Fundamentals der Mini-Whip-Antenne (1)


  • An anderer
    Stelle in diesem Forum habe ich mir den Zorn langjähriger Mitglieder zugezogen,
    nachdem ich in angeblich "arroganten Stil" "herabwürdigende Äusserungen"
    über "sehr geschätzte" Autoren getätigt habe.

    Ich habe damals angeboten, mich eines Besseren belehren zu lassen
    und dann öffentlich Buße zu tun, aber geschehen ist leider nichts.


    E- und H-Antennen allgemein sowie speziell die MiniWhip und deren Funktion
    sind sind aber ein zu wichtiges Thema, um es Emotionen, Populärwissen und Glaubenskriegen zu überlassen.
    Ich werde deshalb im Folgenden sachlich zum Thema Stellung nehmen

    und meine Kritik der Funktionserklärung der Mini-Whip [5] kurz erläutern,
    soweit es der begrenzte Platz in diesem Forum zulässt.


    Auf Wunsch von Peter DL2FI, mit dem ich in Bergheim ein sehr konstruktives Gespräch führte,
    plaziere ich das Thema in einen neuen Thread unter "High Level Wissen",
    aber keine Angst, so sehr hochtrabend ist es gar nicht.

    DL4ZAO führt einen Kronzeugen [1] für die Funktion der Mini-Whip an :
    Auf die gleichen Fakten, allerdings ohne den numerischen Nachweis wie ihn Pieter-Tjaerk führte,
    hat auch schon früher VK1OD, Owen Duffy hingewiesen.


    Bei Owen Duffy [1] lesen wir gleich zu Anfang:
    How DOES the PA0RDT Mini-Whip work
    E-Field-Magic

    The theme of E-field and H-field antennas and benefits is a recurring one in ham radio.
    Because a radiated wave contains E field and H field in fixed proportions,
    most of the discussion is bunk.
    Wie die PA0RDT Mini-Whip tatsächlich funktioniert
    E-Feld Magie

    Ein immer wiederkehrendes Thema im Amateurfunk sind E-Feld- und H-Feld-Antennen.
    Weil eine abgestrahlte Welle E- und H-Feld in festem Verhältnis zueinder enthält,
    ist das meiste dieser Diskussion "bunk".
    Langenscheidts Wörterbuch: bunk (gesprochen bank) = bunkum = Quatsch, Blödsinn, Gewäsch


    Zum gleichen Thema schreibt Rothammels Antennenbuch [2] :
    Die Bezeichnung Magnetantennen oder auch Magnetfeldantennen ist etwas unglücklich,
    um nicht zu sagen irreführend, denn Antennen wandeln nicht nur einzelne Feldkomponenten,
    sondern das ganze elektromagnetische Feld.

    Diese Erkenntnis ist durchaus nicht neu, sondern findet sich schon beim Erfinder
    der Rahmenantenne, heute meist Loop genannt, Ferdinand Braun im Jahre 1914 [3]:
    Die Unterscheidung zwischen elektrischer und magnetischer Kraft ist ...
    vielfach unrichtig aufgefasst worden und hat manche Autoren ... dahin geführt,
    dass sie unter Umständen von rein magnetischen Wellen reden wollen.
    Die Rechnung mit elektrischen Vektoren ist ebenso berechtigt und muss zu denselben Ergebnissen führen.

    Bis in die Köpfe scheint es aber ein weiter Weg und so findet sich nach mehr als 100 Jahren
    kaum eine technische Veröffentlichung zu diesem Thema, in der dieser "bunk"
    nicht wiederholt wird.

    So auch bei DL4ZAO, der darauf einen ganzen Vortrag [4] aufbaut, der durch seine
    erstklassige Aufmachung dem ahnungslosen Zuhörer durchaus glaubhaft erscheint.
    Tatsache ist
    - Elektrische und magnetische Feldkomponenten,
    - Nah- und Fernfeld, Sekundärfelder,
    - Schirmung und Symmetrierung
    - Permeabilität und Dielektrizitätskonstante
    - Frequenz und Skineffekt
    - Gleich- und Gegentakt-Empfangssignale
    spielen in der Antennenphysik eine mit einander verwobene, komplizierte Rolle,
    die ohne höhere Mathematik-Kenntnisse kaum wirklich zu verstehen ist.
    Die einfache Unterteilung in elektrische und magnetische Antennen ist "simply bunk".



    Zitat DL4ZAO (siehe oben)
    ... ohne den numerischen Nachweis, wie ihn Pieter-Tjaerk führte, ...


    In Wirklichkeit hat OwD [1] die Mini-Whip mit dem Simulationsprogramm NEC-4 berechnet
    und stellt Ergebnis in seiner Fig.3 dar. Dazu schreibt er:

    But the key thing is that when you look at the current distribution due to the incident wave.
    this is almost identical to an ordinary monopole, It does not look like the isolated voltage probe...

    Aber der entscheidende Punkt ist, dass die Stromverteilung infolge der einfallenden Welle
    fast identisch ist mit einem gewöhnlichen Monopol...
    Es sieht nicht aus wie ein isolierter Spannungssensor.

    Von dem "numerischen Nachweis" sehen wir bei PTdB [5] nur als Ergebnis sein Bild 2.
    Ganz anders als OwD zeigt es durchgehend vom Erdanschluss unten bis zum Verstärker oben
    ein gleichmäßiges Erdpotential. Das ist nur möglich, wenn als Randbedingung der Rechnung
    Nullimpedanz angenommen wird, was aber allenfalls näherungsweise zulässig ist für eine Erhebung
    mehr breit als hoch, z.B. einen Erdhügel, jedoch nicht für einen Antennenmast
    und schon gar nicht für ein Kabel !


    Zitat DL4ZAO
    Dazu gehört es, abweichende Meinungen substanziell zu begründen und plausibel darzulegen.
    PTdB behauptet seine neuen Erkenntnisse, von "substanziell begründen und plausibel darlegen"
    ist nichts zu sehen.

    Das gleiche Bild der Strom-/Spannungsverteilung auf kurzen Vertikalantennen wie bei OwD
    findet sich in der Antennenliteratur, z.B. [6 - 8], zwar meist ohne "Computerlösung der
    Maxwellgleichungen
    " oder NEC-Simulation, aber man muss das Rad ja nicht ständig neu erfinden.


    Wir stellen fest :
    OwD [1] hat keineswegs auf das gleiche Ergebnis wie PTdB [5] hingewiesen,
    sein Zuleitungskabel hat nicht Erdpotential, sondern am oberen Ende
    einen Stromknoten und damit einen Spannungsbauch.
    OwD's Fig.3 zeigt das glatte Gegenteil des Bildes 2 von PTdB !!!

    Im Artikel von PTdB [5] lesen wir weiter :
    Directivity
    Unfortunately however, antennas do not respond to the Poynting vector but only to the electric
    and/or magnetic field.

    Richtungsverhalten
    Leider sprechen Antennen nicht auf den Poynting-Vektor an, sondern nur auf das elektrische
    und/oder magnetische Feld.


    Tatsache ist [2]:
    Antennen wandeln nicht einzelne Feldkomponenten, sondern das ganze elektromagnetischer Feld.


    Das "ganze elektromagnetische Feld" ist gekennzeichnet durch den Poynting-Vektor,
    der als Vektorprodukt von E und H den Energiefluss darstellt. Es ist also eher umgekehrt :
    Antennen sprechen nicht auf das elektrische und/oder magnetische Feld an, sondern entnehmen
    ihre Energie dem Energiefluss der Welle, also dem Poynting-Vektor.


    Der Energieinhalt des elektrischen Feldes einer elektromagnetischen Welle
    ist gleich dem magnetischen Energieinhalt und das rechnerische Verhältnis von E zu H
    ist eine konstante Größe, genannt die Impedanz des Raumes.
    Wegen dieser festen Beziehungen zwischen E und H kann man eine Antenne sowohl elektrisch
    wie auch magnetisch beschreiben. Das Ergebnis ist in beiden Fällen das gleiche.


    Man kann sich die Verhältnisse auch anschaulich klarmachen :
    Die Wirkung des elektrischen Feldvektors auf ein Drahtstück (Influenz) ist allgemein akzeptiert.
    Die Wirkung des magnetischen Feldvektors (Induktion) z.B. auf einen Vertikaldraht beschreibt die
    Linke-Hand-Regel (hier etwas anders formuliert als bei PTdB in [5] :
    Wenn der gestreckte Zeigefinger (in Verlängerung des Armes) die Ausbreitungsrichtung des Feldes
    (den Poynting-Vektor) bezeichnet, Mittel-, Ring- und kleiner Finger gekrümmt die magnetischen
    Feldlinien, dann zeigt der gespreizte Daumen nach oben die Richtung der induzierten Spannung,
    die mit der Richtung der elektrischen Feldlinien übereinstimmt.


    Wir stellen fest :
    Eine Antenne, z.B. eine Vertikalantenne wie die Mini-Whip, spricht nicht nur auf den
    elektrischen, sondern ebenso auf den magnetischen Feldvektor an.


    Jetzt habe ich versucht, Teil 1 und 2 zusammenzufügen,
    da sagt diese "komische Forums-Software" : Ihre Nachricht ist zu lang !
    Also müssen es doch 2 Teile werden.
    Irgendwie komme ich auch mit diesem Editor noch nicht zurecht,
    denn der endgültige Text sieht immer anders aus als Editor und Vorschau.

  • Moin,


    ich frage mich im Moment, warum die Diskussion dann nicht an der Stelle weitergeführt wird, wo sie thematisch hingehört bzw. sie begonnen hat. Aber wenn denn schon ein neues Thema erstellt wird - was durchaus sinnvoll ist - warum werden zum ein und demselben Thema zwei Disskussionsfäden aufgemacht? Wie bzw. wo soll dann nun sinnvollerweise geantwortet werden? ?( Irgendwie scheint der Umgang mit und in Foren schwierig zu sein... :whistling:

    73 Michael, DF2OK
    Die Zeit minimiert die Löcher im Sieb der Bekanntschaften. (Clemens, 5.11.2004)
    ~ DARC ~ G-QRP-Club ~ DL-QRP-AG ~ AGCW ~ FISTS ~ QRPARCI ~ SKCC ~

  • Moin,


    ich frage mich im Moment, warum die Diskussion dann nicht an der Stelle weitergeführt wird, wo sie thematisch hingehört bzw. sie begonnen hat.

    Das hat er meiner Bitte entsprechend getan, Michael. Bei dem Gespräch in Bergheim wurd mir sehr schnell klar, dass die vorgesehene Ausarbeitung im Unterforum "Antennentheorie für Spezialisten" am besten aufgehoben ist :-)

    73/2 de Peter, DL2FI
    Proud member of Second Class Operators Club SOC and Flying Pig Zapper #OOO (Certificated Kit Destroyer)

  • Aber wenn denn schon ein neues Thema erstellt wird - was durchaus sinnvoll ist - warum werden zum ein und demselben Thema zwei Disskussionsfäden aufgemacht?

    Nun denn, ich fand es ja auch sinnvoll. Aber zwei Threads? Vielleicht noch ein dritter, weil ja beim zweiten der Schluß fehlt? ;)

    73 Michael, DF2OK
    Die Zeit minimiert die Löcher im Sieb der Bekanntschaften. (Clemens, 5.11.2004)
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  • Guten Abend zusammen,
    für dieses Problem hat der ADMIN die Möglichkeit, diesen Thread an den anderen anzuhängen und den Rest incl. von mir löschen.


    73
    Gerhard

  • Hallo DL2JMB


    Ich kann es mir nicht verkneifen, Dir zu widersprechen. Deine Deutung der Antennentheorie ist falsch. Fachbücher und unzählige wissenschaftliche Artikel über dieses Thema zeigen sehr wohl, dass es Antennen mit sehr kleinen Abmessungen gibt, die in sehr guter Näherung nur auf das magnetische oder nur das elektrische Wechsefeld einer elektromagnetischen Welle empfindlich sind. Es braucht allerdings fortgeschrittene Kenntnisse in Physik und Mathematik, um dies verstehen zu können.


    73 de HB9EHI

  • Quote


    Eine Antenne, z.B. eine Vertikalantenne wie die Mini-Whip, spricht nicht nur auf den
    elektrischen, sondern ebenso auf den magnetischen Feldvektor an.


    Also mit "ebenso" habe ich so meine Schwierigkeiten.
    Für Speckis gibts ja E und H Feld Messsonden.
    Und wenn man beide mal abwechselnd anschließt, merkt man einen unterschied.


    Aber das die Mini-Whip AUCH, wenn auch nur im geringen Maß wegen ihrer Abmessung auf Magnetische Felder reagiert, das kann ich mir sehr gut vorstellen !

  • Aber das die Mini-Whip AUCH, wenn auch nur im geringen Maß wegen ihrer Abmessung auf Magnetische Felder reagiert, das kann ich mir sehr gut vorstellen !


    Das stellt wohl niemand wirklich in Abrede. Nur das Maß ist eben gering. Was will uns das Konvolut oben sagen??


    73
    Günter

    "For every complex problem there is an answer that is clear, simple, and wrong" (H.L. Mencken)

  • Naja.. er hat eine Theorie aufgestellt.


    Mir ist gerade beim Kaffee ein Experiment eingefallen :
    Also man bastelt sich einen Schaltwandler.
    Und zwar so :
    Akku -> Schaltwandler -> Lastwiderstand in einem elektrisch abgeschirmten Metallgehäuse.
    Nur die Spule. ragt durch ein Loch hinaus .
    Und zwar so eine Spule :
    http://www.reichelt.de/09P-330…5&SEARCH=induktivitit%E4t
    Wenn die aus dem Loch rausragt, kann man davon ausgehen, das das E-Feld so gut wie möglich unterdrückt wird.
    Um sicher zu gehen, kann man diese noch mit einer Schirmwicklung modifizieren.
    Jetzt müsste man einen breitbandigen Störsender haben, der nur das Magnetische Feld im Nahfeld emittiert.
    Und darauf würde ich mal ne aktive Magnet oder Miniwhip loslassen.
    Würde.. wenn ich nicht gerade ein paar spannendere Dinge zu tun hätte.. ;-)