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1

Donnerstag, 6. Oktober 2011, 19:46

Warum soll eine Atenne resonant sein?

Hallo und zuerst einmal Entschuldigung für diese dumme(?) Frage!
Ich habe nach längerem Nachdenken nun endlich die Wirkungsweise des L-Tuners (z.B. Rothammel, 12. Auflage, S173f) verstanden. Dieses L-Glied (ein C, ein L) wird auch vom MMana_Gal zur Anpassung berechnet.
Das kann man ja so berechnen, daß eine beliebigee komplexe Antennenimpedanz auf 50 Ohm reell angepaßt werden kann, man also ein SWR von 1 bekommen kann.

- Wenn ich das richtig verstanden habe, wird damit aber NICHT die Antenne in Resonanz gebracht sondern NUR die Impedanz auf reelle 50 Ohm angepaßt.

-> Ist also meine bisherige Betrachtungsweise
1. Antenne mit DipIt auf Resoanz bringen
2. Mit L-Tuner Impedanz auf 50 Ohm (also SWR=1) bringen
richtig oder falsch? Erst Resonanz herstellen und dann anpassen oder Schritt1 weglassen und gleich anpassen? Und warum?

Laut Rothammel betragen die Verluste im L-Tuner gerade einmal 1,8%...


mfG Alexander

2

Donnerstag, 6. Oktober 2011, 20:04

1. Antenne mit DipIt auf Resoanz bringen
2. Mit L-Tuner Impedanz auf 50 Ohm (also SWR=1) bringen
Richtig!

Eine Antenne ist immer wie ein Schwingkreis zu betrachten. Wird gerne auch grafisch so dargestellt, wie er dann geöffnet und zur Antenne wird. Die guten Eigenschaften eines Schwingkreises gelten nur bei der Resonanzfrequenz. Dort schaukelt sich die meiste Energie auf, die bei einer Antenne abgegeben werden kann. Darunter oder darüber gibt es eben keine maximale Wirkung.

Nun muss man einem Schwingkreis in Resonanz immer ein bischen Energie im richtigen Moment zuführen, damit die Schwingung erhalten bleibt.

Prinzipiell wie bei der Schaukel. Versuchen wir beispielsweise den durch die Pendellänge vorgegebene Schwingungsdauer der Schaukel von aussen zu ändern, so wird das Schaukeln sowie die Zufuhr durch unseren Arm kein Vergnügen mehr sein. Es kostet zudem Kraft, die Verluste steigen, wir sind eher erschöpft. Gleiches passiert, (sinngemäß, die grossen Theoretiker mögen mir die Einfachheit dieses Vergleiches nachsehen) wenn wir per Zufuhr von unseren Schwingungen (=AFU-QRG) eine nicht auf die AFU-QRG resonante Antenne dazu zwingen wollen, richtig zu schwingen.

Die optimale Wirkung wird sich nicht einstellen. Der obige Weg ist in der Regel der richtige.
73 de Michael, DF2OK Ich bin nicht auf der Welt, um so zu sein, wie andere mich gern hätten. Webseite qrz.com YouTube Twitter
~ DARC ~ G-QRP-Club ~ DL-QRP-AG ~ AGCW ~ FISTS ~ QRPARCI ~ SKCC ~

3

Donnerstag, 6. Oktober 2011, 20:06

Das ist keine dumme Frage. Über dieses Thema wurden hier schon seitenlange Diskussionen geführt.

- Wenn ich das richtig verstanden habe, wird damit aber NICHT die Antenne in Resonanz gebracht sondern NUR die Impedanz auf reelle 50 Ohm angepaßt.


Das ist korrekt, oder kurz zusammengefasst:

Ein Antenne muss nicht resonant sein, damit sie "maximal" strahlt und die gesamte von ihr aufgenommene Energie in den Raum abgibt!
Ist die Antenne nicht resonant, ist ihr Fußpunktwiderstand lediglich nicht reell, sondern komplex, besteht also aus einem (realen) ohmschen Anteil und einem (imaginären) induktiven oder kapazitiven Anteil.

Wenn die Eingangsimpedanz der Antenne nicht mit dem Wellenwiderstand der Speiseleitungübereinstimmt, dann transformiert die Leitung die komplexe Impedanz der Antenne in Abhängigkeit von der Länge der Leitung und ihrem Wellenwiderstand. Die Transformation erfolgt nach den Regeln der Leitungsgleichung, und kann grafisch im Smith Diagramm anschaulich dargestellt werden. Am senderseitigen Ende der Leitung erscheint also der transformierte Wert der Fußpunktimpdedanz der Antenne. Nur die "sieht" der Sender.

Damit der Sender seine gesamte Leistung an die transformierte Impedanz abgeben kann, stimmt man mit einem Antennen-Tuner (oder bei Röhren PAs mit dem Ausgangskreis) den imaginären Anteil der Impdeanz durch enien gleich großen aber mit entgegengesetztem Vorzeichen behafteten Blindwiderstand weg und transformiert den ohm'schen Anteil auf die vom Hersteller des Senders spezifizierte Impedanz, in der Regel sind das heute 50 Ohm. Man nennt das konjugiert komplexe Anpassung. Ein Antennentuner "tunt" also mitnichten die Antenne, sondern sorgt lediglich für die Anpassung des Senderausgangs auf die (transformierte) Impedanz am Leitungseingang.

73, Günter

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »DL4ZAO« (7. Oktober 2011, 07:30)


4

Donnerstag, 6. Oktober 2011, 20:51

Ein Antenne muss nicht resonant sein, damit sie "maximal" strahlt und die gesamte von ihr aufgenommene Energie in den Raum abgibt!
Günter, da hast Du absolut Recht.
Alles, was HF aufnimmt, kann auch erfolgreich zum Abstrahlen bewegt werden.
Ich wollte erst einmal die einfache Variante erklären.
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5

Freitag, 7. Oktober 2011, 15:22

Hallo Alexander,

Deine Betrachtungsweise ist sehr richtig. Die Abstrahlung einer Antenne ist proportional zum Antennenstrom. Der ist bei Resonanz der Antenne in sich maximal. beim Betrieb mit einer angepassten Speiseleitung (Koax) sollte man unbedingt dafür sorgen , dass keine Teile der Speiseleitung Bestandteil der Resonanz sind. Also Mantelwellensperre, Balun wichtig.
Bei einer abgestimmten Speiseleitung (z.B. Hühnerleiter ) ist das resonante System die Antenne, die HL und der Koppler. Alle 3 Komponenten müssen verlustarm sein und am Kopplerport müssen extreme Reaktanzen (hoch und niedrig) durch Wahl der HL Länge vermieden werden.
Aber das ist ein anderes Thema.

73s

Lutz

6

Freitag, 7. Oktober 2011, 15:38

Da ist ja ziemlich viel in einem Topf verrührt, so dass ich schwerlich einen Zusammenenhang mit der Ausgangsfrage erkennen kann?
Resonanz der Antenne in sich - Mantelströme - Teile der Speiseleitung Bestandteil der Resonanz - der Koppler als Teil des resonanten Systems

Das erinnert mich an die legendäre Szene in der "Feuerzangenbowle": Wat is en Dampfmaschin... ?

Da stell ich mich mal ganz dumm, denn das solltest du mal näher erläutern..

73, Günter

Dieser Beitrag wurde bereits 2 mal editiert, zuletzt von »DL4ZAO« (8. Oktober 2011, 12:01)


7

Freitag, 7. Oktober 2011, 17:16

Zuerst vielen Dankk für Eure Antworten. Allesdings bin ich immer noch verwirrt ;-)
Soll ich nun erst versuchen eine Antenne auf Resonanz zu kürzen/verlängern und dann anpassen oder nicht?
Günter verstehe ich eigentlich so, daß ich die Antenne NICHT auf Resonanz kürzen/verlängern muß, da ich den imaginären Anteil ja konjugiert komplex "weg-annpassen" kann. - Das würde dann aber im Extremfall bedeuten, daß ich mir über die Antenneanlänge gar keine Gedanken machen müßte.

"Wat is en Dampfmaschin?"
Den Einwurf habe ich jetzt nicht verstanden, aber nachher kommt ein Mann, der uns Radium zeigen will.


mfG Alexander

8

Freitag, 7. Oktober 2011, 17:55

Erst auf Resonanz bringen, dann sich um die Speisepunktimpedanz kümmern. Bei der Anpassung große L Werte vermeiden. (Hohe Betriebsgüte ->hohe Verluste) Besser mit Leitungstrafo transformieren. Bei Resonanz der Antenne sollte die Impedanz nahe der Resonanzfrequenz der Antenne reell sein. Also musst Du nur transformieren.

Den letzten Beitrag von DL4ZAO verstehe ich auch nicht.

73s

Lutz

9

Freitag, 7. Oktober 2011, 18:07

Lieber Alexander,

die Antworten zu diesem Thema gingen etwas auseinander, da kann ich dich verstehen. Ich würde das Problem zunächst so ausdrücken:

Eine Antenne muß nicht in Resonanz sein; selbst wenn sie in Resonanz wäre, könnte es der Fall sein, daß sie ohne ein Anpaßgerät nicht optimal zu betreiben wäre. Sie sollte nur die eingespeiste Leistung optimal abstrahlen können, wobei der Begriff "optimal" auch Kompromisse bedeuten kann. Es gibt ja auch ausgesprochene Breitbandantennen, die über einen größeren Frequenzbereich eine ausreichende Anpassung haben, auch wenn das SWR bis 2 oder 3 hoch gehen kann. Angepaßt auf 50 Ohm wird auch in d iesem Fall mit einem Anpaßgerät. Verluste in Anpassgeräten würde ich zunächst nicht allzu tragisch nehmen, das schließt halt den genannten Kompromiß ein. Selbst eine resonante Antenne wäre innerhalb eines Amateurbandes nicht überall richtig resonant! Eine nicht in Eigenresonanz befindliche Antenne ohne Anpaßgerät zu betreiben wäre auf alle Fälle der größere Fehler.

Andererseits sollte eine Antenne auch nach Möglichkeit für das tiefste abzustrahlende Frequenzband möglichst lang sein (bei konischen Breitbandantennen ausreichend groß sein).

Der Kompromis im Amateurfunk ist also, die Antenne für die tiefste Frequenz möglichst lang zu machen, und die Anpassung an den Sender erfolgt dann mit einem Anpaßgerät. Auf höheren Bändern wird die Drahtantenne dann in Oberwellen erregt, was die Strahlungscharakteristik der Antenne verändert. Sie strahlt dann mehr in Spannrichtung, was im Amateurfunk ebenfalls genutzt wird, wenn das am Aufbauort machbar ist.

OK?
Ha-Jo, DJ1ZB

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »dj1zb« (7. Oktober 2011, 23:39)


10

Samstag, 8. Oktober 2011, 13:08

Allesdings bin ich immer noch verwirrt ;-).

Dann versuchen wir mal die Verwirrung etwas aufzulösen


Ich habe nach längerem Nachdenken nun endlich die Wirkungsweise des L-Tuners (z.B. Rothammel, 12. Auflage, S173f) verstanden. Dieses L-Glied (ein C, ein L) wird auch vom MMana_Gal zur Anpassung berechnet. Das kann man ja so berechnen, daß eine beliebigee komplexe Antennenimpedanz auf 50 Ohm reell angepaßt werden kann, man also ein SWR von 1 bekommen kann. Wenn ich das richtig verstanden habe, wird damit aber NICHT die Antenne in Resonanz gebracht sondern NUR die Impedanz auf reelle 50 Ohm angepaßt.


Das hast du vollkommen richtig verstanden.
Wie HaJo auch bereits angeführt hat, ist es nicht notwendig, dass eine Antenne in Resonanz ist. Im Falle, dass die Antennenimpedanz an den Sender angepasst ist, strahlt eine nicht-resonante Antenne genauso.

-> Ist also meine bisherige Betrachtungsweise
1. Antenne mit DipIt auf Resoanz bringen
2. Mit L-Tuner Impedanz auf 50 Ohm (also SWR=1) bringen
richtig oder falsch? Erst Resonanz herstellen und dann anpassen oder Schritt1 weglassen und gleich anpassen? Und warum?


Da Resonanz keine zwingende Voraussetzung ist, damit eine Antenne Energie abstrahlt, ist es wie HaJo schon festgestellt hat, unabhängig von der Reihenfolge grundsätzlich wichtig, DASS angepasst wird. Bitte denke daran: eine resonante Antenne hat zwar einen reellen Eingangswiderstand, der muss aber nicht zwangsläufig 50 Ohm betragen. Je nachdem, wo man einspeist oder bei Vielfachen von Lamda/2, kann er mehrere hundert Ohm betragen.

Falls du dich aber beispielsweise entscheidest, einen mittengespeisten, resonanten Halbwellendipol zu bauen, dessen Eingangwiderstand bei Resonanz bequemerweise etwa dem üblichen Wellenwiderstand eines Koaxkables entspricht, dann macht es natürlich Sinn, ZUERST die Antenne auf die gewünsche Resonanz zu stimmen und DANN die noch verbleibenden Impedanzabweichungen mit einem Tuner anzupassen. Das gilt natürlich genauso auch für andere resonante Antennenformen oder für andere Speiseleitungen. Das Prinzip ist das Gleiche.

Laut Rothammel betragen die Verluste im L-Tuner gerade einmal 1,8%...

Das gilt natürlich nur für das dort durchgerechnete Beispiel. Die Anpassverluste hängen von verschiedenen Parametern ab. Sie sind zum Beispiel abhängig von der Größe des zu transformierenden Impedanzverhältnisses, vom L/C Verhältnis im Tuner, von der Güte der Bauelemente, von der Frequenz etc.
Neben den Verlusten im Anpassgerät sind bei einem hohen SWR auf der Leitung auch die SWR-bedingten Zusatzverluste auf der Speiseleitung in Betracht zu ziehen. Das ist der Hauptgrund, warum für nicht-resonante oder hochohmige Antennen gerne eine Hühnerleiter verwendet wird - sie hat im Vergleich zum Koaxialkabel geringere Verluste.

Eine anschauliche Präsentation der Vorgänge bei der Anpassung findest du bei DJ9CS hier:
[url]http://www.mods-ham.com/20_Antennen-Theorie/Antennen-Anpassung/Anpassung.pdf[/url]

73, Günter

Dieser Beitrag wurde bereits 3 mal editiert, zuletzt von »DL4ZAO« (8. Oktober 2011, 14:04)


11

Samstag, 8. Oktober 2011, 17:20

Die Ausführungen von DJ9CS sind soweit ganz in Ordnung, nur zum Thema "Balun vor oder hinter einem Anpaßgerät" gehe ich mit ihm nicht konform! Ich bevorzuge den Hybridbalun hinter dem Anpaßgerät, dann braucht man das Gehäuse des asymmetrischen Anpaßgerätes nicht von Masse isoliert zu betreiben. Siehe auch die Webseite von DF1BT. Dass der Hybridbalun gut funktioniert, hat mir DL8RAM ebenfalls kürzlich bestätigt.

Aber soweit ist ja der Alexander mit seinen Antennen noch nicht.
Ha-Jo, DJ1ZB

12

Samstag, 8. Oktober 2011, 18:13

Die Ausführungen von DJ9CS sind soweit ganz in Ordnung, nur zum Thema "Balun vor oder hinter einem Anpaßgerät" gehe ich mit ihm nicht konform! Ich bevorzuge den Hybridbalun hinter dem Anpaßgerät, dann braucht man das Gehäuse des asymmetrischen Anpaßgerätes nicht von Masse isoliert zu betreiben.

HaJo, ich denke dass DJ9CS nicht grundsätzlich von einen Balun hinter dem ATU abrät, sondern dass sich seine Kritik hier speziell gegen den simplen Guanella Transformator, wie er in dem von ihm abgebildeten MFJ Tuner als "BALUN" verwendet wird, richtet. Wolfgang Wippermann, DG0SA, begründet in einer Abhandlung plausibel warum: http://www.wolfgang-wippermann.de/BalunAtuHl.pdf

Die von dir verwendete Kombination aus Transformator und "BALUN für unbestimmte Impedanzen" (DG0SA nennt dich übrigens als "Urheber" dieses Begriffes) hinter dem ATU findet schon seine Zustimmung .

73, Günter

13

Samstag, 8. Oktober 2011, 23:59

Lbr Günter,

ich würde mich freuen, wenn es wirklich so wäre. Recht hat DJ9CS damit, daß der bisher übliche 1:4-Spannungsbalun am Ausgang eines Anpaßgerätes alleine nicht allen Anforderungen gerecht wird. Dass DG0SA den Begriff vom Balun für unbestimmte Impedanzen übernommen hat, habe ich gelesen. Trotzdem ist der von ihm vorgeschlagene Strombalun alleine, der unbestimmte Impedanzen anpassen soll, mit meinem Hybridbalun noch nicht gleichzusetzen (er hat halt einmal, wie auch DF1BT festgestellt hat, die Bemerkung gemacht, ein Spannungsbalun am Ausgang eines ATU sei so überflüssig wie ein Heizer auf einer E-Lok, und davon kann er sich offenbar nicht so einfach lösen). Dabei kann es durchaus sein, daß der Strombalun alleine in vielen Fällen die Anforderungen ausreichend erfüllt. Auch Thilo Kootz von der Verbandsbetreuung des DARC hat seinen Dipol (mit zwei V-förmigen Dipolhälften von je 23 m Länge, damit die Antenne auf 160 m mehr Kapazität hat und sich gut anpassen läßt) sowohl mit dem Hybridbalun anpassen können als auch mit einem Strombalun genügend hoher Induktivität alleine. Bei dem ist er schließlich geblieben, weil er so auf einfache Weise eine Dipolhälfte auch für den Empfang auf tieferen Frequenzen nutzen wollte (sein ATU hat Pi-Filter-Charakter). DF1BT dagegen betont ausdrücklich, daß beim Hybridbalun über den Mittelpunkt des Spannungsbaluns auch das gesamte Antennensystem statisch geerdet ist; beim Strombalun alleine wäre es nur eine Dipolhälfte (vielleicht abhängig von der Schaltung des Anpaßgerätes) . Hier zeigt sich wieder, daß jeder im Grunde sein eigener Schmied ist, wie er am glücklichsten wird. Das muß jeder also mit sich selbst abmachen.

OK?
Ha-Jo, DJ1ZB

14

Montag, 10. Oktober 2011, 09:58

...er ( Red: DG0SA) hat halt einmal die Bemerkung gemacht, ein Spannungsbalun am Ausgang eines ATU sei so überflüssig wie ein Heizer auf einer E-Lok ...


HaJo, genaugenommen, so glaube ich, schrieb er: "ein Spannungsbalun 1:1 ist so überflüssig wie ein Heizer auf einer Elektrolok"
Aber ich stimme dir zu, es gibt auch gute Gründe, die dafür sprechen.

73, Günter

15

Montag, 10. Oktober 2011, 10:04

Vielen Dank für alle Eure Hinweise, Links und Erklärungen. Es ist jetzt zumindest ein wenig klarer und ich habe ja nun auch einigen Stoff zum Lesen und drüber Nachdenken ;)

mfG Alexander

16

Dienstag, 11. Oktober 2011, 10:47

@ Alexander

zu deiner Fragestellung habe ich hier noch ein informative Webseite gefunden: http://www.hb9cru.ch/KW/ISOTRON_DL3AYJ.htm

73, Günter

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