Gedanken zur außermittigen Speisung symmetrischer Dipole

Zitat

Original von DL3BUS
jetzt hast Du mich gekriegt. Das hört sich wirklich blöd an.
Naja, wie sagt man es, wenn eine Wicklung auf einen Ferritkern wie eine Drossel aussieht, aber eine reinen Wirkwiderstand bei der betrachteten Frequenz darstellt.

Ist es eine resistive Drossel? Na wohl eher ein Widerstand.
Ob alle OM den Unterschied kennen?

73 de Ralf

Hallo, Ralf!

Immer noch unklar. Wieso soll eine Wicklung auf einem Ferritkern ein "reiner Wirkwiderstand" bei der betrachteten Frequenz sein? Es ist und bleibt ein Blindwiderstand. Selbst wenn Du als Wicklung einen Widerstandsdraht verwendest (da könnte allerdings der Wirkanteil den blinden überwiegen, aber nicht nur für die "betrachtete Frequenz"). Warum also überhaupt die Wickelei auf einen Ferrit? Nimm einen echten Wirkwiderstand (hier also bei 3 k-Ohm, der möglichst induktivitätsfrei ist); dann gibt's auch keine Meckereien mehr wegen Tierschutz (armer Vogel, wenn der auch noch mit HF gequält wird).

73
Hans/DJ4AZ

Peter, was sind die Vorteilen von aussermittigen Speisung?
Kan iman die elevation verbesseren. (kleinere winkel?)
Danke Chris

PS enschuldigung for mein Rudie Carel Deuts

da hat mal wieder der Richtige gefrotzelt. Wie ich aus Deinem Unverständnis entnehme, hast Du Dich mit dem Thema "Ferrite und deren Eigenschaften" noch nicht näher beschäftigt.
Das macht nichts. Ich habe exclusiv für Dich eine Messung gemacht.
Die Diagramme zeigen die Kurven von folgenden Drosseln:
N30: 2 gestapelte Ringkerne Siferrit R34/12,5-N30 MgZn Ferrit ui=4300 (bei Conrad erhältlich) mit 8 Wdg. RG58
FT43: 2 gestapelte Ringkerne FT140-43 NiZn Ferrit ui=850 (bei Reichelt erhältlich) mit 9Wdg. RG58

Beide Kerne sind voll bewickelt. Die Impedanzmessung wurde mit einem Impedance Analyzer Agilent 4294A + Fixture 16047E durchgeführt und per Datentransfer in Excel ausgewertet. Der Analyzer wurde Open/ Short kalibriert. Zur Messung wurde der Koaxmantel der Drosseln beidseitig kurz abisoliert und in die Ficture eingespannt. Mit dem Meßsystem der 40.000 Euro-Klasse lassen sich präzise Messungen durchführen.

Du kannst in den Meßkurven sehen, daß die FT43 Drossel bis ca. 10MHz induktiv ist. Darüber wird diese wegen der Parallelresonanz der Drossel kapazitiv. Die Impedanz bleibt auch oberhalb der Resonanz hoch, da ein hoher Wirkwiderstand vorhanden ist. Diese Drossel hat bei ca. 5MHz eine Güte von 1.
Die N30 Drossel ist ab 1,1 MHz nicht mehr induktiv. Es ist nur die Wicklungskapazität durch den negativen Blindwiderstand registrierbar. Deshalb ist auch keine Resonanz zu erkennen. Diese Drossel stellt einen (fast) reinen ohmschen, frequenzabhängigen Widerstand dar. (2200 Ohm @ 1MHz, 800 Ohm @ 30MHz)

Man sieht, daß sich diese beiden Materialien nicht als Balun (Load1 in der FD3 Simulation) eignen.

Man kann aber durch Aufwickeln von Koax auf den N30 Kern einen reinen, breitbandigen Wirkwiderstand für den störenden Mantelstrom (Load2 in der FD3 Simulation) realisieren und diesen so "verheizen". Der Stromfluß innerhalb des Koax bleibt vollkommen unbeeinflußt.
Wenn Du kein Ferrit verwenden möchtest, dann kannst Du versuchen den Mantel des Koax abzuisolieren und Carbonlack als Widerstandsschicht aufzubringen.

Was sagst Du dazu? Wird das funktionieren?

73 de Ralf - DL3BUS

Lbr Uwe,

theoretisch hast Du recht, daß eine waageechte Führung der Speiseleitung zu einem gleichbleibenden Wellenwiderstand führen und die Wahl des richtigen Abschlußwiderstandes erleichern würde.

Ich bin aber insoweit Praktiker, daß ich eine solche Lösung eigentlich gar nicht anstrebe, da sie in der Realisierung zumindest einen erhöhten Aufwand bedeutet, z. B. einen weiteren Mast, an dem man dann das Speisekabel in größerem Abstand von der Antenne zum Shack führt.

Aber was wir brauchen, sind Lösungen für üblich hängende Speiseleitungen. Ich denke, Du verstehst mich.

OK?

73

Zitat

Original von DC7GB

@alle
Ein Gitternetz im Erdboden soll eine "unendlich große" Grundfläche annähern. Die praktische Realisierung wirkt als Ersatzschaltung wie ein sehr stark bedämpfter Serienschwingkreis. Radials wirken genauso, sind nur nicht so stark bedämpft und daher schmalbandiger. Vielleicht hilft das bei eurer Diskussion etwas weiter.

73 de Tom - DC7GB

Lbr Tom,

um mein Verständnis um die Funktion eines Gitternetzes als Serienschwingkreis zu verbessern, möchte ich dich bitten, mir die Dimensionierungsregeln für einen solchen Serienkreis aufzuzeigen. Sonst hilft mir das nicht weiter.

HW?

73

Hallo Ha-Jo,

ich hole mal etwas weiter aus und versuche das am Beispiel der GP zu erklären: Bei unsymmetrisch gespeisten Antennen braucht man im Speisepunkt ein Gegengewicht, um dort eine Stromsymmetrie zu erhalten und damit die Strahlung des Speisekabels zu verhinden. Das ist der Ausgangspunkt. Wie kann man das erreichen?

Im Idealfall durch eine unendlich grosse Erde auf der z.B. die GP steht. In diese Erdung würde dann der gleiche Strom wie in den Strahler fliessen. Der Widerstand dieser "Erde" wäre sehr klein. Nun gibt es diese ideale Erde ja nicht und man versucht sich anders zu behelfen. Dazu gibt es zwei Möglichkeiten:

[list=a]
[*]Man verkleinert die "ideale Erde" und verlegt im Boden z.B. Maschendrahtzaun, denn im Unendlichen fliesst ohnehin ein völlig zu vernachlässigender Strom. Vorteil: Das ist weitgehend frequenzunabhängig. / Nachteil: Es macht eine Menge Arbeit das aufzubauen.

[*]Man benutzt resonante Systeme wie Radials oder eine künstliche Erde (einen Serienschwingkreis gegen Masse). Vorteil: weniger Aufwand / Nachteil: Es ist schmalbandig und funktioniert ideal nur auf einer Frequenz.
[/list=a]
Wenn man a) verwendet, wo sind dann die Grenzen und wie dimensioniert man? Ich glaube das war deine Frage. Wie viele solcher Fragen gibt es darauf keine knallharte Antwort, sondern nur Näherungen und praktische Erfahrungswerte. Man kann es sich so vorstellen, dass ein Erdungsnetz vom Zentrum der GP einen Radius von Lambda/4 (wie bei Radials) haben müsste, ohne dass man einen Unterschied zum Idealfall (unendlich grosser Radius) in der Praxis feststellen könnte. Bei Lambda/4-Radius kann man sich das in der Ersatzschaltung als Saugkreis vorstellen, der aber durch die Erdverlegung durch den relativ kleinen, "parallel geschalteten" Bodenwiderstand stark bedämpft wird. Das hat zur Folge, dass er keinen ausgeprägten Resonanzpunkt mehr hat und wesentlich breitbandiger als Radials ist. Wegen der Breitbandigkeit kann der Radius bestimmt auch noch etwas kleiner sein, ohne dass sich viel ändert. Wenn der Radius des Erdnetzes zu klein wird (Durchmesser deutlich kleiner als Lambda/4), dann wird dieses Gegengewicht immer hochohmiger und damit immer schlechter funktionieren und das Speisekabel immer mehr strahlen. Das ist ein fliessender Übergang.

Nun noch eine Einschränkung: Das ist natürlich sehr stark von der Leitfähigkeit des Bodens abhängig. Im Extremfall kann das Erdnetz bei unendlich guter Leitfähigkeit beliebig klein, aber mit dem Boden leitend verbunden sein. Wenn man das Erdnetz auf einen Isolator stellt, dann wirkt es nur alleine und sollte den Lambda/4-Radius schon einhalten. Man würde dann wieder Resonanzen feststellen, weil die Bedämpfung durch die Erde ja fehlt. Dann könnte man aber auch gleich Radials nehmen.

Die Wahrheit liegt irgendwo dazwischen, je nachdem auf was für einen Grund deine Antenne steht. Eine exakte Formel hilft da wenig weiter, weil es zwischen den Extremen "weiche Übergänge" sind. Praktische Erfahrungen sind hier unverzichtbar. Bei einem unsymmetrisch gespeisten Dipol wird es ähnlich aber nicht so extrem sein. Hier wird sich die Bodenleitfähigkeit auf den Wellenwiderstand der Antenne im Speisepunkt und auf die Abstrahlcharakteristik auswirken und nur bei unglücklicher (nicht freier) Aufhängung die Stromsymmetrie im Speisepunkt beeinflussen.

73 de Tom - DC7GB

Lbr Tom,

vielen Dank für deine ausführliche Antwort. aber so ganz gehe ich mir ihr nicht konform.

Einmal glaube ich nicht, daß eine gute Erde einer asymmetrischen Antenne auch dafür sorgt, daß ihr Speisekabel nicht strahlt. Wenn das Kabel von der Strahlung der Antenne getroffen wird, wird auch das Kabel strahlen, und ich brauche eine Mantelwellensperre, damit dieser Kabelstrom auf der Außenhaut des Kabels nicht ins Haus kriecht.

Die Serienkreiswirkung des Drahnetzes willst Du mit seiner Ausdehung von Lambda/4 erklären. Dann weiß ich, wie Du das meinst. Aber eine Resonanz sehe ich nicht darin. Denn so ein Gegengewicht geht für höhere Frequenzen mindestens ebenso gut.

Ich habe auch schon mit einem Drahtnetz von nur 2 qm auf 80 m frappierende Ergebnisse erzielt. Ich war mal im Urlaub in Cap d'Agde, konnte gerade mal einen 14 m langen Draht aus dem 2. Stock des Hotels zu einer Straßenlaterne spannen. Als Gegengewicht hatte ich acht zusammengelötete Radials von ca 5 m Länge mitgenommen, die ich aber auf dem Balkon nicht auslegen konnte. Erst habe ich sie quasi als "Wurst" zusammengedreht auf dem Balkon ausgelegt und angeschlossen. Aber mit dieser Installation konnte ich keine der französischen CW-Stationen erreichen, die ich hörte. Dann habe ich mir das besagte Drahtnetz aus Netzstrippen zusammengelötet, über die hölzerne Balkonbrüstung gelegt und als Gegengewicht angeschlossen. Schon diese geringe Fläche als Gegenpol zur Antenne genügte aber, um einmal am Spannungsmesser am Antennenausgang des ATU eine höhere HF-Spannung zu erreichen UND die ersehnten Franzosen zu erreichen!

Daher meine ich, daß so ein Erdnetz beileibe nicht die Ausdehnung von Lambda/4 haben muß, um wirksam zu sein. Insofern halte ich diese Lösung auch für breitbandig, weil ich bei den Abmessungen keine bestimmten Abmaße in Beziehung zur Wellenlänge einhalten muß, im Gegensatz zu Radials.

Es gab ja früher schon solche Fälle, als Flugzeuge mit einer Schleppantenne arbeiteten, auf Wellenlängen um 1000 Metern. Da wurde der metallische Flugzeugkörper als Gegengewicht zur Schleppantenne genommen, ebenfalls in der Ausdehnung wesentlich kleiner als Lambda/4, und das funktionierte.

HW?

73

Hallo Ha-Jo,

du kannst machen was du willst, aber das Speisekabel strahlt immer dann, wenn auf den beiden Leitern ein unterschiedlicher Strom fliesst. Das kann durch Unsymmetrie des Speisepunkts auftreten, oder auch wenn das Speisekabel sekundar erregt wird. Dieser zweite Effekt ist aber gering. Normalerweise geht das Speisekabel etwa rechtwinklig von der Antenne weg. Da koppelt es zwar, aber eben sehr wenig. Ich hatte einige Beiträge zurück etwa -10dB Koppelfaktor als Maximum geschätzt und meine, de wird in der Praxis eher bei -20dB liegen. Wenn du zurück blätterst, dann kannst du die Auswirkungen noch mal nachlesen. Sie sind nahezu Null, aber vorhanden.

Bei der Symmetrierung kommt es auch nicht "auf den Millimeter" an. Die Lambda/4-Resonanzen von in der Erde verlegten Netzen sind vorhanden, aber sie sind auch breitbandig. Bei höheren Frequenzen ist das gleiche Bodennetz auch schon viel eher als unendlich gegen Lambda/4 anzusehen. Daher geht es da eben gut. Wichtig ist, dass es unter Lambda/4 keine Resonanzstellen mehr gibt. Je tiefer man in der Frequenz bezogen auf die Ausdehnung des Erdnetzes kommt, umso mehr wirkt nur noch der ohmsche Verlustwiderstand des Erdnetzes.

Du hast Recht, dass die Ausdehnung nicht streng Lambda/4 sein muss. Es geht selbstverständlich auch mit anderen Grössen. Das ist keine knallharte Grenze wie bei einer Schmelzsicherung Lambda/4 wäre aber ideal, weil am niederohmigsten.

Ich habe mal den betragsmäßigen Verlauf eines verlustbehafteten 7,5m-Radials als Anlage angefügt. Die Annahme lautet dabei: Der ohmsche Verlustwiderstand des Drahtes sei 1 Ohm und der Verlustwiderstand des Bodens sei auch 1 Ohm. Über diese Annahmen kann man sich unterhalten, über den Verlauf der Kurve aber nicht. Sie sieht auch bei anderen Vorgaben qualitativ genauso aus.

1. Nachtrag: Ich habe zum Vergleich den Verlauf des Betrags des gleichen verlustbehafteten Radials in Luft ergänzt. Man sieht, dass ein Erdnetz durchaus sinnvoller als ein Radial ist. Aber auch, dass ein "Radial in der Luft" an den entsprechenden Frequenzen niederohmig genug ist.

2. Nachtrag: Um Diskussionen zu vermeiden: Beide Diagramme sind qualitative Näherungen, bei denen die Strahlung des Radials nicht berücksichtigt ist. Rechnet man das mit ein, so heben sich die Minima mit steigender Frequenz an (Verlauf etwas hochohmiger). Beim Erdwiderstandsverlauf ist der Fehler völlig zu vernachlässigen. Beim Radial in der Luft ist die Kurve bis etwa Lambda/2 (zwischen den beiden ersten Minima) gut brauchbar. Die Periodizität ändert sich auch in der exakten Darstellung nicht.

73 de Tom - DC7GB

Zitat

Original von DC7GB
du kannst machen was du willst, aber das Speisekabel strahlt immer dann, wenn auf den beiden Leitern ein unterschiedlicher Strom fliesst. Das kann durch Unsymmetrie des Speisepunkts auftreten, oder auch wenn das Speisekabel sekundar erregt wird. Dieser zweite Effekt ist aber gering.
73 de Tom - DC7GB

Hallo Tom
Das verstehe ich nicht. Wenn ich einen Dipol ausserhalb der Mitte - also an einer "unsymmetrischen" Stelle - aufschneide, dann fliesst in beiden Teilen der gleiche Strom (Empfangsfall), nämlich der gleiche Strom, der an dieser Stelle im nicht aufgeschnittenen Dipol fliessen würde. Schliesse ich an dieser Stelle ein Antennenkabel (HL oder Koax) an, dann fliesst auch im Antennenkabel in beiden Adern der gleiche Strom.

Wenn ich die Situation im ATU betrachte bei HL-Speisung und Linkkopplung, dann fliesst an beiden Enden der Linkwindung und somit auch in beiden Adern der gleiche Strom - unabhängig wo ich das Kabel am Ende anschliesse.

Wenn in beiden Adern der Antennenleitung der gleiche Strom fliesst, strahlt die Leitung nicht.

Hab ich da etwas noch nicht verstanden?

vy 73
Christoph, HB9AJP

Hallo Christoph,

wenn du hier einige Beiträge zurück blätterst, dann findest du eine längere Diskussion über das Problem der strahlenden Speiseleitung. Leide weiss ich nicht wie man einen Link zu einem Beitrag setzen kann. Daher hier nur Links zu den passenden Seiten:

Im letzten Viertel der Seite 1 hat Rolf - DL6MBI - den Stromverlauf im Speisekabel für einige Fälle simuliert. Auf der Seite 4 habe ich eine Erklärung zu strahlenden Speiseleitungen abgegeben. Bitte schau dir das mal an.

73 de Tom - DC7GB

Hallo Ulrich und Tom

jetzt hab ich's auch kapiert mit Hilfe von EZNEC. Bin eben ein Berner ;). Interessant, wie der Dipol bei unsymmetrischer Speisung fast zum Rundstrahler wird.

Ich benutze hier jede Drahtantenne mit Hühnerleiter und ATU, immer auf allen Bändern. Dimension und Einspeisepunkt ergibt sich jeweils aus den örtlichen Verhältnissen. Ich denke die Leistung bringt man so immer weg. Es ist aber sicher nützlich, ein Auge je Band auf's Abstrahldiagramm zu werfen.

73, Christoph

ich war erst mal abgetaucht, um ein paar Recherchen anzustellen und mich aufzuschlauen.

Das mit dem Verhalten eines Erdnetzes hat mich nicht losgelassen. Das folgende habe ich herausgefunden:

1. eine metallische Fläche (mit Drahtgitter nachzubilden) hat grundsätzlich eine Eigenresonanz. Diese hängt von der Form und der Kantenlänge ab. z.B. werden sogenannte Patchantennen für GPS Empfänger benutzt, welche nichts weiter sind, als eine Metallquadrat mit einer mittigen Kontaktierung über einer gleichgroßen (oder größeren) Metallfläche.

2. Wenn ein Erdnetz auf die Erde gelegt wird und sich oberhalb eine Antenne befindet, so wird auf der Öberfläche des Erdnetzes ein Strom induziert, der als stehende Welle (Orientierung des Stroms abhängig von der Lage der Antenne) auf der Öberfläche fließt. Auf der Unterseite (Erdseite) des Erdnetzes fließt fast kein Strom. Deshalb wirkt ein Erdnetz auch als Reflektor und nicht als Absorber.
Als Beispiel: Bild17_Erdnetz.jpg Dort sieht man den Strombelag auf dem Erdnetz. Der Erregerdipol schwebt darüber. Die Skalierung der Stromdarstellung ist stark vergrößert. Es sind also nur kleine Stromstärken vorhanden, da der Strom sich auf der Fläche verteilt. Der Strom fließt vorzugsweise parallel zum Erregerdipol.

3. Das Erdnetz wird durch das Auflegen auf die Erde nicht (vernachlässigbar) bedämpft. Es bleibt ein Resonator und dieser wird auch nicht durch Bedämpfung breitbandig. Eine gewisse Breitbandigkeit ergbt sich nur aus der Fläch selbst. (Flächenantennen sind Breitbandantennen) Man kann also keinen Strom hineinleiten, der dann absorbiert (Wärmeerzeugung) würde.

4. Ist das Erdnetz nicht dicht genug oder sind statt dessen nur wenige Radials vorhanden, dann gelten die zuvor gemachten Aussagen zunehmend weniger. Es kommt dabei zur Feldeindringung in die verlustbehaftete Erde. z.B. das H-Feld um ein einzelnes Radial oder ein zu weitmaschiges Erdnetz. Die Metallfläche wird löchrig und kann das Antennenfeld nicht mehr am Eindringen in den Boden hindern. Dennoch kommt es nicht zu einer restlosen Feldabsorbtion im Erdreich. Zuerst wird ein Verkürzungsfaktor (Größenordnung: 0,7) für die Radials wegen der Dielektrizitätskonstante des feuchten Bodens (er= 10... 20) wirksam. Weiterhin ist der Boden ein sehr schlechter Leiter oder anders ausgedrückt, ein zu hochohmiger Widerstand als daß es zur vollständigen Absorbtion der Oberflächenströme kommt. Deshalb kommt es als Analogie betrachtet auch zur Reflexion der Fernfeldstrahlung der Antenne am Boden und nicht zu deren Absorbtion im Boden.

5. In 2 Artikeln der QST (einer von 2000) wird berichtet, daß ein senkrechter Lambda/4 Strahler auf einem vergrabenen Radialnetz von 120 Stck. mit Lambda/2 Länge (nicht notwendigerweise Lambda/4!, aber auch möglich) einen Antennenwirkungsgrad von 90% besitzt. Die währe unmöglich, wenn das Radialnetz stark bedämpft würde.

6. Deine Erfahrungen bei der Verwendung von kleinen Metallflächen oder kleinen Radials sind kein Widerspruch zu den zuvor gemachten Aussagen, da immer ein Antennentuner zur Anwendung kam, der die Resonanz wieder herstellte. In Analogie kann man den eigentlich viel zu kurz geratenen Dipolast der FD3 nehmen.
Die Antennenäste müssen nicht Lambda/4 lang sein, wenn man nicht einen bestimmten Speisewiderstand fordert. Vielmehr wird der sich ergebende Fußpunktwiderstand durch den Antennentuner angepasst. So auch ein zu klein geratenes "Gegengewicht".

7. Die Begriffe "Gegengewicht" oder "Erdnetz" oder "Radials" sind im Grunde genommen ein und dasselbe: Der 2. Dipolast.
Zusammen mit dem sogenannten "Monopol" bilden diese Gebilde einen Dipol, wobei zumeist eine nichtmittige Einspeisung vorliegt und der Dipol zwei völlig verschieden aussehende Dipoläste besitzt. In jedem Fall muß der Dipol in Resonanz sein oder mit einem Tuner für die Speisung in Resonanz gebracht werden, wenn ein gute Abstrahlung erreicht werden soll.
Die verbreitete Beschreibung, daß es Monopolantennen gibt, die zwecks Erzeugung eines Spiegelbilds in der Erde ein Erdnetz (Radials) benötigen..., halte ich für vollig irreführend. Das Erdnetz erzeugt kein besseres Spiegelbild als Ersatz für die Erde, sondern ist selbst die Antenne.
Monopol + Erdnetz = Dipol!!!
endgespeister Draht + Gegengewicht = Dipol!!!

Nun endlich zu Deinem Thema:
Ich habe noch einmal die Lektüre zu EZNEC gewälzt und Primärliteratur zum verwendeten Sommerfeld-Norton Bodenmodell gelesen. Man kann doch den bedämpfenden und längenverkürzenden Einfluß des Bodens simulieren. Man muß jedoch in der Simulation auf 0,0001 Lambda an den Simulationsboden herangehen. Berühren ist verboten.
Ich habe ein Erdnetz erzeugt, das 9,8x9,8m im Quadrat mißt und eine Maschenweite von 0,8m besitzt. Dabei habe ich fast die erlaubten 500 Segmente benutzt. Größer oder engmaschiger geht also nicht mit dieser Version.
Ein Ausschnitt der FD3 (20,9m, f0=7MHz), so wie sie auch in den vorangegangenen Simulationen verwendet wurde, ist auch zu sehen. Die Speiseleitung geht senkrecht ca. 10m nach unten und dann mit einem Knick 55m nach recht weiter. Dein 400 Ohm Widerstand kann zwischen dem Knick und einem Gitterpunkt direkt darunter eingefügt werden.

Zuerst die Simulation ohne zusätzliche Widerstände oder Mantelwellendrosseln: Bild18_FD3_ohne_load.jpg
Es ist eine Welligkeit auf der senkrechten und waagerechten Speiseleitung zu erkennen. Es gibt keine Verbindung mit dem Erdnetz. Der Strombelag des von der Seite betrachteten Erdnetzes ist auch zu erkennen. Das Erdnetz ist 0,05 m über dem Boden angeordnet.

Im Bild19_FD3_400_Ohm.jpg ist ein 400 Ohm Widerstand zwischen dem Knick der Speiseleitung und dem Erdnetz eingefügt. Zu meinem Erstaunen hat sich der Strom auf der simulierten Speiseleitung leicht vergrößert. Meine Erklärung ist, daß der Widerstand keine ableitende Wirkung, sondern in dieser Anordnung eine einkoppelnde Wirkung hat. Das Erdnetz ist in dieser Simulation (wie auch in der Realität) kein Absorber und auch nicht stromlos. Selbst wenn man einen günstigen Punkt findet, so wird dieser bei einer andere Frequenz ungünstig liegen.

Tja, das ist nicht das, was Du hören wolltest. Ich möchte Dich aber keinesfalls davon abhalten, Deine Messungen durchzuführen. Das ist immer wichtig. Eine Simulation ist niemals die Realität und kann Messungen nicht ersetzen. Ich gehe aber sehr stark davon aus, daß Du schwankende und zweideutige Meßergebnisse erhalten wirst. Dann weißt Du immerhin woran das liegen könnte.

Abschließend noch eine Simulation mit 2 resistiven Mantelwellensperren mit je 1000 Ohm (Drossel sage ich lieber nicht mehr) bei 5m auf dem senkrechten Stück der Speiseleitung und 5m nach dem Knick der waagerechten Speiseleitung (Abstand als ca. Lambda/4).
Das Bild20_FD3_2x1000_Ohm_Drossel.jpg zeigt einen verringerten Mantelstrom gegenüber dem Bild18. Das ist mein Faforit.

Viele Grüße,
Ralf - DL3BUS

PS. Das mit der Widerstandsschicht auf dem Koaxmantel zur Mantelwellenunterdrückung war natürlich völliger Unsinn. Der Mantelstrom fließt weiterhin unbeeinflußt im Kupfer.

Lbr Ralf,

danke für deine weiteren Untersuchungen. Ich dachte mir schon, daß Du deswegen eine Zeitlang "abgetaucht" warst.

Zur Patchantenne bei GPS: Bist Du sicher, daß das Metallplättchen selbst auf dem GPS-Band in Resonanz ist? Oder ist es die Kombination aus dem Kontaktierungsdraht UND dem Metallplättchen, quasi eine verkürzte Antenne wie eine T-Antenne? Denn wie man ein solches Plättchen alleine für eine Resonanz bemißt, ist mir immer noch nicht klar.

(X) Bei den Simulierungen hast Du nicht erklärt, ob bzw was in dem roten Rechteck 1 zwischen Antenne und Ableitung drin ist. Denn wir waren uns schon einmal einig, daß dort bei Off-Center-Speisung eine sehr gute Mantelwellendrossel drin sein muß. Oder sind die Leiter bei 1 gar nicht verbunden?

Zu 2: Den Strombelag auf dem Erdnetz kann ich akzeptieren.

Zu 6 und 7: Hier gebe ich dir recht, daß meine Beispiele immer mit einer Antennenanpassung verbunden sind, die Resonanzveränderungen ausgleicht, so daß man auf diese Weise selbst körperlich unsymmetrische Dipole anpassen kann, im Falle des Flugzeuges sogar mit einer Speisung "von innen heraus", also ganz unkritisch, ohne äußere Speiseleitung.

Zu Bild 18, 19 und 20 bräuchte ich die Information über das Kästchen 1.

Wäre dort eine Mantelwellendrossel drin, müßte ich auch die Bilder 19 und 20 akzeptieren. Natürlich entspräche das nicht meinen Erwartungen.

Bitte also noch die Erklärung zu (X).

HW?

73

Deine Vermutung, daß sich direkt an der Verbindungsstelle von Speiseleitung und Antenne eine Mantelwellendrossel befindet ist richtig. In der Simulation war ein Load mit Z=100+j4000 Ohm eingefügt. Ohne dieses Element fließen so riesige Ströme auf der Leitung, daß der Einfluß des 400 Ohm Widerstandes zusammen mit dem Erdnetz vollkommen überdeckt worden wäre.
Dies ist auch ein wichtiger Hinweis für Deine Messungen. Die Gleichtaktstrom-Impedanz des FD3 Baluns hat einen maßgeblichen Einfluß auf den Betrag und die örtliche Lage der Stehwelle auf der Speiseleitung.
Außerdem verschiebt sich die Anpassung der Antenne bei ungenügender Sperrimpedanz des Baluns. Durch Längenkorrektur der Antenne läßt sich dies bei einer Frequenz wieder beseitigen, aber auf den harmonischen Frequenzen passt es dann wieder nicht mehr. Ich glaube, daß man mit einem schlechten Balun an der FD3/FD4 verzweifeln kann, wenn man diese direkt mit 50 Ohm Koax auf mehreren Bändern direkt speisen möchte. Auch bei gekauften Teilen ist Vorsicht geboten, denn nur mit mehreren großen Ferrit Kernen bekommt man das hin. Und die sind schwer und teuer - schlecht fürs Geschäft und die Aufhängung.

Nun noch zu Deiner Frage, wie eine Patchantenne funktioniert. Das ist ein guter Aufhänger, denn so kann ich am Thema der außermittigen Speisung bleiben und fliege nicht aus dem Forum.
Zuerst habe ich ein Bild angehängt, das die Ober- und Unterseite zeigt. Es ist eine 4mm dicke Keramikplatte, auf deren Oberseite ein 20x20mm großes Silberquadrat abgeschieden wurde und auf deren Unterseite ein Quadrat von 25x25mm ist. Von der Unterseite her ist ein Metallstift isoliert durch das unterseitige Quadrat gesteckt worden, das dann mit dem oberseitigen Quadrat verlötet ist. Die Lotstelle ist deutlich zu erkennen und der Anschlußpunkt ist - wie schön für das Thema - außermittig!
Die Kantenlänge entspricht Lambda/2. Dies wäre im Freiraum ca. 9,5cm für 1575MHz. Der einseitige Keramikbelag bewirkt ein Epsilon_eff von 22,5 für die Silberfläche, sodaß ein Verkürzungsfaktor von 0,21 zustande kommt. Die Keramik mit einem Epsilon von 50... 100 ist der Trick, die GPS Antennen klein zu bekommen.
Der außermittige Kontaktierung des Patches hat hier die Aufgabe eine rechtsdrehende Zirkularpolarisation der Empfangsantenne zu erzeugen. Dies ist die Strahlungsart der Satellitenantennen. Deshalb sieht man üblicherweise keine simplen Stabantennen für GPS Empfänger.
Für die Funktion des Patches als Antenne ist dies aber nicht erheblich.
Um zu erklären, wie eine Patchantenne funktioniert, möchte ich diese aus einer Windomantenne entwickeln. Das klingt zuerst etwa bizarr, aber schaue mal bitte auf Bild21_Windom_Eindraht.jpg. Dort habe ich eine Windom-Antenne mit "sogenannter" Eindrahtspeiseleitung modelliert. Die Ströme im linken und rechten Teil des waagerechten Dipols sind an der Einspeisestelle etwa gleich. Ganz wichtig sind die Radials. Erst durch diese wird eine Windom zur Antenne! In einigen Büchern wird darauf nur unzureichend eingegangen. Nur vereinzelte Hinweise, daß eine "gute HF-Erde" anzuschließen sei, werden gegeben. Dann ist es nicht verwunderlich, wenn die Autoren auf so unterschiedliche Längenangaben für die selbe Antenne kommen. Ich habe jahrelang nicht kapiert, wie man mit einem Draht eine Antenne speisen können soll. Aber das ist ein anderes Thema...
Nun ja, die Simulation funktioniert jetzt perfekt. Die Einspeisung ist der kleine rote Kreis direkt über dem Zentrum der Radials. Ich habe die Antennenäste so getrimmt, daß sich ein reeller Fußpunktwiderstand von ca. 500 Ohm ergibt, wobei der Strombelag auf dem senkrechten Draht fast konstant ist.
Die Annahme, daß ein senkrechter Draht über einem Erdnetz (Radials) eine konstante Impedanz hat, gilt wirklich nur näherungsweise. Eine auf 40m (Lambda) verlängerte Speiseleitung der Windom Antenne zeigt eine Welligkeit im Strombelag. (s. Bild21a_Windom_Eindraht_hoch.jpg). Einen konstanten Strombelag des senkrechten Drahtes gibt es nicht in dieser Anordnung. Bis Lambda/4 Länge könnte jedoch dieser Eindruck entstehen.
Der senkrechte Draht ist auch mehr als eine Speiseleitung. Sie strahlt jedoch etwas weniger als der Dipol (ca. halber Strom des Maximuns auf dem Dipol).
Wenn ich nun einen zweiten Dipol über Kreuz an den Speisepunkt anschließe, die Längen leicht neu justiere, dann erhalte ich Bild22_Windom_Eindraht_Kreuz.jpg. Der Fußpunktwiderstand ist immer noch ca. 500 Ohm. Ich rücke nun Radialnetz und Dipolkreuz von 10m auf 2,8m zusammen (s. Bild23 kurzes_Windom_Kreuz.jpg). Der Fußpunktwiderstand sinkt auf ca. 50 Ohm und die Resonanzfrequenz verschiebt sich von vormals 7,3MHz auf 8MHz. Ich überlasse es nun Deiner Fantasie, den Kreuzdipol und das Radialnetz zu je einer Fläche aufzufüllen. Es fließen dann über Kreuz zwei Ströme in der Fläche verteilt, ähnlich denen im Erdnetz Bild17_Erdnetz.jpg.
Der senkrechte Draht übernimmt vorrangig die Speisung und ist nicht selbst der Strahler. Dafür ist er zu kurz und die Ströme in der resonanten Fläche zu stark.
Der Übergang vom Dipol mit kapazitiver Last zum Dipol mit Eindrahtspeisung ist fließend. Es kommt immer auf das Größenverhältnis der Draht-Teilstücke zur Wellenlänge an.

Ich hoffe meine Erklärungen waren nützlich für Dich.

Viele Grüße,
Ralf - DL3BUS

Hallo,

besten Dank für die interessanten Ausführungen zum Thema Antennen, die den Mythos "Antenne" erhellen helfen. Besonders danke ich Ralf für seine offenen Worte, die in dieser Deutlichkeit bisher nicht ausgesprochen wurden, denn die Natur ist nun mal symmetrisch, auch wenn manche Amateure dies nicht wahrhaben wollen.

> 7. Die Begriffe "Gegengewicht" oder "Erdnetz" oder "Radials" sind im Grunde
> genommen ein und dasselbe: Der 2. Dipolast.
> Zusammen mit dem sogenannten "Monopol" bilden diese Gebilde einen Dipol,
> wobei zumeist eine nichtmittige Einspeisung vorliegt und der Dipol zwei völlig
> verschieden aussehende Dipoläste besitzt. In jedem Fall muß der Dipol in
> Resonanz sein oder mit einem Tuner für die Speisung in Resonanz gebracht
> werden, wenn ein gute Abstrahlung erreicht werden soll.
> Die verbreitete Beschreibung, daß es Monopolantennen gibt, die zwecks
> Erzeugung eines Spiegelbilds in der Erde ein Erdnetz (Radials) benötigen...,
> halte ich für vollig irreführend. Das Erdnetz erzeugt kein besseres Spiegelbild als
> Ersatz für die Erde, sondern ist selbst die Antenne.
> Monopol + Erdnetz = Dipol!!!
> endgespeister Draht + Gegengewicht = Dipol!!!

vy 72/73 Gerd DM2CDB

Lbr Ralf,

vielen Dank für deine letzten Erklärungen. Von der Patch-Antenne habe ich bisher nie gelesen und weiß nun auch im groben, wie sie dimensionert wird. Mit so hohen Frequenzen hatte ich bisher nie zu tun.

In Bezug auf die Stromunterdrückung auf der Außenseite des Speisekabels einer FD-X- oder Stromsummen-Antenne muß ich den Simulationen also entnehmen, daß mein Bezug auf meine frühere Erfahrung hier schlecht anwendbar ist. Im Falle von praktischen Arbeiten daran bin ich also vorgewarnt. In Abständen in Reihe geschaltete Mantelwellendrosseln wirken besser.

Das Prinzip der Stromsummenantenne als Allbandantenne interessiert mich mehr grundsätzlich. Aber bisher habe ich nie so gewohnt, daß ich eine angepaßte, kabelgespeiste Antenne nötig gehabt hätte; in der Regel benutze ich Antennen, die mit einem ATU angepaßt werden.

Nochmals schönen Dank für alles.

73

Hallo Ralf,

einige deiner Ausführungen kann man so nicht stehen lassen:

Zitat

Original von DL3BUS
[...] 3. Das Erdnetz wird durch das Auflegen auf die Erde nicht (vernachlässigbar) bedämpft. [...]

Doch, das wird es.

Jeder Wirkleitwert, der parallel zu einem resonanten Gebilde liegt, bedämpft es. Schau dir dazu bitte die Maxima bei Lambda/2 in den von mir dargestellten Widerstandsverläufen der Erdnetze an. Da siehst du ganz deutlich, dass das Radial in der Luft "schmalbandiger" ist, weil kein zusätzlicher Verlustleitwert wirkt. Ein Radial wird aber bei Lambda/4 (also Serienresonanz, da es am Ende offen ist) betrieben. Da ist es niederohmig. Und genau das will man haben! Auch hier macht die Bedämpfung durch Parallelschaltung mit dem Erdwiderstand etwas aus. Da die Serienresonanz aber niederohmig ist, wirkt die Parallelschaltung hier fast nicht und die Resonanz bleibt weitgehend erhalten. Nur unter diesen Vorausetzungen stimmt deine Aussage mit "vernachlässigbar".

Mit anderen Worten: Deine Aussage gilt nur in der Nähe von Lambda/4 und ungeradzahligen Vielfachen davon. Das ist schon sehr wichtig!

Zitat

[...] Es bleibt ein Resonator und dieser wird auch nicht durch Bedämpfung breitbandig. Eine gewisse Breitbandigkeit ergbt sich nur aus der Fläch selbst. (Flächenantennen sind Breitbandantennen) Man kann also keinen Strom hineinleiten, der dann absorbiert (Wärmeerzeugung) würde. [...]

Ein Radial ist ein Resonator. Das ist richtig. Radials werden in gut leitender Erde aber bedämpft, doch bei Lamda/4 stört das nicht. Der Rest ist leider unverständlich.

Zitat

[...] Weiterhin ist der Boden ein sehr schlechter Leiter oder anders ausgedrückt, ein zu hochohmiger Widerstand als daß es zur vollständigen Absorbtion der Oberflächenströme kommt. [...]

Wenn der Boden "zu hochohmig" ist, dann kannst du das Erdnetz oder Radial auch gleich in die Luft hängen. Wer vergräbt denn aber ein Erdnetz in schlecht leitender Erde? Das wäre doch völlig unsinnig.

Oberflächenströme werden auch nicht absorbiert. Die Stromdichte ist immer da am höchsten, wo der höhere Leitwert ist. Strom- (und Spannungs-) Überhöhungen an Radials oder Erdnetzen, die durch Resonanzeffekte auftreten, werden aber durch das Erdreich (sofern es nicht hochohmig ist) reduziert oder sogar ganz verhindert. Das Interessante daran ist, dass sich das auf die Abstrahlung kaum auswirkt: Fasse mal ein Radial am Ende an, während gesendet wird (besser nicht) und du wirst den Unschied gegenüber einem Netz in gut leitender Erde ganz deutlich merken.

Zitat

[...] Deshalb kommt es als Analogie betrachtet auch zur Reflexion der Fernfeldstrahlung der Antenne am Boden und nicht zu deren Absorbtion im Boden. [...]

Das ist für mich völlig unverständlich. Was ist Fernfeldabstrahlung und eine Reflexion derselben? Es gibt nur eine Abstrahlung und je nach Abstand zur Antenne unterscheidet man zwischen Nah- und Fernfeld.

Zitat

[...] 5. In 2 Artikeln der QST (einer von 2000) wird berichtet, daß ein senkrechter Lambda/4 Strahler auf einem vergrabenen Radialnetz von 120 Stck. mit Lambda/2 Länge (nicht notwendigerweise Lambda/4!, aber auch möglich) einen Antennenwirkungsgrad von 90% besitzt. Die währe unmöglich, wenn das Radialnetz stark bedämpft würde. [...]

Der Antennenwirkungsgrad wird i.d.R. durch die Anpassungsverluste an den TX-Ausgang bestimmt. Wenn man keine verkürzten Antennen verwendet (also auch keinen Tuner braucht), dann werden die Verluste durch alle ohmschen Anteile von Kabel, Balun und Antenne erzeugt. Das hat mit der Bedämpfung der Radials aber nichts zu tun, denn wie oben schon festgestell, wirkt der ohmsche Anteil des Erdnetzes bei einem Lambda/4-Radial nur sehr wenig.

Ich frage mich auch, wie die 90% Antennenwirkungsgrad in dem erwähnten Artikel ermittelt wurden. Das ist nämlich gar nicht so einfach wie man es sich vorstellt! Falls das eine KW-Antenne war, so möchte ich anzweifeln, dass er überhaupt gemessen und nicht nur abgeschätzt wurde. Sofern die einzelnen Radials tatsächlich Lambda/2 lang waren und nicht etwa der Kreis aller 120 Radials einen Durchmesser von Lambda/2 hatte, möchte ich das Ergebnis bei frei in der Luft hängenden Radials eher anzweifeln, weil sie dann am Speisepunkt hochohmig wären und nahezu keine Wirkung zeigen würden. Wenn sie aber in der Erde waren, dann könnte das stimmen. Doch dann ist die Länge und die Anzahl nicht mehr so ganz wichtig. Den gleichen Effekt würde man auch mit wesentlich weniger Aufwand erreichen.

Der Antennenwirkungsgrad wird zwar durch das Erdnetz mit beeinflusst, aber weit weniger, als du es darstellst. Wenn man das Erdnetz völlig falsch aufbaut, dann ist die Antenne einfach "nur" falsch angepasst und strahlt deshalb schlecht ab. Das kann man aber nicht als Antennenwirkungsgrad bezeichen, denn der gilt nur für Resonanz, weil dabei Wirkgrößen und keine Blindanteile verglichen werden.

Zitat

[...] In jedem Fall muß der Dipol in Resonanz sein [...]

Das ist falsch.

Zitat

[...] oder mit einem Tuner für die Speisung in Resonanz gebracht werden, [...]

Das ist (aus einem anderen Grund - siehe nächstes Zitat) richtig.

Zitat

[...] wenn ein gute Abstrahlung erreicht werden soll. [...]

Abstrahlung hat mit Anpassung rein gar nichts zu tun! Mit Anpassung bekommt man "nur" das Maximum an Leistung des TX an die Antenne. Bei Fehlanpassung kommt deshalb weniger Energie zur Antenne und nur deshalb strahlt sie weniger ab! Das ist kein Spezialeffekt der Antenne, sondern einfach nur eine Sache der Leistungsanpassung.

Zitat

[...] Die verbreitete Beschreibung, daß es Monopolantennen gibt, die zwecks Erzeugung eines Spiegelbilds in der Erde ein Erdnetz (Radials) benötigen..., halte ich für vollig irreführend. Das Erdnetz erzeugt kein besseres Spiegelbild als Ersatz für die Erde, sondern ist selbst die Antenne.
Monopol + Erdnetz = Dipol!!!
endgespeister Draht + Gegengewicht = Dipol!!! [...]

Das ist im Prinzip richtig, allerdings ist der Begriff Dipol hier doch unpassend, weil die beiden Hälften sich doch ganz erheblich unterscheiden. Im übrigen bestrahlt ein ungestörter Dipol immer den ganzen Raum und ein auf unendlich gut leitender Erde stehender Monopol nur den halben Raum. Daher hat er trotz halber Abmessung beim Senden 3dB Gewinn.

Ganz allgemein, spielt die Antennengrösse in Hauptstrahlrichtung ohne Berücksichtigung von Verlusten beim Senden gar keine Rolle. Kurze Antennen gehen nur deshalb etwas schlechter, weil Anpassungsverluste auftreten.

73 de Tom - DC7GB

Hallo Tom,
wie ich Deinen Entgegenhaltungen entnehme, sollte ich meine Ausführungen etwas näher erläutern, damit es noch klarer wird.

Zuerst ist es wichtig das Gesamtsystem zu charakterisieren.
Fall 1) In meiner Betrachtung mit Ha-Jo wurde ein horizontaler Lambda/2 Dipol im Abstand von Lambda/4... Lambda/2 über einem sehr dichten Draht-Erdnetz von Lambda/4 im Quadrat angenommen. Es ging um die Frage, ob mit einem Widerstand zwischen der senkrecht verlaufenden Speiseleitung und dem Erdnetz der Mantelstrom verringert werden könnten. Das ist ein spannender Sonderfall.
Dabei liegt das Erdnetz zum Erregerdipol parallel in dessen Nahfeld und ist nur strahlungsgekoppelt

Fall 2) Viel häufiger ist das Erdnetz oder ein Radial-Netz Bestandteil eines Vertikaldipols. (Ich schreibe mit voller Absicht nicht "Monopol") Bei solch einem Vertikaldipol wird der schlanke senkrechte 1.Dipolast und der breitgefächerte waagerecht liegende 2.Dipolast galvanisch von einer Leitung gespeist. Unter der Voraussetzung, daß keine Mantelströme auf der Speiseleitung fließen (bei Koax) sind die Ströme im senkrechten Strahler und im waagerechten Strahler im Speisepunkt betraglich gleich und entgegengerichtet. Die beiden Dipoläste sind miteinander zusätzlich feldverkoppelt.

Um die Frage beantworten zu können, ob ein Erdnetz, das auf dem Erdboden aufliegt, "bedämpft" wird (Fall 2), muß geklärt werden, ob auf der Unterseite ein Strom fließt bzw. ein E- oder H-Feld vorhanden ist. Gibt es einen Strom mit den von ihm erzeugten Feldern, so wird die Absorbtion derselben als in den Fußpunktwiderstand des Vertikaldipols hineintransformierter Wirkwiderstand sichtbar. Das könnte man als Bedämpfung des Radialnetzes bezeichnen. Dieser Widerstand wird auch häufig Erdwiderstand genannt.(Achtung: Mit dem meßbaren Widerstand des Erdbodens hat der nichts direkt zu tun)

Zwischen senkrechtem und waagerechtem Strahler existiert wegen der entgegengesetzten elektrischen Polarität der Strahler (durch die galvanische Speisung) ein starkes reaktives Nah-E-Feld. Von unten betrachtet weist das Radialnetz innerhalb der Fläche keine entgegengesetzte elektrische Polarität auf. Es wird also unterhalb der Radials kein starkes E-Feld erzeugt.
Das vom senkrechten Strahler erzeugte H-Feld ist einfach konzentrisch um den Draht. Spannend wird es bei der Betrachtung des H-Feldes beim fächerförmigen horizontalen Strahler. Besteht dieser aus einem Radial, so gilt das Selbe wie beim senkrechten Strahler. Liegt dieses Radial auf dem Erdboden, so verläuft die Hälfte des H-Feldes im Boden. Da der Boden verlustbehaftet ist, erfolgt zweifellos eine Bedämpfung dieses Radials.
Doch was passiert, wenn zwei Radials sehr nahe beieinander liegen? Jedes der Radial hat ein eigenes radiales H-Feld. Beide Felder überlagern und beeinflussen sich gegenseitig. Die H-Feldlinien werden zwischen den Radials nun nicht mehr geschlossen sein. Es bildet sich ein Summen-H-Feld, das beide Radials gemeinsam konzentrisch umschließt. Die Feldlilien sind nicht mehr kreisförmig, sondern oval. Die Verdrängung des H-Feldes aus den Zwischenräumen der Radials ist fließend und hängt mit dem Verhältnis aus Wellenlänge und Abstand zusammen.
Wenn nun sehr viele Radials fächerförmig eng aneinander liegen, so wird das H-Feld auf der Oberseite des Radialnetzes in sich geschlossen und dringt nicht mehr auf die Unterseite. Der Strom fließt dann auch nicht mehr gleichmäßig auf dem vollen Querschnitt (wg. Skin Effekt ohnehin nur oberflächlich) der Draht-Radials verteilt, sondern vorzugsweise auf der nach oben gerichteten Außenhaut des Drahtes.
Durch die Konzentration des reaktiven H-Nahfeldes auf der Oberseite der Radials gibt es kein starkes H-Feld unterhalb derselben. Ob ein Radial Lambda/4 oder Lambda/2 oder noch länger ist, spielt nur eine untergeordnete Rolle. Es gilt nur die Formel: Länger ist besser und mehr ist besser! Wobei man gleichzeitig auch mehr Radials nehmen sollte, wenn man diese verlängert. Dies liegt daran, daß das Radialnetz mit der Verlängerung an den Enden aufspreizt und die oben beschriebene H-Feld Überlagerung an den Enden nicht mehr funktioniert, wodurch die Verlängerung wiederum nutzlos wird.
Bei 120 Radials mit Lambda/2 Länge sind dies ca. 0,025 Lambda Abstand zwischen den Spitzen.

Im Bild26_L4_Radials.jpg sieht man einen Vertikaldipol mit 48 Stck. Lambda/4 Radials im Freiraum. Der Kreuz-Dipol unter den Radials zeigt die zu erwartenden Felder durch Anzeige der Strombeläge des resonanten horizontalen und vertikalen Dipols. Die Ströme auf den Testdipolen betragen ca. 10...20% vom gespeisten Strom, abhängig von deren Lage. Der gespeiste Dipol ist in Resonanz.
Frequency = 7,3 MHz
Source 1 Current = 1 A. at 0,0 deg.
Impedance = 21,32 + J 4,229 ohms

Im Bild27_L2_Radials.jpg und Bild27a_L2_Radials2.jpg sieht man einen Vertikaldipol mit 48 Stck. Lambda/2 Radials im Freiraum. Anstatt die Radial-Längen zu verdoppeln habe ich die Testfrequenz verdoppelt und die Dipollängen halbiert. (das ging einfacher) Der gespeiste Dipol ist wieder in Resonanz, bei leicht vergrößertem Fußpunktwiderstand. Wie man sieht, dominiert der senkrechte Strahler die Resonanzfrequenz der Antenne. Die Radials wirken breitbandig und sind nicht bedämpft. (Freiraumsimulation) Die vertikalen und horizontalen Felder sind nicht gleichverteilt unter den Radials, aber immer viel kleiner im Betrag als die Felder oberhalb der Radials. Ich schätze, daß die Feldenergie unter den Radials 20dB kleiner sind als die darüber.
Frequency = 14 MHz
Source 1 Current = 1 A. at 0,0 deg.
Impedance = 36,12 + J 2,729 ohms

Fazit: Ein ausreichend engmaschiges Erdnetz mit ausreichender Fläche (ausreichende Anzahl von Radials ca. 120 Stck je Lambda/2 lang) wird durch den Erdboden nur vernachlässigbar bedämpft. Dessen Resonanz wird also auch nicht durch Bedämpfung breitbandiger. Dies ist auch nicht notwendig, da ein flächenhafter Strahler von Hause aus breitbandig ist. Eine Discone-Antenne benutzt z.B. eine Scheibe als 1.Strahler und einen Kegel als 2.Strahler. Sowohl die Scheibe als auch der Kegel können als Radials ausgeführt sein. Dies ist eine äußerst breitbandige Antenne. Niemand würde auf die Idee kommen, eine Bedämpfung für die Breitbandigkeit zu vermuten.

Ist das Radialnetz zu kurz oder zu weitmaschig, so wird dieses bedämpft. Es hilft nur das Abheben von der Erde. Auch scheinbar kleine Abstände haben schon eine große Wirkung. Gerd Janzen beschreibt dies umfangreich in seinem Buch "Monopolantennen und Vertikalantennen".

Tom, daß ein einzelnes Radial bedämpft wird ist klar. Dafür ist Deine einfache Simulation mit Ersatzelementen ausreichend. Das ist aber auch wenig interessant. Viel interessanter ist für mich die Frage: Was muß ich tun, damit das Radialnetz nicht mehr bedämpft wird?

Der von mir genannte Artikel ist in der Juli 2000 Ausgabe der QST. Der Titel ist: "Verticals, Ground Systems and Some History" von Rudy Severns, N6LF. Er bezieht sich unter anderem auf Messungen, die Brown, Lewis und Epstein 1937 für die Fa. RCA gemacht haben. Der Originaltext ist im Internet zu finden. Ich habe mir diesen durchgelesen. Es sind Meßkurven bis zum Abwinken drin. Alles wurde Fullsize für 3,0 MHz aufgebaut und sowohl der Strom in den Radials als auch die Feldstärke im Fernfeld gemessen.
Wenn Du weiterhin Zweifel hast, dann solltest Du es Dir selbst durchlesen.

Tom, Du hast Dich gewundert, warum es Leute gibt, die die Radials in schlecht leitender Erde vergraben. Ich auch. Ich kann mir nur denken, daß große Rundfunksender dies wegen der Zufahrt zum Sendemast machen. Der OM macht dies einfach nach. Manch einer macht es, damit der Nachbar es nicht sieht und der Rasenmäher nicht hängenbleibt. Wieder andere glauben, daß die Radials dadurch breitbandiger werden. Letzteres sollte nun klarer sein.

Übrigens kann ich nicht oft genug sagen, daß die Erde niemals ein elektrisch gut leitendes Medium ist.
Deshalb halte ich die Analogie zu einer unendlich großen elektrisch gut leitenden Fläche für völlig haltlos.
Die freien Ladungsträger in der Erde kann man fast zählen. Der auch nur annähernde Vergleich mit Metallen hinkt gewaltig.
Die "Leitfähigkeit" des Bodens beruht nicht vorrangig auf der Leitung mittels Ladungsträgern, wie Elektronen oder Ionen. Mindestens Gleichrangig ist die dielektrische Eigenschaft des Bodens. Diese bewirkt eine Verringerung der Eindringtiefe der E-Felder in den Erdboden. s. Bild24_Skin_depth_soil_QST_07_2000.jpg
Würde der Boden ein relatives Epsilon von 80 (reines Wasser) besitzen und keinerlei elektrische Leitfähigkeit haben, so würden wir die Eigenschaft eines "sehr gut leitenden" Boden registrieren. Dies liegt an der Beugung und Reflexion des E-Feldes an der Grenzschicht zum Dielektrikum. Die Felder werden so am Eindringen in den Erdboden gehindert. Das selbe bewirkt auch ein elektrisch gut leitendes Medium. Deshalb sind die Wirkungsmechanismen auch so leicht zu verwechseln. Sowohl elektrische Leitfähigkeit als auch Dielektrizitätskonstante stehen in der Formel zur Berechnung der Feldeindringtiefe in ein Medium (hier Erdboden).

Tom, Du verneinst vehement die generelle Betrachtungsweise von Antennen als Dipol. Damit gibst Du den wichtigsten Schlüssel zur Anschaulichkeit und zum Verständnisses der Funktionsweise von beliebigen Antennen aus der Hand. Schade.
Bitte halte Dir dann folgendes vor Augen:
1) Eine Batterie und ein Wechselstromgenerator haben immer zwei Anschlüsse. Man muß beide an einen Verbraucher anschließen, um einen elektrischen Stromkreis zu bekommen, in dem Strom fließt und Leistung umgesetzt wird.
2) Geht es auch, wenn nur ein Pol an einen einzelnen Draht angeschlossen wird? Wird dann in diesem Leiter ein Strom fließen und so ein "Monopol" zur Antenne? Wenn jDu jetzt ja sagst, dann schaue noch mal bei 1)

Ein schönes Bild zum schmunzeln aus "Kurze Antennen" von Janzen, Bild25_Monopolantenne_Janzen.jpg
Ich wünsche viel Erfolg beim Anschließen des Senders an den "gespiegelten Monopol". Wer jetzt einen tiefen Rohrerder in die Erde rammt, ist darauf hereingefallen. (Das steht nämlich im zugehörigen Text)

Tom, ich habe nicht gesagt, daß ein Dipol allein in Resonanz sein muß. Ich habe geschrieben: "In jedem Fall muß der Dipol in Resonanz sein oder mit einem Tuner für die Speisung in Resonanz gebracht werden, wenn ein gute Abstrahlung erreicht werden soll."
Dies bedeutet, daß ein Dipol auch mit zusätzlichen Bauteilen (Antennentuner) in Resonanz gebracht werden kann. Das ist unter OM sogar die Regel. Eine Abstrahlung gibt es auch ohne Resonanz. Aber eine gute Abstrahlung, soll heißen: bessere Abstrahlung, gibt es nur bei Resonanz. Und warum ist das so? Weil die Ströme bei Resonanz im Draht am größten sind. Und darauf kommt es an.
Elektrischer Wechselstrom = sinusförmige Ladungsträgerbeschleunigung im Draht
Ladungsträgerbeschleunigung = elektromagnetische Fernfeldabstrahlung
Also: größerer Strom = mehr abgestrahlte Leistung
Deshalb: Resonanz ist anzustreben (nebenbei: Resonanz heißt auch - ein reiner Wirkwiderstand wird an den Speiseklemmen hergestellt - nicht am Antennendraht)
Eine gute reelle Leistungsanpassung kommt dann noch obendrauf, wenn der Wirkwiderstand der Antenne nicht der optimale Lastwiderstand der Endstufe ist. Das wird im Antennentuner gleich noch mit erledigt, muß aber nicht sein.

Tom, Du sagst, daß die Größe einer Antenne keine Rolle spielt, sondern nur die Anpaßverluste. Vielleich, aber solange auf der Erde keine besseren metallischen Leiter als Silber und Kupfer entdeckt werden, ist der Unterschied akademisch.
Was bleibt ist: Sehr kurze Antennen sind schlechte Antennen! Und zwar als Antennensystem betrachtet.

73 de Ralf - DL3BUS