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Elektromagnetische Schwingungen und Wellen

Vom elektrischen Schwingkreis zum Hertz'schen Dipol

Wie kommt man nun von der Schaltung des elektrischen Schwingkreises, die aus einer Reihenschaltung von Ohm'schem Widerstand, Kondensator und Spule besteht, zu einer gerade gestreckten Antenne? (Abb. 1) zeigt, wie die Schaltung des elektrischen Schwingkreises zur Antenne (Hertz'scher Dipol) funktioniert. Betrachten Sie die einzelnen Phasen genau und versuchen Sie, die Umwandlung nachzuvollziehen. Außerdem ist die elektrische Feldstärke der Kapazität im Schwingkreis dargestellt.

Abb.1
Animation - vom Schwingkreis zum Dipol
© Wiley-VCH

Im Folgenden werden die einzelnen Schritte von (Abb. 1) genauer betrachtet und kommentiert. Mit jedem Schritt wird auch die Kapazität bzw. Induktivität des Schwingkreises reduziert. Der einzelne Draht am Ende hat schließlich nur noch eine geringe (aber nicht verschwindende) Kapazität und Induktivität. Damit ändert sich gemäß:

ω = 1 L C

natürlich die Schwingungsfrequenz. Um die Auswirkung der Umformung zu dokumentieren, ist bei jedem Schritt eine ungefähre Größenordnung der Frequenz angegeben.

Erster Schritt

Im ersten Schritt sieht der elektrische Schwingkreis noch aus wie gewohnt: eine Reihenschaltung von Ohm'schem Widerstand, Kondensator und Spule. Der Ohm'sche Widerstand ist nicht extra eingezeichnet, sondern wird durch die Leitungen selbst repräsentiert, da jede Stromleitung (außer Supraleiter bei tiefen Temperaturen) einen Ohm'schen Widerstand besitzt.

Größenordnung Schwingungsfrequenz: 10Hz

Abb.2
Vom Schwingkreis zum Dipol: Schritt 1

Zweiter Schritt

Im folgenden Schritt wird der Stromkreis aufgebogen. Die Elemente Spule und Kondensator sind aber nach wie vor zu erkennen.

Größenordnung Schwingungsfrequenz: 10kHz

Abb.3
Vom Schwingkreis zum Dipol: Schritt 2

Dritter Schritt

Im nächsten Schritt ist der Schwingkreis ganz aufgebogen, sodass er nur noch aus einem geraden Stück Draht und den Kondensatorplatten an dessen Enden besteht. Die Spule ist nicht mehr explizit eingezeichnet, da jeder reale Draht nicht nur einen Ohm'schen Widerstand besitzt, sondern auch eine Induktivität.

Größenordnung Schwingungsfrequenz: 10MHz

Abb.4
Vom Schwingkreis zum Dipol: Schritt 3

Vierter Schritt

Im letzten Schritt werden auch die Kondensatorplatten minimiert, sodass tatsächlich nur noch das einzelne Stück Draht vorhanden ist. An diesem Übergang sieht man, dass jeder reale Draht auch eine Kapazität besitzt. Aus dieser Umformung wird deutlich, dass auch ein einzelnes gerades Leiterstück als Schwingkreis fungieren kann. Ohm'scher Widerstand, Induktivität und Kapazität der stabförmigen Antenne hängen maßgeblich von deren Länge ab. Im Folgenden wird gezeigt, dass die Länge der Antenne unmittelbar mit der Wellenlänge der emittierten elektromagnetischen Wellen in Zusammenhang steht.

Größenordnung Schwingungsfrequenz: 100MHz

Abb.5
Vom Schwingkreis zum Dipol: Schritt 4
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