Wat is een rhomboïde antenne?
Een rhomboïde antenne is een directionele draadantenne die bestaat uit vier geleidende elementen die in een ruitvormige structuur zijn gerangschikt. Je kunt hem zien als twee V-antennes die met elkaar verbonden zijn, waarbij één scherpe hoek als voedingspunt dient en de tegenoverliggende hoek normaal gesproken is verbonden met een afsluitweerstand.
In tegenstelling tot een resonante dipoolantenne werkt een correct afgesloten rhomboïde antenne voornamelijk als een lopende-golfantenne. RF-stroom loopt vanaf het voedingspunt langs de vier draadsecties naar de afsluitbelasting. De elektromagnetische velden die door deze secties worden opgewekt, combineren zich tot een geconcentreerde bundel langs de lange as van de rhomboïde.
Ruitvormige antennes zijn bekend geworden voor HF-communicatie over lange afstanden, omdat ze een breed frequentiebereik, een nuttige voorwaartse versterking en relatief stabiele richtingskarakteristieken bieden. Door hun grote fysieke afmetingen zijn ze echter meer geschikt voor vaste installaties dan voor compacte communicatieplatformen.
Basisstructuur
Een conventionele rhomboïde antenne bestaat uit vier draden van gelijke lengte die boven de grond hangen. Samen vormen deze draden een horizontale rhomboïde met twee scherpe hoeken en twee stompe hoeken.
De antenne wordt aan één uiteinde gevoed, terwijl het tegenoverliggende uiteinde is verbonden met een niet-inductieve afsluitweerstand. Deze weerstand is zo gekozen dat deze de karakteristieke impedantie van de antennestructuur benadert en de resterende energie van de lopende golf absorbeert.
De belangrijkste ontwerpparameters zijn onder meer:
- Lengte van elk draadgedeelte
- De scherpe of tophoek van de ruit
- Installatiehoogte boven de grond
- Voedingspuntimpedantie
- Beëindigende weerstand
- Geleiderdiameter
- Doelfrequentiebereik en voortplantingspad
De optimale hoek is geen universele, vaste waarde. Deze hangt af van de elektrische lengte van elke zijde en de gewenste elevatie- en azimutrichting van de hoofdstraal.
Figuur 1. Basisconfiguratie van een afgesloten horizontale ruitvormige antenne.
Hoe werkt een rhomboïde antenne?
Elke zijde van de ruit gedraagt zich als een lange draadstraler. Naarmate de stroom zich door de geleiders voortplant, produceert elk draadgedeelte een gerichte stralingscomponent.
Wanneer de afmetingen en hoeken van de antenne correct zijn gekozen, versterken de door de vier zijden uitgestraalde velden elkaar in de voorwaartse richting. In andere richtingen heffen sommige veldcomponenten elkaar gedeeltelijk op. Het gecombineerde resultaat is een relatief smalle hoofdstraal langs de lange diagonaal van de ruit.
De afsluitweerstand speelt een belangrijke rol. Door energie te absorberen die het andere uiteinde bereikt, vermindert deze de stroomreflectie en voorkomt hij de vorming van een sterke staande golf op de geleiders. Dit helpt de antenne om stabielere impedantie- en stralingseigenschappen te behouden over een relatief breed frequentiebereik.
De afweging is de efficiëntie. Een deel van het zendvermogen wordt in de afsluitweerstand omgezet in warmte in plaats van uitgestraald te worden. Antenneontwerp vereist daarom een balans tussen richtingsgevoeligheid, bandbreedte, impedantiestabiliteit en stralingsefficiëntie.
Frequentiebereik en elektrische afmetingen
Traditionele, volwaardige ruitvormige antennes worden vooral geassocieerd met HF-communicatie. Bij deze frequenties zijn de antennezijden vaak meerdere golflengten lang, waardoor de structuur een aanzienlijke richtingsversterking kan genereren.
Een rhomboïde antenne wordt niet gedefinieerd door één vast frequentiebereik. De afmetingen kunnen theoretisch worden aangepast aan verschillende frequenties, maar de structuur wordt extreem groot bij lagere frequenties en vereist nauwere mechanische toleranties bij hogere frequenties.
Compacte rhomboïde en rhomboïde-lusstructuren kunnen ook worden gebruikt op VHF-, UHF- of microgolffrequenties. Deze verkleinde ontwerpen kunnen echter andere voedings-, polarisatie- en stralingseigenschappen hebben dan een traditionele, afgesloten HF-rhomboïde antenne.
Figuur 2. Voorbeeld van een compacte ruitvormige antennestructuur voor ontvangst op hogere frequenties.
Afgesloten en niet-afgesloten rhomboïde antennes
Een afgesloten ruitvormige antenne produceert normaal gesproken een unidirectioneel stralingspatroon. Het grootste deel van de nuttige straling is gericht van het voedingspunt naar het afsluituiteinde.
Als de afsluitweerstand wordt verwijderd, wordt stroom gereflecteerd vanaf het open uiteinde. De antenne ontwikkelt dan een sterkere staande-golfcomponent en kan een bidirectioneel stralingspatroon produceren, met de grootste straling in twee tegenovergestelde richtingen.
De niet-afgesloten configuratie kan vermogensverlies in een afsluitweerstand voorkomen, maar de ingangsimpedantie en het stralingspatroon variëren over het algemeen sterker met de frequentie. Ook kan de voor-achterverhouding slechter zijn en het breedbandgedrag minder voorspelbaar.
Stralingspatroon en polarisatie
Het stralingspatroon van een afgesloten rhomboïde antenne wordt gekenmerkt door een voorwaartse hoofdlob en meerdere zijlobben. De exacte bundelrichting en bundelbreedte zijn afhankelijk van de zijlengte, de rhomboïdehoek, de installatiehoogte, de werkfrequentie en de bodemgesteldheid.
Het vergroten van de elektrische lengte kan de richtingsgevoeligheid verbeteren, maar kan ook extra zijlobben produceren. Deze ongewenste lobben kunnen energie in onbedoelde richtingen uitstralen en het praktische voordeel van de hoofdstraal verminderen.
Een horizontaal geplaatste rhomboïde antenne is voornamelijk horizontaal gepolariseerd in de hoofdrichting van de straling. Het volledige driedimensionale stralingspatroon kan echter ook verticale polarisatiecomponenten bevatten, met name in de zijlobben en in richtingen die afwijken van de hoofdas.
Figuur 3. Illustratief unidirectioneel stralingspatroon van een afgesloten ruitvormige antenne.
Voeding en impedantieaanpassing
De rhomboïde antenne is doorgaans een gebalanceerde structuur met een relatief hoge ingangsimpedantie. Deze wordt vaak gevoed via een gebalanceerde transmissielijn of via een geschikte impedantietransformator en balun.
Bij gebruik van coaxkabel moet de overgang tussen de ongebalanceerde voedingslijn en de gebalanceerde antenne zorgvuldig worden ontworpen. Onvoldoende aanpassing kan het gereflecteerde vermogen verhogen, common-mode stromen introduceren en het beoogde stralingspatroon vervormen.
Ingenieurs dienen het volgende te evalueren:
- Ingangsimpedantie
- Retourverlies en VSWR
- Beëindigende weerstand
- Voorwaartse winst
- Voor-achterverhouding
- Straalrichting
- Zijlobniveau
- Polarisatie
- Vermogensverwerkingscapaciteit
Voor krachtige zendsystemen moet de afsluitweerstand in staat zijn om op een veilige manier een aanzienlijk RF-vermogen af te voeren.
Voordelen
De belangrijkste voordelen van een rhomboïde antenne zijn:
- Relatief brede werkingsbandbreedte
- Nuttige richtingsversterking
- Stabiele impedantie bij correcte afsluiting.
- Eenvoudige constructie op basis van draad
- Geschikt voor HF-verbindingen over lange afstanden.
- Geschikt voor het verwerken van hoge zendvermogens met de juiste componenten.
- Meerdere ruitvormige antennes kunnen worden opgesteld voor een groter bereik of om te schakelen tussen verschillende richtingen.
Beperkingen
De belangrijkste beperkingen zijn onder meer:
- Vereist een groot installatieoppervlak.
- Er zijn meerdere hoge steunconstructies nodig.
- Een deel van het RF-vermogen gaat verloren in de afsluitweerstand.
- Kan aanzienlijke zijlobben produceren.
- De prestaties worden beïnvloed door de hoogte en de bodemgesteldheid.
- Mechanisch onderhoud kan veeleisend zijn.
- Niet geschikt voor de meeste compacte of mobiele platforms.
Typische toepassingen
Ruitvormige antennes werden van oudsher gebruikt voor:
- HF-communicatie over lange afstand
- Vaste punt-naar-punt radioverbindingen
- Kortegolf-ontvangststations
- Ionosferische en hemelgolfcommunicatie
- Internationale communicatienetwerken
- Radiomonitoring en signaalintelligentie
- Onderzoek naar lange draadantennes en lopende golfantennes
Hoewel moderne communicatiesystemen vaak gebruikmaken van log-periodieke antennes, breedbandantennes, reflectorantennes en elektronisch gestuurde antennesystemen, blijft de rhomboïde antenne een belangrijk voorbeeld in de antennetheorie.
Het laat duidelijk zien hoe de lengte van de geleider, de stroom van de lopende golf, de geometrische hoek en de veldsuperpositie gebruikt kunnen worden om de richtingsgevoeligheid en bandbreedte van een antenne te regelen.
RF MISO levert antenne- en microgolfcomponenten voor RF-testen, communicatie, radar, antennemetingen en systeemintegratie. Inzicht in klassieke antennestructuren zoals de rhomboïde antenne helpt ingenieurs bij het evalueren van belangrijke parameters, waaronder frequentiebereik, versterking, polarisatie, bundelbreedte, VSWR, nevenlobniveau en stralingsefficiëntie.
Ga voor meer informatie over antennes naar:
Geplaatst op: 24 juli 2026
