Hochfrequenztechnik.

Bei einem elektrischen Wellenleiter handelt es sich zum Beispiel um ein Koaxialkabel, eine Flachbandleitung oder um einen Hohlleiter. Als Wellengröße in der elektrischen Leitung wird üblicherweise die elektrische Spannung betrachtet. Diese kann aber je nach Bezug auch jede andere physikalische Wellengröße sein, beispielsweise der elektrische Strom oder – im Falle eines Hohlleiters – die elektrische Feldstärke.

Eine Welle mit konstanter Amplitude läuft auf einer homogenen Leitung zunächst ungestört vorwärts. An einer Störstelle, beispielsweise einem Verbindungsstück, kommt es zu einem sprunghaften Anstieg der Impedanz, sodass ein Teil der vorlaufenden Welle reflektiert wird. Es entsteht eine rücklaufende Welle. Diese hat eine kleinere Amplitude als die hinlaufende Welle. Vor- und rücklaufende Welle überlagern sich zu einer stehenden Welle (Stehwelle).

Das Stehwellenverhältnis (VSWR, Voltage Standing Wave Ratio) beschreibt das Verhältnis aus hinlaufender zu rücklaufender Welle auf einer annähernd verlustfreien Leitung. Das VSWR berechnet sich aus der maximalen Spannungsamplitude der stehenden Welle geteilt durch die minimale Spannungsamplitude (VSWR = Umax / Umin). Das Stehwellenverhältnis ist also ein Maß für die Übereinstimmung des Leitungswellenwiderstandes mit der Impedanz einer angeschlossenen Last (z. B. Antenne). Bezogen auf Antennentechnik sagt es aus, wie viel der Eingangsleistung in nutzbare Strahlung umgewandelt. Bei einer Fehlanpassung der Impedanz (VSWR ≠ 1) strahlt die Antenne nicht effizient ab.

Zusammenfassung: Weicht der Leitungswellenwiderstand an einem Übergabepunkt von der Impedanz der Last ab, kommt es zu einer Reflexion der hinlaufenden Welle. Das VSWR kann verwendet werden, um die Effizienz eines Funksystems zu bewerten.

Die Antenne ist wesentlicher Bestandteil eines optimal funktionierenden Kommunikationssystems. Sie setzt die Übertragung und den Empfang von Funksignalen um, indem sie elektrische Energie in elektromagnetische Energie umwandelt (= Transducer). Je nach Anwendung und deren Anforderungen variiert die Art der Funkübertragung.

Die physikalischen Eigenschaften einer Antenne hängen mit der Betriebsfrequenz zusammen, die auch die Wellenlänge bestimmt. Die Antenne arbeitet demnach nur bei einer spezifischen Frequenz effizient und ihre Größe variiert von klein, zum Beispiel für WiFi-Router mit 2,4 GHz, bis groß, wie bei einem Sendemast mit wenigen Hundert kHz. Die Zuordnung der Frequenzbänder im Funkspektrum erfolgt in der Regel anwendungsbezogen, sodass für das jeweilige Frequenzband im Allgemeinen ähnlich große Antennen zum Einsatz kommen.

Die Wellenlänge und Frequenz eines Signals verhalten sich umgekehrt proportional zueinander. Das bedeutet: Eine höhere Frequenz hat eine kürzere Wellenlänge (und Reichweite) und erfordert deshalb eine kürzere Antenne mit kleinerer Ausbreitungsfläche. Dieser Aspekt ist besonders relevant für Anwendungen wie der Mobilfunk, wo Antennen so klein wie möglich sein sollen.

In der Hochfrequenztechnik gilt: Bei einer im Verhältnis zur Wellenlänge λ kurzen Übertragungsleitung (Antenne) bis zu ungefähr einem Zehntel der Wellenlänge treten keine HF-Störphänomene, also auch keine Antennenwirkung, auf (l < λ/10).

Dipol- und Monopol-Antennen sind bekannte Beispiele für sog. Stabantennen, die in der Kommunikationstechnologie eine wichtige Rolle spielen. Eine Dipolantenne ist eine gerichtete Antenne, die aus gleich langen, geraden Elementen besteht, die in der Mitte elektrisch voneinander getrennt sind und hier gespeist werden. Die Länge einer Dipolantenne ist direkt proportional zur Wellenlänge des Signals, das sie empfangen oder aussenden soll. Die Dipolantenne strahlt, indem sie ein oszillierendes elektrisches Feld entlang ihrer Achse erzeugt. Größe und Richtung des Feldes ändern sich ständig, was zu einer elektromagnetischen Welle führt. Man verwendet Dipol-Antennen beispielsweise für Rundfunkanlagen oder in WLAN-Geräten.

Monopol- und Dipol-Antennen sind bekannte Beispiele für sog. Stabantennen, die in der Kommunikationstechnologie eine wichtige Rolle spielen. Die Monopolantenne besteht aus einem strahlenden Element, das senkrecht auf einer leitenden Fläche (Ground Plane) montiert ist. So ist es möglich, elektromagnetische Wellen in einer bevorzugten Richtung zu senden und zu empfangen. Durch Anpassung der Länge des Strahlers können Monopolantennen für verschiedene Frequenzbereiche optimiert werden, was sie zu einer flexiblen, kostengünstigen Lösung im Bereich der drahtlosen Kommunikation macht. Einsatzgebiete für Monopolantennen finden sich unter anderem im Mobilfunk oder bei Amateurfunkgeräten.