(Fr.: antenne; Du.: Antenne; Eng.: aerial, VS: antenna), stelsel van elektrische geleiders en diëlektrica dat dient om geleide elektromagnetische golven om te zetten in vrije elektromagnetische golven (zendantenne) en omgekeerd (ontvangantenne).
Bij de zendantenne veroorzaken de stromen in en de spanningen tussen de geleiders de straling van elektromagnetische energie; bij de ontvangantenne induceren de golven een spanning aan de uiteinden van de geleiders.
Uitstraling (Fr.: rayonnement; Du.: Strahlung; Eng.: radiation).
Men kan de uitstraling aanschouwelijk maken aan de hand van een elementaire dipool (Fr.: dipôle de Hertz; Du.: elementar Dipol, Hertzscher Dipol; Eng.: infinitesimal dipole, Hertzian dipole), d.w.z. een recht stukje geleider met een verwaarloosbare doorsnede en een lengte l die zeer klein is ten opzichte van de golflengte van de opgewekte elektromagnetische golf. Men veronderstelt voorts dat door de geleider, over de gehele lengte gelijkelijk, een sinusvormige wisselstroom loopt, bijv. van en naar twee plaatjes, die de lading kunnen verzamelen aan de uiteinden van de geleider. Met de vergelijkingen van Maxwell kan men dan de optredende velden berekenen. In de nabijheid van de dipool ontstaat een elektrisch veld dat maximaal is als de lading op de plaatjes maximaal is; de stroom door de geleider is dan nul. Het magnetische veld is daarentegen met de stroom maximaal, terwijl dan de lading op de plaatjes en dus het elektrische veld nul is. Het magnetische en elektrische veld zijn 90° met elkaar in fase verschoven.
Op bepaalde momenten is de elektromagnetische energie verzameld in het elektrische veld en even later in het magnetische veld; dit is het nabije elektromagnetische veld. Door de eindige voortplantingssnelheid van het elektromagnetische veld is het niet mogelijk dat deze situatie zich gelijktijdig in de gehele ruimte voordoet: er treden faseverschuivingen op. Met andere woorden: het elektrische veld in de verte dat niet anders ontstaan kan zijn dan door een voorafgaande fase van de trilling van de dipool, kan niet tijdig zijn energie overdragen aan het magnetische veld in de buurt van de dipool.
Het elektrische en magnetische veld gaan te zamen in de verte een eigen leven leiden: zij planten zich voort als een elektromagnetische golf; men noemt dit veld het stralingsveld (Fr.: champ de rayonnement; Du.: Strahlungsfeld; Eng.: radiation field). De sterkte van beide componenten is hier omgekeerd evenredig met de afstand tot de dipool, in tegenstelling tot de situatie in het nabije veld, waar de sterkte van het elektrische veld omgekeerd evenredig is met de derde macht van de afstand en de sterkte van het magnetische veld omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand. De magnetische veldsterkte als gevolg van het nabije veld en de veldsterkte als gevolg van het stralingsveld hebben dezelfde grootte op een afstand van de dipool die gelijk is aan de golflengte gedeeld door 2𝜋. Het gecombineerde veld in dit gebied noemt men het overgangsveld. In het stralingsveld hebben de elektrische en magnetische veldsterkten dezelfde fase, d.w.z. bereiken gelijktijdig hun maximum, staan in richting loodrecht op elkaar en beide loodrecht op de voortplantingsrichting, terwijl de verhouding tussen de elektrische en de magnetische veldsterkten slechts van het voortplantingsmedium afhangt. In vacuüm bedraagt deze verhouding 120𝜋.
Als gevolg van de uitstraling dient er aan de dipool voortdurend energie toegevoerd te worden om de trilling in stand te houden. Men kan aan de dipool een fictieve weerstand toekennen, de zgn. stralingsweerstand (Fr.: résistance de rayomement; Du.: Strahlungswiderstand; Eng.: radiation resistance), die een zodanige grootte heeft dat het hierin bij afwezigheid van straling opgewekte vermogen gelijk is aan het uitgestraalde vermogen, indien men onderstelt dat door de weerstand dezelfde stroom vloeit als in de dipool.
Is de stroomverdeling in een antenne bekend dan kan men zich deze opgebouwd denken uit een groot aantal elementaire dipolen en het totale veld van de antenne is dan gelijk aan de som van de velden van alle elementaire dipolen. De stroomverdeling is echter pas bekend als voor de antenne en de omgevende ruimte de vergelijkingen van Maxwell zijn opgelost, waarbij voldaan moet zijn aan de door de geleiders gestelde randvoorwaarden; deze procedure is meestal moeilijk of niet uitvoerbaar. Soms is echter de stroomverdeling in redelijke benadering af te schatten en kan ook het veld bij benadering berekend worden.
Eigenschappen.
De elektrische eigenschappen van een antenne worden o.a. gekarakteriseerd door de stralingsweerstand of meer algemeen de antenne-impedantie, het effectief oppervlak, het antennerendement, de effectieve lengte en het stralingsdiagram waarmee samenhangt de antennewinst; deze grootheden zijn voor de meeste antennes afhankelijk van de frequentie waarvoor de antenne wordt gebruikt.
De antenne-impedantie (Fr.: impédance d’antenne; Du.: Antennenimpedanz; Eng.: antenna impedance) is de impedantie die men meet aan de aansluitklemmen van de antenne; men kan zich deze voorstellen als een serieschakeling van de stralingsweerstand, de verliesweerstand in de antenne zelf, de aardweerstand, de eigen zelfinductie van de antenne en van de eigen capaciteit. De effectieve lengte of de effectieve hoogte (Fr.: longueur effectif hauteur effectif; Du.: effektive Lange, effektive Höhe; Eng.: effective length) van een ontvangantenne is gelijk aan de verhouding tussen de in de antenne geïnduceerde open klemspanning en de ter plaatse heersende veldsterkte bij afwezigheid van de ontvangantenne.
Zendantennes met gelijke effectieve lengte leveren, bij gelijke ingaande stroom en gelijk rendement, gelijke veldsterkte op in het stralingsveld.
Het effectief oppervlak of de absorptiedoorsnede (Fr.: surface effective; Du.: Wirkfläche, Absorptionsquerschnitt; Eng.: effective area, absorption cross section) van een antenne (symbool: Aeff) is de verhouding tussen het maximaal door de antenne opgevangen vermogen Pr en de intensiteit (SI: W m−2) van de elektromagnetische golf: Aeff = Pr/S.
Het antennerendement (Fr.: rendement d’antenne; Du.: Antennenwirkungsgrad; Eng.: antenna efficiency) is gelijk aan de verhouding tussen het door de antenne uitgestraalde vermogen en het aan de antenne toegevoerde vermogen. Bij hoge frequenties is dit rendement meestal bijna gelijk aan 1, bij lagere frequenties, als de antenne klein is ten opzichte van de gebruikte golflengte, kan het nogal wat minder zijn. Bij apertuurantennes wordt vaak een andere definitie gebruikt, te weten de verhouding tussen het effectief oppervlak en het fysisch oppervlak van de apertuur. Deze verhouding wordt onder meer nadelig beïnvloed door verschijnselen zoals blokkering en ‘spill-over’ en door fouten in de fase- en amplitudeverdeling van het elektromagnetisch veld in de opening van de antenne, bijv. veroorzaakt door onregelmatigheden in het oppervlak van de reflector.
Het stralingsdiagram (Fr.: diagramme de rayonnement; Du.: Strahlungsdiagramm; Eng.: radiation pattern) geeft de gevoeligheid van een ontvangantenne, resp. de hoeveelheid uitgezonden straling van een zendantenne, aan als functie van de richting. In de meest ruime zin des woords is het stralingsdiagram dus een driedimensionale figuur met de positie van de antenne als oorsprong. In de praktijk geeft men echter het stralingsdiagram tweedimensionaal weer door de gevoeligheid, resp. de hoeveelheid uitgezonden straling als functie van de richting uit te zetten in een bepaald vlak. Dit stralingsdiagram is in het algemeen verschillend voor verschillende vlakken. Meestal is het voldoende het horizontale en het verticale stralingsdiagram te geven.
Bij de scherp bundelende antennes geeft een smalle lus in het stralingsdiagram de richting aan van maximale uitstraling resp. van maximale gevoeligheid. Dit is de hoofdbundel (Fr.: faisceau principal; Du.: Hauptbündel; Eng.: main beam) of hoofdlob (Fr.: lobe principal; Du.: Hauptzipfel; Eng.: major lobe). Op deze lus zijn punten aan te geven voor welker richting de stralingsintensiteit (bij een zendantenne) tot de helft is gedaald ten opzichte van de richting van maximale intensiteit. De hoek tussen deze richtingen noemt men de bundelbreedte (Fr.: largeur du faisceau; Du.: Bündelbreite; Eng.: beam width; VS: aperture angle). In het stralingsdiagram vindt men meestal nog wat kleinere maxima naast het hoofdmaximum van de hoofdbundel. Deze kleinere lussen zijn de zijlussen of zijlobben (Fr.: lobe sécondaire; Du.: Nebenzipfel; Eng.: minor lobe, side lobe). Deze zijlussen geven aanleiding tot straling in ongewenste richtingen. Het zijlusniveau is de verhouding tussen het maximum van de zijlussen en het maximum van de hoofdlob. De niveaus worden meestal opgegeven in decibel.
De antennewinst (Fr.: gain d’antenne; Du.: Antennengewinn; Eng.: antenna gain) is de verhouding tussen het vermogen dat aan een isotrope straler en het vermogen dat aan de desbetreffende antenne moet worden toegevoerd om in de richting van maximale straling in het stralingsveld voor beide antennes dezelfde veldsterkte te verkrijgen. De isotrope straler is een fictieve antenne die naar alle richtingen evenveel uitstraalt. In de praktijk is het echter vrijwel onmogelijk een dergelijke antenne te construeren. Het verband tussen de antennewinst g en het effectief oppervlak Aeff volgt uit:
g = 4π/λ² Aeff
waarin λ de golflengte van de elektromagnetische golf voorstelt. De antennewinst is een maat voor het richteffect (Fr.: directivité; Du.: Richtfähigkeit; Eng.: directivity) van een antenne. Voor scherp gebundelde antennes is een vuistregel voor het verband tussen de antennewinst g en de bundelbreedte φ eenvoudig af te leiden: g ≈ 16/φ2. Antennes voor vaste verbindingen worden scherp gericht, teneinde met zo weinig mogelijk vermogen een optimale verbinding tot stand te brengen, bijv. bij straalverbindingen. Tevens is de ontvangst van storende signalen uit andere richtingen gering. Om de richting te kunnen meten waarin zich bepaalde zenders of reflecterende voorwerpen bevinden, maakt men gebruik van de richtingsgevoeligheid bij peil- en radarantennes die draaibaar zijn opgesteld.
Reciprociteitstheorema.
Bij verwisseling van functie van de zend- en de ontvangantenne zal de verhouding tussen uitgezonden en ontvangen vermogen dezelfde zijn, d.w.z. dat er geen principiële verschillen zijn tussen een zend- en ontvangantenne, hetgeen inhoudt dat een antenne bij dezelfde frequentie voor beide toepassingen gelijke eigenschappen bezit, zoals gelijke antenne-impedantie, gelijk rendement, gelijke effectieve lengte, gelijk stralingsdiagram enz. De grote constructieverschillen die soms bij dezelfde frequentie tussen zenden ontvangantennes bestaan, zijn dan ook een gevolg van de zeer uiteenlopende eisen die gesteld worden. Zendantennes moeten in het algemeen veel grotere vermogens verwerken, hetgeen elektrisch en mechanisch hogere eisen stelt, ook al doordat men naar een maximaal rendement streeft. Bij omroepzenders wenst men voorts meestal in alle richtingen een zo goed mogelijke ontvangst, waarvoor men een optimale, rondstralende zendantenne toepast die in het horizontale vlak een vrijwel cirkelvormig stralingsdiagram heeft en die eventueel in het verticale vlak bundeling kan vertonen in horizontale richting. Bij ontvangantennes kan men een eventueel richteffect juist gebruiken om de invloed van storingen en reflecties (bijv. bij televisie) te verminderen.
Polarisatie.
De polarisatierichting van de elektromagnetische golf wordt bepaald door de richting van het elektrische veld van de golf in de ruimte. Men spreekt van lineaire polarisatie als de richting van het elektrische veld bij golfverbreiding constant blijft. Bijzondere gevallen hiervan zijn de horizontale en de verticale polarisatie. Indien het elektrische veld bij de golfverbreiding een rotatie vertoont terwijl de amplitude constant blijft, spreekt men van circulaire polarisatie, die rechtsom of linksom gericht kan zijn gezien in de voortplantingsrichting. Indien de amplitude bij de rotatie niet constant blijft heeft men te maken met een elliptisch gepolariseerde golf. De richting(en) van de geleiders waaruit de zendantenne is opgebouwd bepalen de polarisatie van de uitgezonden golf, terwijl, in overeenstemming met het reciprociteitsbeginsel, bij een ontvangantenne de richting(en) van de in de geleiders geïnduceerde stromen bepaald worden door de polarisatie van de invallende golf, zodat hiermee voor optimale ontvangst bij de constructie rekening gehouden moet worden. Zo dient bijvoorbeeld een horizontaal opgestelde dipoolantenne voor het ontvangen van horizontaal gepolariseerde golven.
Soorten.
De elementaire dipool of straler van Hertz is de basis van vele theoretische beschouwingen en berekeningen. Voor de stralingsweerstand Rs geldt:
Rs = 80𝜋2l2 / λ2, waarin l de lengte van de straler en λ de golflengte van de uitgestraalde elektromagnetische golf voorstelt; voor de antennewinst g geldt: g = 1,5.
De korte dipoolantenne bestaat uit twee in elkaars verlengde liggende rechte geleiders, die in het midden worden gevoed en waarvan de totale lengte klein is ten opzichte van de gebruikte golflengte (l ⪡ ½λ). De stralingsweerstand Rs = 200 l2λ2; de effectieve lengte heff = ½l; de antennewinst g = 1,5.
Bij de verticale dipoolantenne kan een der geleiders vervangen worden door de aarde, mits deze ter plaatse goed geleidend is en dan als reflector fungeert, zodat de andere helft van de dipool als het ware gevormd wordt door het spiegelbeeld van de antenne in de aarde met tegengestelde potentiaalverdeling. Men spreekt dan wel van marconiantenne (met l ⪡ ¼λ). De stralingsweerstand is gegeven door
Rs = 400 l2 / λ2; heff = ½l ; g = 3.
(De radiotoren Lopik is met inbegrip van de erop geplaatste antennes 382 m hoog en daarmee een der hoogste torens in West-Europa. De ronde betonnen toren telt 25 verdiepingen, heeft een middellijn van bijna 11 m en is 96 m hoog.
De radiotoren (in totaal 8000t) rust op een sterk fundament, bestaande uit 130 betonnen palen met daarop een voetplaat van 400 m3 beton. De stalen mast, waaraan op verschillende niveaus de radio-, televisie- en semafoonantennes zijn bevestigd, steunt eveneens op een betonnen draagvloer van 3 m dikte, gelegen op de 23ste verdieping van de betonnen toren. De antennemast met een middellijn van 2 m wordt in balans gehouden met kabels die een diameter hebben van 3,8...5,4 cm en op een hoogte van resp. 140, 220, 280 en 340 m aan de metalen constructie zijn bevestigd. De antennemast is tot een hoogte van 350 m bereikbaar met een lift, waarin plaats is voor 2 personen.
Op de grond zijn kabels verankerd in zware betonnen tuiblokken die zich op een afstand van 225 m van de radiotoren bevinden. De tuiblokken steunen op een fundament van 17 schuin geheide palen.)
De korte dipool straalt met betrekkelijk laag rendement doordat de stralingsweerstand zeer laag is en ohmse verliezen in antenne- en aardweerstand dus een relatief grote rol spelen. Verbetering geeft het aanbrengen van een aardnet, gevormd door een aantal geleiders die stervormig van het voetpunt van de antenne uit zijn gespannen, iets langer zijn dan deze en even boven of onder de grond liggen. Dit antennetype wordt gebruikt als zend- en ontvangantenne voor het lange- en middengolfgebied, omdat een afgestemde dipool onpraktisch grote afmetingen zou hebben. Topcapaciteit, verkregen door een aantal horizontale draden aan de top van de antenne tussen twee masten gespannen, geeft een wat beter rendement door de verbeterde stroomverdeling in de straler.
Bij de halve-golfantenne (½λ-dipool), kortweg dipool(antenne) genoemd, zijn beide geleiders elk een kwart golflengte lang; dit is een van de meest effectieve en meest gebruikte antennes. Deze antenne is in resonantie voor de uitgestraalde frequentie waardoor de antenne-impedantie vrijwel gelijk is aan de stralingsweerstand. Theoretisch is Rs = 73 Ω; deze waarde treedt op als de dipool is vervaardigd van verliesvrij materiaal met oneindig kleine dikte. De praktische dikte van de staven veroorzaakt enige capaciteit, een verlaging van de stralingsweerstand en een verkorting van de lengte waarbij resonantie optreedt.
Voorts geldt: heff = 2l/𝜋; Aeff = 1,64l2/𝜋; g = 1,64.
De marconiantenne met l = ¼λ of verticale dipoolantenne: Rs = 36,5 Ω (theoretisch); heff = 2l2/𝜋; g = 3,28.
De marconiantenne met l = ½λ heeft een zeer goede uitstraling in het horizontale vlak en wordt daarom veel toegepast voor omroepdoeleinden, mits de golflengte niet te lang is. Schuin naar boven, in de richting van de ionosfeer, wordt weinig uitgestraald zodat de hemelgolf (zie Golfverbreiding) bij ontvangst weinig interferentie zal veroorzaken met de grondgolf. De kans op fading wordt dus verkleind. Voor een verticale antenne met een lengte l = 0,62λ is de bundeling in het horizontale vlak maximaal bij zeer goed geleidende aarde. Verticale dipoolantennes worden gebruikt in het midden- en kortegolfgebied. Vaak zijn deze antennes uitgevoerd als getuide en geïsoleerd opgestelde, zelfstralende, stalen masten, die als dipoolgeleider fungeren.
De gevouwen dipoolantenne (Fr.: dipôle replié, trombone; Du.: Faltdipol, gefalteter Dipol; Eng.: folded dipole aerial;VS: folded dipole antenna) bestaat uit een ½λ-dipool met parallel daaraan op korte afstand een extra geleider, terwijl de uiteinden van geleider en dipool met elkaar verbonden zijn. De stralingsweerstand is viermaal zo groot als die van de normale ½λ-dipool; in de praktijk ca. 280 Ω.
Samengestelde antennes (Fr.: réseau d’antennes directives; Du.: Richtantennenanordnung; Eng.: aerial array; VS: antenna array). Door verscheidene dipolen op bepaalde afstanden boven en naast elkaar te plaatsen (gordijnantenne) en in de juiste fase te voeden, kan men bundeling loodrecht op of onder een hoek met het vlak van de dipolen verkrijgen. Een net van draden achter de dipolen fungeert als reflecterend scherm en verhindert straling achterwaarts.
De ontwikkeling van deze zendantennes, die vooral gebruikt worden in de kortegolfband, is vooral gericht op het vergroten van de bruikbare frequentieband (verscheidene zenders kunnen zo al dan niet gelijktijdig van de antenne gebruik maken), op de mogelijkheid om de richting van de bundel te regelen door de fase van de stromen in de dipolen te beïnvloeden, en op het verwerken van grote vermogens hetgeen constructieve problemen met zich meebrengt. Een voorbeeld is een gordijnantenne voor 9... 11 MHz, waaraan 1000 kW kan worden toegevoerd, bestaande uit twee maal acht dipolen en waarvan de bundel op elektrische wijze 6° gedraaid kan worden.
Bij lijnantennes en kruisantennes staan de afzonderlijke stralers (bijv. dipolen) in één lijn resp. in twee loodrecht op elkaar staande lijnen. Deze (ontvang)antennes hebben een sterk richteffect (een groot scheidend vermogen) en worden in de radio-astronomie gebruikt.
Bij sommige samengestelde antennes voor het microgolfgebied wordt aan elke straler een zendertje toebedeeld, zodanig dat zij te zamen een onscheidbaar geheel vormen. Een aantal van deze zgn. actieve stralers vormen te zamen een complete antenne. Door amplitude en fase van de elektrische trilling van iedere actieve straler op de juiste wijze te regelen, kan de bundel op elektronische wijze bewogen worden terwijl de antenne stationair blijft (fasegestuurde antenne). Dergelijke constructies worden ook toegepast als ontvangantenne. De actieve ontvangantenne die voor zeer uiteenlopende frequentiegebieden wordt toegepast, bestaat uit de eigenlijke antenne (staaf) als een onscheidbaar deel van een antenneversterker. Deze constructie heeft het voordeel dat een optimale aanpassing tot stand gebracht kan worden tussen antenne en versterker.
Bundeling ontstaat ook als men op de juiste afstanden passieve stralers (geleiders die niet met de aansluitkabel zijn verbonden) aanbrengt vóór de dipool (directoren) of er achter (reflectoren). Deze zgn. yagi-antenne (Fr.: antenne yagi; Du.: yagi-Antenne; Eng.: yagi-aerial; VS: yagi-antenna) vindt voornamelijk toepassing bij ontvangst van radio en vooral televisie in de VHF- en de UHF-band (zie Radiospectrum) waarbij is gestreefd naar een grote bandbreedte, zodat één antenne bruikbaar is voor zoveel mogelijk zenders, en naar een grote antennewinst.
Voor televisiezenders gebruikt men vaak een speciale dipoolconstructie, de vlinderantenne (Fr.: antenne à champ tournant, antenne en tourniquet; Du.: Drehkreuz, Schmetterlingantenne; Eng.: turnstile aerial; VS: turnstile antenna), die in alle horizontale richtingen even sterk straalt en een grote relatieve bandbreedte bezit. Het vlak van twee bladen staat hierbij loodrecht op het vlak van twee andere. Door verscheidene stellen boven elkaar te plaatsen, verkrijgt men bundeling in het verticale vlak (meervoudige vlinderantenne; Eng.: super-turnstile).
Bij spleetantennes of sleufantennes (Fr.: antenne fendue; Du.: Schlitzantenne, Spaltantenne; Eng.: slot aerial; VS: slot antenna) is de dipool als een spleet uitgevoerd in overigens geleidend materiaal, bijv. van de stalen mast (cilindrische sleufantenne), in tegenstelling tot de bovengenoemde antennes, waarbij een geleider in isolerend materiaal (in het bijzonder lucht) is aangebracht. Spleetantennes vinden toepassing bij televisiezenders en bij radar, in welk geval een groot aantal sleuven in de wanden van een stelsel golfpijpen is aangebracht. Terwijl de tot nu toe beschreven antennes alle uitgaan van de elektrische dipool, zijn er ook antennes die uitgaan van de magnetische dipool, gevormd door een spoel met een of meer windingen waarvan de afmetingen klein zijn ten opzichte van de golflengte. Bij deze zgn. raamantennes (Fr.: cadre; Du.: Rahmenantenne; Eng.: frame aerial, loop aerial; VS: frame antenna) wordt de klemspanning geïnduceerd door de magnetische component van het elektromagnetische veld. Door hun richteffect vinden zij toepassing als peilantenne. Het toepassen van ferromagnetisch materiaal in de spoel verbetert het nuttig effect van de antenne, terwijl de afmetingen kunnen worden verkleind (ferrietstaafantenne).
De tot nu toe besproken systemen hebben een stroomverdeling in de vorm van een staande golf. Straling is ook mogelijk als er in de geleiders een lopende golf aanwezig is.
De rombische antenne of ruitantenne (Fr.: antenne en losange, antenne rhomboidale; Du.: Reutenantenne, Rhombusantenne; Eng.: rhombic aerial; VS: rhombic antenna), die o.a. als antenne toegepast wordt voor het kortegolfgebied, is hiervan een voorbeeld. De twee horizontaal lopende geleiders vormen daarbij ieder twee zijden van een ruit. Deze antenne is vrij lang ten opzichte van de toegepaste golflengte (l = 2... 10λ). Het aantrekkelijke van een dergelijke antenne is dat zij zonder bijregeling over een vrij groot frequentiebereik (bijv. 1 op 2) gebruikt kan worden.
Frequentie-onafhankelijke antennes (VS: frequency independent antenna). De eigenschappen van de meeste tot nog toe beschreven antennes hangen in min of meer sterke mate af van de golflengte van de straling. Meestal is de antenne ontworpen voor een golflengte die dezelfde grootte-orde heeft als de lengte van de stralende elementen. Indien de lengte van de stralers echter van plaats tot plaats verandert, doch de gelijkvormigheid van de structuur behouden blijft, ontstaat een antenne waarvan de eigenschappen in principe onafhankelijk zijn van de frequentie, bijv. de logaritmisch periodieke antenne (logperiodische antenne) (VS: log-periodic antenna) en de kegelvormige spiraalantenne (VS: conical spiral antenna). Er zijn praktische uitvoeringen bekend, o.a. voor communicatie tussen vaste punten, waarvoor de verhouding tussen de hoogste en de laagste werkfrequentie meer dan tien bedraagt.
Antennes waarvan de afmetingen groot zijn t.o.v. de golflengte, dus meestal die welke bestemd zijn voor het microgolfgebied, lenen zich niet goed voor berekeningen die de elementaire straler als uitgangspunt hebben. Men past op dergelijke antennes beginselen uit de optica toe, zoals een formulering van het principe van Huygens afgeleid door S. A. Schelkunoff. Daarbij wordt verondersteld dat het elektrische en magnetische veld bekend zijn in het vlak van de opening van de antenne, d.w.z. in het stralingsoppervlak of apertuur en men leidt daaruit het elektromagnetische veld op grote afstand van de antenne af. Dergelijke antennes noemt men ook wel apertuurantennes, bijv. de paraboolantenne, de hoornantenne en de lensantenne.
De paraboolantenne (Fr.: antenne parabolique; Du.: Parabolantenne; Eng.: parabolic aerial; VS: parabolic antenna) bestaat uit een straler in het brandpunt van een parabolische reflector van metaal of van gaas met mazen die klein zijn ten opzichte van de golflengte. De primaire straler kan bestaan uit een of meer dipolen of het hoornvormige uiteinde van een golfpijp. Voor een goede bundeling zullen de afmetingen van de reflector zeer groot moeten zijn ten opzichte van de te reflecteren golflengte. Deze antennes gebruikt men in hoofdzaak in het microgolfgebied bij straalverbindingen, radar, radioastronomie en satellietcommunicatie. Vooral voor de laatste twee toepassingsgebieden zijn meestal zeer grote antennewinsten en dus zeer grote reflectoren nodig, die een diameter van meer dan 40 m kunnen hebben en beweegbaar moeten zijn.
Het effectief oppervlak van de paraboolantenne is theoretisch, dus indien al het door de reflector opgevangen vermogen op het brandpunt wordt gericht en daar door de primaire straler omgezet wordt in een geleide elektromagnetische golf:
Aeff = 𝜋/4 d 2
waarin d de diameter van de reflector voorstelt. In de praktijk treden verliezen op zodat het effectief oppervlak kleiner is. Bij een praktisch goed haalbaar rendement van 64% (ca. 2/𝜋) wordt Aeff = d 2/2. Verliezen treden bijvoorbeeld op als gevolg van afschaduwing van de reflector door de primaire straler of belichter in het brandpunt en door de daarvoor benodigde uithouders. Men spreekt dan van blokkering (Eng.: blocking) van de antenne-apertuur. De objecten voor de reflector hebben ook verstrooiing tot gevolg. Door blokkering wordt het zijlusniveau verhoogd en stijgt de antennetemperatuur. Overigens wordt een van de voornaamste zijlobben bij een paraboolantenne veroorzaakt door straling die langs de reflectorrand direct op het opvangelement valt.
Dit verschijnsel, meestal spill-over genoemd, leidt tot verlaging van het rendement en draagt ook bij tot verhoging van de antennetemperatuur omdat storende straling uit ongewenste richtingen opgevangen kan worden, bijv. temperatuurstraling van de aarde. Tevens kan de voor-achter-verhouding ongunstig beïnvloed worden, d.w.z. de verhouding tussen de gevoeligheid in de richting van de hoofdbundel en de gevoeligheid in tegenovergestelde richting. Voorts heeft een reflectorantenne een maximale antennewinst indien de apertuur uniform wordt belicht, d.w.z. door een golffront met een elektrisch veld met constante amplitude en fase. In de praktijk zal dat niet het geval zijn en is het zgn. apertuurrendement kleiner dan 100%.
De steeds toenemende omvang van deze paraboolantennes, het gebruik van gecompliceerde, ruisarme voorversterkers (bijv. gekoelde masers en parametrische versterkers) en de noodzaak om in verband met de verliezen een uiterst korte golfgeleider te gebruiken tussen antenne en voorversterker, hebben geleid tot toepassing van het cassegrainprincipe naar analogie van een soortgelijk systeem voor telescopen, dat in 1672 door de Franse opticus N. Cassegrain werd gevonden.
De hoornantenne (Fr.: antenne en cornet; Du.: Hornstrahler; Eng.: horn type radiator; VS.: horn radiator) bestaat in eenvoudige vorm uit een golfpijp met een hoornvormig uiteinde voor bundeling en aanpassing van de karakteristieke impedantie van de golfpijp aan de verhouding tussen de elektrische en de magnetische veldsterkte in lucht. De hoorn dient lang te zijn ten opzichte van de grootste afmeting van de opening om storende ongelijkheid in de fase van de golf in het vlak van de opening (apertuur) te vermijden. Bij korte hoornantennes wordt gebruik gemaakt van lenzen of delen van parabolische reflectors om de fase fouten te verkleinen. Deze antenne beschikt over uitstekende elektrische eigenschappen die door geen antenne met vergelijkbare apertuur worden geëvenaard. Hoewel dit type behalve voor straalverbindingen in het begin ook voor satellietcommunicatie werd gebruikt, is het voor dit doel in onbruik geraakt, aangezien het vereiste effectieve oppervlak leidt tot reusachtige afmetingen en bijgevolg zeer hoge bouwkosten.
Om de gecompliceerde mechanische en elektrische constructie te beschermen tegen weerinvloeden worden grote microgolfantennes soms in een zgn. antennekoepel (Eng.: radome), een koepel van kunststof, geplaatst. Aan het materiaal worden hoge mechanische en elektrische eisen gesteld; bij grondstationantennes wordt de radome inmiddels niet meer toegepast wegens de hoge kosten en de slechte elektrische eigenschappen.
De lensantenne (Fr.: antenne lentille; Du.: Linsenantenne; Eng.: lens aerial; VS.: lens antenna) toegepast in het microgolfgebied, bevat een lensvormig lichaam dat voor microgolven een analoge werking heeft als een lens voor lichtstralen. Als lensmateriaal kan men bepaalde kunststoffen gebruiken, of een kunstmatig diëlektricum bestaande uit kleine metaaldeeltjes of metalen strips of platen die loodrecht staan op de richting van de magnetische component van het elektromagnetische veld.