bild 5.4: Direkter und reflektierter Strahl für eine Antenne über einer leitenden Ebene
Die Antenne strahlt entsprechend ihrer Struktur eine Welle aus, die von der leitenden
Oberfläche reflektiert wird. Für die reflektierte Welle kann man sich vorstellen, sie gehe
von einem Spiegelbild des Strahlers aus, das einem im Abstand 2h unter dem Boden
liegenden Strahler entspricht, der mit einem Strom entgegengesetzter Richtung (ψ = 180°)
gespeist wird.
Die Kombination aus reellem und imaginären Strahler wirkt mit einem Phasenversatz von
ψ = 180° bei einem Abstand der Elemente a = 2h = λ/2 optimal als vertikaler
Längsstrahler (end-fire array). Damit ergibt sich die optimale Höhe des Strahlers über der
leitenden Ebene h opt = λ/4 (vgl.[Rub97]). Bei diesem Abstand überlagern sich die
reflektierte und die direkte Welle phasenrichtig in Zenitrichtung und bewirken einen
Anstieg des Richtfaktors.
Für Antennenarchitekturen mit mehreren Elementen (Yagi-Antennen oder logarithmisch
periodische Antennen) bezieht sich die Höhe h auf den Antennenschwerpunkt, der in der
Regel in der Mitte der Anordnung liegt. [Sti84]
Bei vertikal ausgerichteten Richtantennen ist der Einfluß der Erde aufgrund der hohen
Rückdämpfung (front to back ratio) nur sehr gering, sollte jedoch bei Untersuchungen zur
Optimierung der Richtcharakteristik nicht außer Acht gelassen werden.
α
Fernfeld
P
reflektierter
Strahl