Was bedeutet eigentlich Resonanz?

Hallo Gert,

ich versuche mal das Ganze etwas aufzudröseln,auch wenn
Binsenweisheiten dabei sind.

Koaxspeisung:
Da ich in Dipolmitte ohnehin in der Nähe von 50 Ohm bin,bringt Gammamatch
gegenüber Auftrennung keine Vorteile,Symmetrierungsproblem besteht weiter,
MW-Sperre so oder so erforderlich.

Zweidrahtspeisung:
Symmetrieproblem wird von der Einspeisung ins Shack verlagert
(übergang von Koax auf Zweidraht).
a) Speisung mit stehwellenbehafteter Speiseleitung
Sehr verlustarm so lange die Speiseleitung verlustarm aufgebaut ist und die Welligkeit
keine extremen Ausmaße annimmt.
b) Deltamatch,das ist die symmetrische Variante der Gammamatch,
also Abgreifen der passenden Impedanz auf dem Strahler
Für 600Ohm Leitung realisierbar,Symmetrie bleibt gewahrt,Wanderwellenspeisung,
also keine Stehwellen auf der Zweidrahtleitung.
Nachteil:Einbandlösung,mechanischer Aufwand,problematische Wetterfestigkeit
Vorteil:keiner;die Stehwellenfreiheit bietet auf der Zweidrahtleitung keinen Vorteil.

Grundsätzlich stört Fehlanpassung auf Speiseleitungen,Koax oder Zweidraht,die
Symmetrie *überhaupt* nicht.
Umgekehrt ist es etwas komplizierter.
Unsymmetrien erzeugen Mantelwellen auf Koaxleitungen bzw. Gleichtaktwellen auf
Zweidrahtleitungen.
Damit wird die Speiseleitung zum Bestandteil der Antenne wodurch sich das Stehwellenverhältnis
ändert.
Auf Koaxleitungen mißt man dann an verschiedenen Stellen erheblch verschiedene
SWRs,auf Zweidrahtleitungen auf jedem Schenkel ein verschiedenes SWR.

Allerdings bin ich mir jetzt nicht ganz sicher,ob ich deine Fragestelung
damit getroffen habe.

73
Clemens
DL4RAJ

Hallo Gert,

ich kann bestätigen, daß das Verschieben der Einspeisung super klappt.

Die Annahme, daß in Dipolmitte der 50 Ohm Punkt für die perfekte Anpassung eines 50 Ohm Koaxialkabels ist, trifft bei mir nicht zu. Mein 40m langer Dipol hat einen Einspeisepunkt in 10m Höhe und fällt zu den Enden hin in Richtung Erdboden ab. Außerdem ist er auch noch einmal um 90 Grad (Draufsicht) abgewinkelt. Dies alles führt dazu, daß die Impedanz in der Dipolmitte bei 10... 20 Ohm liegt. Ich habe einfach den Einspeisepunkt auf 12,5m vom Dipolende gelegt. Dieser Punkt ist hochohmiger und bringt ein besseres SWR bei Resonanz (80m Band). Nahe dem Einspeisepunkt habe ich eine Mantelwellensperre durch Auffädeln von ca. 50 cm Ferrithülsen auf das RG213 Koax Speisekabel eingebaut. (die von http://www.dx-wire.de)

73, Ralf

Wenn ich am Schluss des Querlesens noch richtig erinnere, war die Fragestellung ganz simpel: Was ist Resonanz ? - Und da habe ich aus der Physik - unabhaengig davon, ob es sich um eine Antenne, ein akustisches System oder sonstwas handelt, in Erinnerung, dass ein System resonant ist, wenn es von aussen angeregt, eine maximale Amplitude erreicht.
Der Ort der Einspeisung hat m.E. zunaechst ueberhaupt nichts damit zu tun - theoretisch. - Praktisch wird das System natuerlich durch die Umgebung beeinfluszt und da wissen wir ja alle, dass sich damit die Resonanzfrequenz (meist in eine unerwuenschte Richtung) verschiebt.
+ + +
Meinen FB-33 betreibe ich uebrigens erfolgreich auch ohne Symmetrierung.
Habe vorsichtshalber am Speisepunkt das Koaxkabel zu mehreren Windungen aufgerollt. Keine Stoerungen (von evtl. "Mantelwellen"). Und ob das Ding nun wirklich schielt ??? - Habe nichts davon gemerkt.
+ + +
Moechte noch kurz zur "1:1 SWRomanie" was loswerden:
Beobachte, dass viele OM (zumd. scheinbar) ein im Shack am Transceiver angezeigtes SWR von 1:1 mit einer auf dieser Frequenz resonanten Antenne gleichsetzen. Ich persoenlich leite aus dieser Anzeige nichts weiter ab, als das in diesem Zustand mein TX die maximale Leistung an das Koaxkabel abgibt - sonst nix. An den "Zufall" dass meine W3 wirklich auf allen vorgesehenen Baendern 50 Ohm reell liefert glaube ich nicht....

hallo Ralf,
super! Da hast Du ja mein Gedankenexperiment schon lange praktisch realisiert! Macht mich richtig glücklich, dass ich doch nicht völlig auf dem Holzweg bin!
Vielen Dank auch Clemens und DL4KE für die Beiträge.
Wahrscheinlich war meine Frage zu abstrakt und unklar formuliert. Ich hoffe anhand des konkreten Beispiels wird es nun verständlicher.
Worauf ich hinaus will: Gibt es außer
Resonanz, Impedanz und Symmetrie
noch eine andere wichtige Größe "Einspeisepotential" ? (Vielleicht gibt es schon einen treffenderen Begriff?)
Gedankenexperiment:
Wir haben eine Antenne 1 Lambda lang. Wir speisen genau in der Mitte mit einem symmetrischen angepassten Kabel (welcher Wert das auch sein mag).
Wir haben also Resonanz, Impedanzanpassung und Symmetrie (selbst der TX-Ausgang sei symmetrisch).
Trotzdem treten m.E. erhebliche Mantelwellen auf, u.U. verbrenne ich mir am TX die Finger, da ich ja im Spannungsbauch einspeise! Dh die Speiseleitung wird längs angeregt.
Beim Beispiel von Ralf müssten erhebliche Probleme entstehen, wenn er die Mantelwellensperre weglässt (und diese Längsimpedanzerhöhung wäre durchaus kritisch - Resonanz, Spannung, Erwärmung).
Ist das noch richtig?
73 Gert

Also, ich hatte die Huehnerleiter bis neben den Trcvr gefuehrt und dort, an deren Ende, abhaengig vom Band (und der Laenge der Leitung),
natuerlich mal Spannungsbauch oder auch nicht. Aber am Transceiver niemals die Finger verbrannt. - Ob am antenneseitigen Ende gerade Spannungs- oder Strombauch vorhanden ist, ist dabei m.E. voellig unwichtig. Es gibt sogar OMs, die bevorzugen hochohmige Speisung, weil 'man' annimmt, dass dort die Verluste geringer sind. Insgesamt sagt man ja auch der Huehnerleiter einen geringeren Verlust nach.
Unter Beruecksichtigung aller fuer und wider bin ich zu der Auffassung gelangt, im QRP-Betrieb nach Moeglichkeit eine Monoband-Antenne zu verwenden, die ohne zusaetzliche Symmetrierglieder und Matchbox betrieben wird. Dann hat man die geringstmoeglichen Verluste. - Wenn's so nicht sein soll, dann als naechste Variante die Huehnerleiter und eine symmetrische oder symmetrierende Matchbox zw. Trcvr und Leitung.

hallo Jürgen,
in Deinem Fall (Hühnerleiter, Spannungsbauch TX-seitig) hast Du sicher Recht. Es dürfte aber dann eine abgestimmte Speisung vorliegen, d.h. Du hast sowieso Stehwellen auf der Speiseleitung, was einfach eine andere Betriebsweise ist. Ich vermute, wenn der TX (HF-mäßig) halbwegs geerdet ist, wird dort "Ruhe erzwungen" und die Speieleitung incl. Abstimmung macht's "passend". Ansonsten muss ich mich mal reindenken.
Was ich meinte ist angepasste Speiseleitung. D.h. im Idealfall (!!!) wäre die Speiseleitung "gar nicht vorhanden", die Verhältnisse am TX sind wie an der Ant-Speisestelle. Oder?
73 Gert

Hallo Gert,

wie ich vermute, bist Du auf der Suche nach einem umfassenderen Verständnis der Funktionsweise des Systems: Generator - Speiseleitung - Antenne. Bevor Du Dich in eigenen Theorien verstrickst, empfehle Ich Dir ein Literaturstudium. Im Internet gibt es auch viele Einzelartikel zu dem Thema. Ich habe es so gemacht und es hat mir geholfen.

Ich kann Dir sagen, dass für eine effiziente Abstrahlung elektromagnetischer Wellen nur die komplexe Leistungsanpassung des Generators an die Speiseleitung + Antenne und die Resonanz der Antenne incl. Speiseleitung (ein Antennentuner, die Speiseleitung und die Antenne in "gemeinsamer Resonanz") notwendig ist. Die Forderung nach Resonanz ergibt einen reellen Lastwiderstand für den Generator. (kein Imaginärteil)

Mehr nicht!

Das Thema Mantelwellen auf Koaxialleitungen (und nur dort gibt es diese, weil z.B. eine Zweidrahtleitung keinen Mantel hat- Thema: Dreileitersystem wegen Skin Effekt) oder HF-Spannung auf dem Gehäuse der Funkstation ist nur deswegen interessant, weil dabei die strahlende Struktur eine größere räumliche Ausdehnung hat. Dann ist der aufgehängte Dipol, die Speiseleitung, das Transceivergehäuse und das 230V Stromnetz eine gemeinsame Antenne. Das kann für andere Geräte oder Menschen ungemütlich sein, stört aber die Abstrahlung nicht.
Die Symmetrie der Einspeisung ist also nicht wichtig für die Effizienz der Antennenabstrahlung!

Zu Deinen Fragen:
Die Impedanz im Einspeisepunkt (1 Lambda Strahlerlänge -> hochohmig in der Mitte) und das Entstehen von Mantelwellen (Koax) bzw. "Common Mode" Strömen (Zweidrahtleitung) haben keinen ursächlichen Zusammenhang.
Mit hochohmiger Einspeisung muß sich also niemand die Finger am Transceivergehäuse verbrennen. Das hat andere Gründe.

Übrigens ist der Begriff "HF-Erde" irreführend. Das gibt es nämlich gar nicht. Es gibt eine Blitzschutz-Erde, weil sich das elektrische Potential eines Gewitters zwischen den Wolken und dem Erdboden aufbaut und sich deshalb in den Boden ableiten läßt.
Das elektrische Potential eines Dipols existiert aber zwischen linksseitigem und rechtsseitigem Dipolschenkel. Was soll oder kann der Erdboden bitteschön bewirken. Nichts! Der trockene Erdboden ist noch nicht einmal elektrisch leitend, da Siliziumdioxid ein ausgezeichneter Isolator ist.
Aber die elektrischen Leiter, die benutzt werden, um die Station mit der angeblichen HF-Erde zu verbinden, verändern die Länge der Antenne und verschieben den "Spannungsbauch" weg von der Funkstation an einen anderen Ort. "Geerdet" im Sinne von Absorbieren wird so nichts.
Dies ist eine Fehlinterpretation der veränderten Spannungsverhältnisse.

Der einzige bekannte Absorber, der wirksam gegen HF-Oberflächenströme auf Leitern (wie unerwünschte Mantelwellen) Verwendung findet, ist Ferrit.
Vergrabene elektrische Leiter bringen das nicht! Ringerder oder Stabenerder am Haus oder am Antennenmast auch nicht! Das sind alles Plazebos, bringen aber wenigstens etwas Blitzschutz.

73, Ralf

hallo Ralf,
Suche nach einem umfassenderen Verständnis der Funktionsweise des Systems: Generator - Speiseleitung - Antenne das hast Du perfekt gesagt!
Kann sein, dass ich mich mittels besserem Literaturstudium aus der Verstrickung wilder Theorien lösen könnte. Doch 1.: nicht alles, was irgendwo geschrieben steht, ist richtig. 2.: warum sollte man dieses schöne Werkzeug Internet und das Forum "Antennentheorie" nicht nutzen, um mittels Rede und Gegenrede zum tieferen Verständnis zu gelangen? (solange es niemanden auf den Geist geht und auch Peter als Plattformspender nicht belastet).
Zumindest bin ich - Dank auch Deiner Hilfe - schon deutlich weitergekommen.

Womit ich noch nicht klar komme:
kleineres Problem: "Der einzige bekannte Absorber, der wirksam gegen HF-Oberflächenströme auf Leitern (wie unerwünschte Mantelwellen) Verwendung findet, ist Ferrit." Will man wirklich Absorbtion? Das würde heißen Umwandlung in Wärme. Würde auch heißen, der Ferrit darf (für die genutzte Frequenz) nicht "zu gut" , d.h. muss verlustbehaftet sein. Könnte es nicht auch sein, dass man die Längsimpedanz des Kabels drastisch anhebt, um Kabel-Gleichtaktströme zu unterdrücken?

schwieriger: Hf-Erdung heißt für mich nicht Absorbtion, sondern der "geerdete" Punkt wird gegenüber dem (fiktiven) Erdpotential ruhig gestellt. D.h. für eine Frequenz könnte das schon ein Lambda/4-Draht sein. (Besser mehrere, Verkopplung zur Erde (?!?))

Hauptproblem:
Dein Modell betrachtet die Erde als "nicht vorhanden". So wie die Vögel vergnügt auf der Hochspannungsleitung sitzen. Ist das wirklich richtig? Wenn die Erde wirklich ein perfekter Nichtleiter wäre, hätten wir Freiraumausbreitung, was (für übliche Kurzwellenbedingungen) sicher nicht stimmt. Selbst Reflektion (haben wir wirklich nur Reflektion zu beachten?) setzt Leitfähigkeit voraus. (oder?)
Wenn aber- wie ich vermute- das System TX-Speisung- Antenne eine Verkopplung zur Erde hat, kriege ich bei obigem 1-Lambda-Modell nur Ruhe in das Speisepotential ("neutrale Faser" der symmetrischen Speisung), wenn ich von einem 180° Phasensprung ausgehe, was wieder der Natur/Physik weh tut.
Wo liegt der Fehler?
73! Gert

Hallo Gert,

schön, dass Du meinen Vorschlag, mehr zu lesen, nicht falsch aufgefasst hast. Ich habe allerdings auch die Erfahrung gemacht, dass einige Zusammenhänge in der Amateurliteratur mindestens unvollständig oder sogar falsch dargestellt werden. In der akademischen Literatur wird dafür nichts erklärt und auf Anschaulichkeit wird nur geringer Wert gelegt. Manchmal haben sich die Akademiker so weit von der Praxis entfernt, dass keine Antworten auf reale Probleme zu finden sind. Da hilft nur "Sieben, sieben, sieben und den Menschenverstand einschalten".

Frage: Sollte die Mantelwellensperre resistiv oder reaktiv ausgelegt sein?
Antwort: lese dies: http://www.audiosystemsgroup.com/RFI-Ham.pdf
Dort wird die, meiner Meinung nach, richtige Antwort gegeben. Und zwar funktioniert prinzipiell beides. Aber für Breitbandigkeit und ohne unangenehme Resonanzstellen ist ein ausreichend großer Wirkwiderstand (>3kOhm) vorzuziehen. Manch Einer wird mit der resistiven Anordnung negative Erfahrungen machen, wenn diese bei zu schwache Bemessung (käuflich erworben oft nur 500Ohm) einfach abbrennt. Mit der reaktiven Anordnung (hochgütige Induktivität) fällt der Mißerfolg nicht sofort auf. Wer misst schon echt nach, wieviel diese Drossel wirkt (oder eben nicht wirkt). Sie wird ja nicht heiß!

Das mit der "HF-Erdung" ist einer der mystischen Dinge in der Amateurliteratur.
Einige Fakten: Der Erdboden besteht aus SiO2, anderen Mineralien und Salzen in wässriger Lösung. Die Leitfähigkeit des Erdbodens ist eine komplexe Größe, die durch den Realteil in Siemens/m und den Imaginärteil mit einer häufig zugeordneten relativen Dielektrizitätskonstanten beschrieben wird. Der Realteil (Wirkwidwestand) wird durch Ionenleitung in der wässrigen Salzlösung bestimmt. Für gute Bodenleitfähigkeit ist dieser Wert 0,01S/m und für schlechte Bodenleitfähigkeit 0,001S/m. Die sogenannte gute Bodenleitfähigkeit ist 1.000.000.000 mal schlechter als die Leitfähigkeit von Metallen. Das ist eher ein Isolator als ein Leiter.
Sehr wichtig für das Zusammenwirken mit Antennen ist die Dielektrische Eigenschaft des Bodens. Die Dielektrizitätskonstante schwankt zwischen 4 (trockener Boden) und 80 (Süßwasser) http://de.wikipedia.org/wiki/Dielektrizit%C3%A4tskonstante . Für mittelgute Bodenleitfähigkeit wird ein Epsilon von 13 angenommen und dies hängt mit der Wasserhaltigkeit zusammen. Da der Wassergehalt des Bodens mit der Tiefe schwankt, schwankt auch das Epsilon. In Simulationsprogrammen, wie NEC2, wird die komplexe Bodenleitfähigkeit für die Berechnung des Fernfeldes von Antennen berücksichtigt. Dort kann man probieren, welchen Einfluß der Realteil und welchen Einfluß das Epsilon auf die Antennencharakteristik hat. Und siehe da, die Leitfähigkeit der Salzlösung hat einen mittleren bis kleinen Einfluß auf das Fernfeld. Für die Reflexion der elektromagnetischen Wellen am Erdboden reicht schon das Epsilon des Bodens aus (dielektrischer Reflektor). Der Wirkwiderstand des Bodens erzeugt die Bodenverluste, wenn das Feld der Antenne in den Boden eindringen kann.

Der Boden ist ein verlustbehaftetes Dielektrikum, dessen Eigenschaften vom Wassergehalt bestimmt werden. Und zwar bis zu einer Tiefe von ca. 10m (frequenzabhängig).

Übrigens vergrößert sich die elektrische Länge von einzelnen Antennendrähten, wenn diese auf dem Boden aufliegen oder eingegraben werden.

Ein Radialnetz, wie das von Groundplane Antennen, ist keine HF-Erdung. Dies ist der 2. Dipolschenkel des Dipols, der aus dem senkrechten Antennenschenkel und dem schirmförmig aufgespannten Antennenschenkel besteht. Das elektromagnetische Nahfeld wird in dieser Anordnung am Eindringen in den Erdboden gehindert, sozusagen von den Radials abgeschirmt. Zu diesem Leiternetz HF-Erde zu sagen fände ich falsch.
Ein einzelner Lambda/4-Draht ist auch keine HF-Erde, da er nur eine schwache Dämpfung durch die Feldverkopplung mit dem Boden verursacht und so wie jeder andere Teil der Antenne zur Abstrahlung beiträgt.

Deshalb war ich so unverfroren zu behaupten, dass es keine HF-Erde gibt. Es ist nicht möglich unsere Erde durch Drähte für eine "HF-Erdung" "anzuzapfen".

73, Ralf