empfängt eine "magnetische Antenne" den magnetischen Anteil einer EM-Welle oder beide Anteile??

  • Hallo HF-Spezialisten


    Hier sind ja schon sehr fachkundige Beiträge zu lesen. Im Faden zum Empfang von SAQ Vorbereitung SAQ Empfang - Frage zu den russ. Alpha Stationen

    tauchte die Frage auf, ob und wenn ja wieso eine "magnetische Loop" nur den magnetischen Anteil eine elektro-magentischen Feldes (em-Feld) empfängt.


    Meine These - im em-Feld einer em-Welle sind magnetischer Anteil und elektrischer Anteil untrennbar gekoppelt. Es ist damit nicht möglich, mit einer Antenne "nur den magnetischen Anteil" selektiv rauszufiltern.


    Unter anderen hat Peter, DB6ZH - dem zum Teil widersprochen und gemeint:


    Zitat:

    Die Frage ist jedoch -wie ?? Speziell im Frequenzbereich von SAQ gilt das von DL4ZAO gesagte. Die "untrennbare Verbindung" ist im Nahfeld phasenverschoben und hat wegen unterschiedlicher Dämpfung unterschiedliche Amplituden. Gleiche Phase und 370 Ohm Verknüpfung wie im Fernfeld "is nich" -- und reziprok auch nicht bei einer Empfangsantenne. Der magnetische Anteil wird bei niedrigen Frequenzen kaum gedämpft, der elektrische Anteil bereits spürbar durch Mauerwerk. Ich habe diverse Messungen (kalibriert bis 400kHz) im Haus gemacht -- niederfrequente magnetische Felder gehen selbst durch Stahlbeton, wenn elektrische bereits nicht mehr meßbar sind.


    Ist ein eigenes Thema, aber wegen der QRG von SAQ schon interessant.

    73 Peter

    --- Ende Zitat ---


    Kann bei einer elektromagentischen Welle so wie von ihm postuliert im Nahfeld der ELEKTRISCHE Anteil bedämpft werden, während der magnetische nahezu "ungehindert" durchkommt?? Oder "entnimmt" eine Antenne, egal ob magnetisch, kapazitiv oder resonant, immer beide Anteile im richtigen Verhältnis der elektromagnetischen Welle, so dass KEIN Rest eines Anteils übrig bleiben kann??

  • Deine These ist nicht richtig.

    Falls der Durchmesser der Magnetantenne viel kleiner als die Wellenlänge lambda des zu empfandenen Signals ist, erzeugt nur die magnetische Feldkomponente ein Antennensignal. Das ist bei SAQ aus praktischen Gründen erfüllt. Ist der Durchmesser grösser als einige lamda/10, dann wird auch die elektrische Feldkomponente empfangen.


    Die untere Grenzfrequenz der Magnetantenne aka Loop liegt bei zirka R/L (Hertz). R ist der Eingangswiderstand des Antennenverstärkers und L die Induktivität der Magentfeldantenne. Sie muss einen möglichst grossen Durchmesser mit möglichst vielen Windungen haben. Im Uebrigen muss der ohmsche Widerstand des Loops zu R dazu addiert werde.


    Gruss, Andreas

  • Die untere Grenzfrequenz der Magnetantenne aka Loop liegt bei zirka R/L (Hertz). R ist der Eingangswiderstand des Antennenverstärkers und L die Induktivität der Magentfeldantenne. Sie muss einen möglichst grossen Durchmesser mit möglichst vielen Windungen haben. Im Uebrigen muss der ohmsche Widerstand des Loops zu R dazu addiert werde.

    Andreas, bei dem großen Durchmesser stimme ich mit dir vollkommen überein (so lange man mit dem Umfang unter 1/10 Wellenlänge bleibt), das mit den vielen Windungen ist m. E. suboptimal. Besser ist eine Loop aus nur einer Windung. Sie weist das günstigste Verhältnis zwischen Induktivität und Fläche auf. In ihr ist der Strom am größten, weil bei gegebener Induktivität der Verlustwiderstand R dabei am kleinsten ist.

    Die Induktivität einer Spule nimmt proportional zur Fläche zu. Sie nimmt jedoch quadratisch mit der Zahl der Windungen zu. Ergo: Fläche ist besser als Windungen.



    73

    Günter

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

  • Hallo Andreas,

    Falls der Durchmesser der Magnetantenne viel kleiner als die Wellenlänge lambda des zu empfandenen Signals ist, erzeugt nur die magnetische Feldkomponente ein Antennensignal. Das ist bei SAQ aus praktischen Gründen erfüllt. Ist der Durchmesser grösser als einige lamda/10, dann wird auch die elektrische Feldkomponente empfangen.

    Hier sind ein paar Fragen, die mir beim Lesen Deines Beitrags in den Sinn kamen:
    Was ist der Grund für die Grenze bei Lambda/10?

    Ist das eine harte Grenze oder reagiert die Antenne auch darunter "etwas" auf den magnetischen Teil?

    Oder ist da gar nichts zu empfangen?


    72/73 de Ingo, DK3RED - Don't forget: the fun is the power!

  • Hallo Günter


    Danke für die Korrektur. Ich hatte die falsche Annahmen gemacht, dass zum Erreichen der unteren Grenzfrequenz eine sehr hohe induktivität benötigt wird und dass die wirksame Fläche mit der Anzahl der Windungen linear zunimmt. Der Loop sollte, wie von dir bemerkt, eine Windung mit möglichst grossem Durchmesser besitzen.

    Die Induktivität einer Spule nimmt proportional zur Fläche zu. Sie nimmt jedoch quadratisch mit der Zahl der Windungen zu. Ergo: Fläche ist besser als Windungen.

    Diesen Satz habe ich nicht ganz verstanden.


    Gruss Andreas



    Hallo Ingo


    So wie ich es verstanden habe ist die Stromverteilung entlang des Loopdrahtes bei grossem Durchmesser nicht mehr konstant, da Laufzeiteffekte auftreten. Die Formeln für den Empfang des elektromagnetischen Feldes werden komplex. Sie zeigen, dass bedide E- und H-Komponente am Ausgang des Loops eine Spannung erzeugen. Dies ist für die Funktion von grossen (lambda) Antennen wichtig.


    Lamda/10 ist eine Faustgrösse aus der Praxis. Mit der Abnahme des Loopdurchmessers nimmt die Empfindlichkeit auf das elektrische Feld stärker ab, als die Empfindlichkeit auf das magnetische. Wenn man den genauen, aber kleinen Einfluss des elektrischen Feldes berechnen möchte, muss man die komplexen Formeln zur Hilfe nehmen. Mir ist keine Abschätzung bekannt.


    Gruss Andreas

  • Nur zur Klarstellung meines Posts: ich habe auf EM-Signal-(Wellen-)ausbreitung im Nahfeld abgezielt und dazu (speziell niederfrequente) Erfahrungen aus "ESmog"-Messungen erwähnt (Wohn-Umgebung). Zu Loop-Antennen selbst ........ nur Theorie (Praxis Draht und Yagi). Zur Theorie (guter Überblick) EN-Wiki : https://en.wikipedia.org/wiki/Loop_antenna .. ansonsten bleibe ich nur Mitleser ...

    73 Peter

  • Was ist der Grund für die Grenze bei Lambda/10?

    Ist das eine harte Grenze oder reagiert die Antenne auch darunter "etwas" auf den magnetischen Teil?

    Oder ist da gar nichts zu empfangen?

    Das ist keine harte Grenze, sondern eine abgerundete Näherung. Bis zu einem Umfang von bis 1/10 Lambda spricht man von einer "elektrisch kurzen" Loop und geht von einer gleichmäßigen Stromverteilung auf der Schleife aus. Darüber wird die Stromverteilung immer mehr sinusförmig und die magnetic Loop ändert zunehmend ihre Eigenschaften.


    Die Herleitung einer konstanten Stromverteilung beruht auf einer Besselfunktion. Demnach kann man von einer nahezu konstanten Stromverteilung ausgehen, wenn der Schleifenradius kleiner ist als Lambda/(6 x Pi).


    Wer die Theorie der elektrisch kleinen Loop vollständig durchdringen will, muss sich wie meist wenn es um Antennen geht, mit ziemlich heftiger höherer Mathematik auseinandersetzen. Eine gute Zusammenfassung der Gesetzmäßigkeit der kleinen Loop findet sich in einem Vorlesungsskript von Dr. Natalia Nicolowa von der McMaster Uni in Canada. Ein recht nützliches Dokument, über die enthaltenen mathematischen Herleitungen kann man geflissentlich drüberweglesen (so mach ich es jedenfalls).


    http://www.ece.mcmaster.ca/fac…ent_lectures/L12_Loop.pdf


    73

    Günter

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  • Für SAQ eine Magnetic Loop zu bauen bei einem Umfang von Lambda /10 ist immer noch ein Umfang von 1,7 km! Entsprechend rund 540m Durchmesser!


    Ich denke mal, hier erledigt sich der Gedanke an den Dimensionen. Besser ist es, über eine Rahmenantenne nachzudenken. Ungefähr 60 Windungen auf einen Rechteck-Rahmen mit 1m Diagonale, dann ist sowas gerade noch handhabbar.

    Der Computer ist die logische Weiterentwicklung des Menschen: Intelligenz ohne Moral.


    John James Osborne, englischer Dramatiker, 1929–1994

  • Für SAQ eine Magnetic Loop zu bauen bei einem Umfang von Lambda /10 ist immer noch ein Umfang von 1,7 km! Entsprechend rund 540m Durchmesser!

    Das verlangt doch niemand. Die Lambda/10 sind ein oberer Grenzwert, keine Vorgabe.


    Es ging nur darum dass eine Loop als "elektrisch kurze" Loop behandelt werden kann, solange ihr Umfang weniger als Lambda/10 ist. Das ist der Daumenwert für die obere Grenze, bei der eine Loop als "magnetic loop" anzusehen ist. Natürlich lässt sich auch mit einer Loop von wenigen Metern Durchmesser an einem sehr niederohmigen symmetrischen Transimpedanz-Verstärker SAQ empfangen.


    Äquivalent gilt dies auch für eine Whip Antenne. Sie gilt als "elektrisch kurz", so lange der Stab weniger als Lambda/10 lang ist. Aber aus Erfahrung wissen wir, dass man auch mit einer Miniwhip mit einem Stab von wenigen cm. Länge an einem hochohmigen Impedanzwandler SAQ gut empfangen kann.


    73, Günter

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  • Zitat von DL4ZAO

    "Die Induktivität einer Spule nimmt proportional zur Fläche zu. Sie nimmt jedoch quadratisch mit der Zahl der Windungen zu. Ergo: Fläche ist besser als Windungen.2


    Diesen Satz habe ich nicht ganz verstanden.


    Andreas, zugegeben, sonderlich selbsterklärend ist mein Satz nicht. :/


    Dann hole ich mal etwas weiter aus um zu erklären, was ich damit meinte:


    Oberhalb der unteren Grenzfrequenz einer elektrisch kleinen Loop ( Grenzfrquenz bei der XL = RLoop + RLast ) ergibt sich eine lineare Umwandlung von magnetischer Feldstärke in Strom. Die mit der Frequenz steigende Spannung wird durch den proportional steigenden induktiven Widerstand der Schleife kompensiert. Wird eine Loop im quasi-Kurzschluss betrieben, ist sie eine breitbandige Antenne. Der Strom in der Loop wird unabhängig von der Frequenz und ist proportional zur magnetischen Feldstärke H, zur Loop-Fläche A und umgekehrt proportional zur Induktivität L der Loop. Mein bester Kompromiss ist also eine möglichst kleine Induktivität L der Schleife und gleichzeitg eine große umschlossene Fläche A. Odere kurz, eine großes Verhältnis A/L.


    Am günstigsten scheinen also eine kreisförmige Leiterschleife mit maximaler Fläche A bei gleichzeitig geringster Induktivität L.


    Eine Loop aus mehreren Windungen hat zwar eine größere Fläche, da die Fläche sich je zusätzlicher Windung proportional aufaddiert, leider aber steigt die Induktivität dabei nicht proportional, sondern quadratisch mit der Windungszahl. Das A/L Verhältnis wird also bei einer Loop aus mehreren Windungen schlechter. Das günstigstere A/L Verhältnis bietet eine Schleife mit nur einer Windung und großer Fläche im Vergleich zu mehreren Windungen und kleinerer Fläche. Darum mein etwas missverständlicher Satz: Fläche ist besser als Windungen.


    Eine bessere Methode die Fläche zu vergrößern ist z.B. die Parallelschaltung von überkreuzt verschalteten Loops. Man verdoppelt die Fläche ohne die Induktivität zu vervierfachen.


    Mehr dazu aus Experimenten von LZ1AQ (pdf)

    Experimental Comparison of Small Wideband Magnetic Loops


    73

    Günter

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