Eigenschaften kurzer Antennen

  • Hallo Clemens,


    ich werde mal alle 6 Fälle kurz beschreiben, damit wir uns darüber besser verständigen können. Voraussetzung ist eine symmetrische Speiseleitung, die lang genug ist. Verluste sind vernachässigt und die Speiseleitung ist so verlegt, dass es keine Kopplung vom Dipol auf die Speiseleitung gibt. Im ersten Fall geht sie dann senkrecht zum Dipol nach unten. In den unsymmetrischen Fällen müsste man sie entsprechend abwinkeln. Dies dient zunächst nur zur Vereinfachung der Betrachtung.


    • Trafo nur unten


      1) Beide Dipolhälften sind gleich lang:


      Hier fliessen sowohl unten als auch oben an der Antenne gleich grosse Strome. Das Kabel strahlt nicht, weil sich die Magnetfelder beider Ströme im Idealfall vollständig aufheben.


      2) Es ist nur eine Dipolhälfte angeschlossen:


      Unten wird immer noch der Strom eingeprägt. Oben kann am offenen Ende kein Strom fliessen, während am anderen Speisekabelende ein Strom in die andere Dipolhälfte fliessen wird. Da sich nun die beiden Ströme im Kabel unterscheiden, hebt sich das von ihnen erzeugte Feld nicht mehr auf und damit strahlt auch die Speiseleitung.


      Man kann es auch so betrachten, dass beide Speiseadern wegen ihres dichten Abstandes aufeinander koppeln. Das macht sie am offenen Ende vollkommen (0dB) und am Speisepunkt wo der Trafo einen entgegengesetzten Strom in die Adern einprägt überhaupt nicht (unendliche Koppeldämpfung). Am offenen Ende heben sich der von unten eingeprägte und der von der anderen Ader eingekoppelte Strom auf, so dass er 0 wird.


      3) Der Dipol ist unsymmetrisch:


      Es ergibt sich ein Gleichgewicht zwischen 1) und 2). D.h. das Kabel strahlt, aber weniger als bei 2), weil sich die beiden Teilfelder der einzelnen Speiseleitungen schon etwas besser gegeneinander aufheben können.



    • Trafo unten und oben


      4) Beide Dipolhälften sind gleich lang:


      Kein Unterschied zu 1)


      5) Es ist nur eine Dipolhälfte angeschlossen:


      Die Ströme in den einzelnen Adern der Speiseleitung sind an jedem gemeinsamen Ort entgegengesetzt gleich gross und deren Magnetfelder heben sich auf. Auf der Sekundärseite des oberen Trafos fliesst aber kein Strom, obwohl eine Dipolhälfte dran hängt. Antenne und die Speiseleitung strahlen beide nichts ab. Die gesamt Energie wird im Idealfall zum TX reflektiert (entspricht einem offenen Speiseleitungsende).


      Man kann es auch so betrachten, dass auf der Sekundärseite des oberen Trafos kein Abschlusswiderstand wirkt (es fliesst ja auch kein Strom durch die Sekundärwicklung) und daher wird alle Energie zum TX refelktiert.


      6) Der Dipol ist unsymmetrisch:


      Am oberen Ende der Speiseleitung fliessen in beiden Adern gleich grosse entgegengesetzte Ströme. Die Speiseleitung strahlt also nicht. Auf der Sekundärseite fliesst bei einem 1:1-Trafo der gleiche Strom wie in der Speiseleitung und in beiden Dipolhälften wird der gleiche Strom eingeprägt. Ob Anpassung herrscht kann man allgemein nicht sagen. Es kommt auf die Länge der Dipolhälften an. Sehr wahrscheinlich ist der Strahlungswiderstand aber komplex. Das führt dann zwar zu stehenden Wellen auf dem Speisekabel, doch das Kabel strahlt deshalb nicht.


    Nun zur oben gemachten Einschränkung der Strahlungskopplung zwischen Dipol und Speiseleitung. Es kommt auf die Wirkfäche an, die die Speiseleitung zum Dipol aufweist. Dieser Effekt überlagert sich zu den oben beschriebenen Wirkungen 1) bis 6). Je nach Orientierung (Winkel) der Speiseleitung zum Dipol kann es bei 2) zu einer Addition oder Subtraktion der eingekoppelten Energie auf die strahlende Speiseleitung kommen. Die Koppeldämpfung ist im Idealfall unendlich, in der Praxis höchstens um die 20dB und so wie Spseiseleitungen üblicherweise hängen, im Bereich um 10dB. Für eine noch festere Kopplung müsste sie schon dichter und länger parallel zum Dipol laufen. Das macht man üblicherweise aber nicht.


    Nachtrag:


    Ich vergass noch was zur fehlenden Erde zu schreiben. Ja, das ist eigentlich gewollt, weil ich es nicht noch komplizierter machen wollte. Das Thema Erdnetz sollte getrennt in einem anderen Thread behandelt werden, denn so nebenbei wie jetzt abgehandelt ist es eigentlich nicht sehr erschöpfend. Ich kann das ja noch mal explizit erwähnen.

    73 de Tom - DC7GB

    Edited 2 times, last by DC7GB ().

  • Hallo Tom,


    danke für die übersichtliche Aufgliederung.
    Fall 1-5 können wir als unstrittig abhaken.


    Zu Fall 6)
    Wenn ich Dich richtig verstanden habe,dürfte nach Deiner Meinung
    mit Trafo oben (und ggf. unten bei erdunsymmetrischer Quelle)
    dieZuleitung nicht strahlen,
    sofern die Speiseleitung rechtwinklig von der Antenne weggeht .
    Wie schon erwähnt,bin ich hier anderer Meinung.


    Ich werde daher versuchen,experimentell diesen Fall nachzuvollziehen
    und dann wieder hier berichten(mit Fotos).


    Ich dachte dabei an einen 50MHz Dipol im Garten,gespeist mit
    IC-706/AH4, 1:1 Trenntrafo unten,Zweidrahtleitung (lambda 1/2 mit VK 0,95),
    und oben einmal mit und einmal ohne 1:1 Trenntrafo.
    Zum Nachweis bzw. Ausschluß der Gleichtaktströme
    (oder ungleichen Strömen) auf der Speiseleitung
    würde ich eine zuleitungslose Stromzange über beide Adern klemmen.
    Sie dürfte bei gleichen und um 180° versetzten Strömen praktisch
    nichts anzeigen.
    HW?


    73
    Clemens
    DL4RAJ

    Edited 3 times, last by DL4RAJ ().

  • Hallo Clemens,


    ok, sehr interessant dein Versuch! Kannst du ihn bitte noch ergänzen, indem du anstatt des Dipols auf der Sekundärseite des oberen Trafos einen Widerstand anbringst, der auf der Leitung eine stehende Welle produziert? In diesem Fall kann man die Einkopplung vom Dipol auf das Kabel ja völlig ausschliessen.


    73 de Tom - DC7GB

    73 de Tom - DC7GB

  • Hallo Tom,


    jetzt habe ich endlich mal Zeit gefunden,mit den Vorbereitungen zu beginnen.


    Ein - bislang unlösbares - Problem stellen die Trenntrafos dar.
    Ich habe jetzt zwei Nachmittage lang vergeblich versucht,funktionierende
    Trenntrafos für 50MHz zu wickeln.


    Trotz aller Bemühungen unter Verwendung
    von Eisenpulver (rot) oder Ferrit mit µ 50 ist es mir nicht gelungen, einen vernünftig funktionierenden echten 1:1 Trenn-Trafo zu bauen.
    Entweder die Kopplung und damit das SWR ist indiskutabel schlecht (>5) oder die
    kapazitive Verkopplung ist viel zu hoch und damit die Sperrdämpfung viel zu niedrig
    (~10dB).
    Bei so einer miesen Sperrdämpfung ist nix mehr mit Trennen.


    Im Gegensatz dazu war es kein größeres Problem,einen 1:1Guanella - nach einigen Optimierungsschritten - mit einer Sperrdämpfung von 40dB (µ 50 Kern) bzw. 30dB (µ 125 Kern) hinzubekommen.


    Jetzt ist die Frage,ob Dir 1:1 Guanellas als "Trenntrafo" auch reichen
    (der bessere oben).


    73
    Clemens
    DL4RAJ

    Edited once, last by DL4RAJ ().

  • Hallo Clemens,


    warum machst du dir denn die Arbeit so schwer und willst den Trenntrafo gleich für 50MHz aufbauen? Da spielen parasitäre Kapazitäten doch schon eine immer grössere Rolle. Mit einem Guanella-Balun sollte es aber auch klappen. Allerdings ist die Symmetrierung hier von der inneren Kopplung abhängig.


    Bei einem echten Trafo ändert sich bei nicht idealem Aufbau nur der Koppelgrad (das hattest du ja selbst schon festgestellt), während die Symmetrierung zwangsläufig immer ideal ist. Ich hatte dazu vor einiger Zeit ein paar Messungen an 1:1-Trafos gemacht. Eine Auswahl der Ergebnisse habe ich in den Anhang gelegt. Man erkennt da, dass ein Eisenpulver-Ringkern zwar breitbandiger ist, aber der Koppelgrad nur eine Refexionsdämpfung von maximal 14,8dB (SWR 1,45) ermöglichst. Das ist allerdings auch nicht gerade schlecht! Mit einem Ferrit-Ringkern erhält man noch etwas bessere Ergebnisse. 50MHz ist aber eine ungünstig hohe Frequenz für alle getesteten Trafos.


    Ich schlage vor, probiere es doch mal mit dem Guanella-Balun und wenn die Ströme in den beiden Leitern am TX noch nicht ganz identisch sind, dann liegt es an der nicht ganz vollständigen Symmetrierung. Um die restliche Unsymmetrie auch noch zu eleminieren, kommt man um einen echten Trafo nicht herum. Auf 7MHz wäre der aber sehr viel einfacher aufzubauen und der Effekt ist ja unabhängig von der Frequenz.

  • Ich habe (im mom leider noch runtergefallen - kommt aber nach dem Urlaub wieder hoch) einen 2 x 12,5m Dipol mit Huehnerleiter. Den speise ich immer noch im Experimentieraufbau entweder ueber die Windungen eines Ringkerns. Und zwar vollkommen galvanisch getrennt mit 2 Wicklungen: eine kleine mit 4 oder 5 Windungen und Drehko in Serie - quasi wie eine Linkkopplung in Richtung TX und - ich glaube so 10 Windungen in Richtung Antenne mit einem wahlweise parallel oder in Serie schaltbaren Drehko. Als Ringkerne habe ich verschiedene unbekannte aus der Bastelkiste genommen und auch Amidons T-50 oder auch T-200 rot.
    Wird allerdings alles nur fuer 80-30m genutzt. Alternativ habe ich noch einen Aufbau mit einer Luftspule und ebenfalls darueber / dazwischen gewickelter "Linkkopplung". Das S-Meter zeigt zwar etwas weniger an, als ichs sonst - auch von der W3 - gewohnt bin. Aber der RX ist deutlich 'ruhiger' und ich habe einfach das Gefuehl mehr zu hoeren, weil das S/N besser ist. - Exakte messtechnische Aussagen kann ich nicht machen. - Sollte ich mal sehr viel Zeit (und Ruhe haben), koennte ich ueber einen 40km entfernt betriebenen Mess-Empfaenger (ESMB) zumind. mal echte Feldstaerke-Messungen (dBuV/m) vergleichsweise mit direkter Kopplung und galv. Trennung anstellen....

    73
    Juergen
    nnnn

  • Hallo Tom,


    das mit 50MHz hatte ich schon im vorletzten Posting erwähnt.
    Als Hintergedanken hatte ich die schön kompakten Abmessungen von Antenne und lamda-1/2-Speisleitung im Kopf.


    Wenn ich das jetzt nur mit Guanella mache, und es herrscht eine restliche Unsymmetrie auf der Speiseleitung sind wir ja wieder nicht schlauer:
    Liegt's am fehlenden Trenntrafo oder habe ich Recht mit der Strahlungseinkopplung
    auf die Speiseleitung ?


    Ich denke,ich werde beides zum Einsatz bringen,zumindest oben:
    Antennne-> Trenntrafo-> Guanella -> Speiseleitung ->Guanella ->Tuner (AH-4)
    ->TRX (IC-706).


    73
    Clemens


    P.S. Hast Du bei Deinen Trafos auch mal die Sperrdämpfung auf verschiedenen Frequenzen oder einfach die parasitären Koppelkapazitäten gemessen?
    Bestimmt liegen sie in der Größenordnung 20pF.
    Ich habe z.B. durch einen Ferrit-Doppellochkern (µ850) gerade mal zwei Windungen RG-174 gewickelt.
    Innenleiter als Primärwicklung,Außenleiter als Sekundärwicklung.
    Die Kopplung war recht gut (SWR auf 50MHz <1,5),die Kapazität
    zwischen Primär- und Sekundärwindung war ca. 20pF!

    Edited 3 times, last by DL4RAJ ().

  • Hallo Clemens,


    also wenn du alle störenden Randeffekte wirklich ausschliessen willst, dann musst du schon einen Trafo verwenden. Das ist allerdings auf 6m etwas schwieriger. Ich würde den Versuch daher auf 80m oder 40m machen, denn für den Effekt der Einstrahlung auf das Speisekabel spielt die Frequenz ja keine Rolle, abgesehen vielleicht davon, dass die Einkopplung auf tiefen Frequenzen etwas geringer sein müsste.


    Die Grösse der Einkopplung spielt aber gar keine grosse Rolle, denn es geht ja um die Symmetrie der Ströme im Speisekabel für den Fall eines unsymmetrischen Dipols. Du hattest vorgeschlagen die beiden Ströme in den einzelnen Adern zu messen und das wäre auch der richtige Weg. Aber auch das dürfte auf 6m schwieriger als auf 40m zu messen sein. Den Versuch nun mit einem Guanella-Balun zu machen, ist an sich ja nicht falsch. Es kommt auch gar nicht auf die galvanische Trennung drauf an, sondern nur darauf, dass der Antennenstrom keinen Gleichtaktanteil auf der Arbeitsfrequenz im Speisekabel erzeugt.


    Die Unterschiede zwischen beiden Kopplern sind aber wie folgt: Der Guanella-Balun erzwingt immer mehr Gleichtaktunterdückung durch eine immer fester werdende Kopplung der beiden Wicklungen, während seine Einfügungsdämpfung relativ gering bleibt und praktisch nicht davon abhängt. Bei einem Trafo erzwingt eine immer fester werdende Kopplung dagegen eine immer geringere Einfügungsdämpfung, während die Gleichtaktunterdrückung unabhängig hoch bleibt. Je höher der Koppelgrad, um so besser funktionieren natürlich beide Koppler. Beim Gunanella-Balun variiert mit dem Koppelgrad also seine Gleichtaktunterdrückung und beim Trafo seine Einfügungsdämpfung.


    Daher wird es zwangsläufig so sein, dass der Guanella-Balun keine vollständige Symmetrie erzeugen wird. Der Restfehler ist vielleicht vernachlässigbar. Er wird stark mit dem Aufbau variieren und ich wollte nur darauf hinweisen, dass man bei der Interpretation der Messergebnisse kritisch sein muss. Bei 50MHz wird das Ergebnis durch die verfügbaren Bauelemente schon stark beeinflusst; auf 7MHz werden die Restfehler eher zu vernachlässigen sein. Ein praktisches Ergebnis wäre aber sehr interessant!


    Wie auch immer, es ist bestimmt so, dass die Symmetrie mit Guanella-Balun auch auf 50MHz besser als ohne sein wird. Allerdings wird man vielleicht den Idealfall der vollständigen Symmetrierung bei dieser Frequenz nicht mehr ganz erreichen können. Damit strahlt dann aber auch das Speisekabel wieder bzw. immer noch. Ausserdem dürfte es schwierig sein, dies breitbandig (160m-6m) hin zu bekommen. Das ändert an der Aussage der zu vernachlässigenden Einkopplung vom Dipol ins Speisekabel nichts. Es zeigt nur, dass die verfügbaren Bauelemente unzureichend sind.

    73 de Tom - DC7GB

    Edited once, last by DC7GB ().

  • Hallo Tom,


    ich werde bei 6m oder ggf. 10m bleiben,damit eine von mir schon weiter oben
    erwähnte wichtige Voraussetzung für die Anfäligkeit auf Einkopplung gewährleistet
    ist:
    Eine ausreichende elektrische Länge der Speiseleitung,hier möchte ich schon
    L/2 haben.Insofern scheiden die längeren Bänder aus Platzgründen
    aus.
    Man müßte sonst außerdem mit dem Fernglas auf die in der Mitte der
    Speiseleitung platzierte Stromzange gucken.
    Außerdem wollte ich wie schon gesagt nicht die einzelnen Ströme in den Adern
    sondern deren vektorielle Summe messen (über beide Adern),was
    noch genauer sein dürfte (Phase geht mit ein).


    Die parasitären Koppelkapazitäten des echten Trafos,die ja mit fester Kopplung
    immer mehr zunehmen,machen den Trafo für Frequenzen über sagen wir mal
    14MHz als "Isolator " für Gleichtaktströme praktisch zunehmend unbrauchbar,da
    hilft die schönste Symmetrie (und Anpassung) nichts,wenn sie bei geringsten
    Störgrößen von außen wegen mangelnder Sperrdämpfung dahingeht.


    73
    Clemens

  • Hallo Clemens,


    Der Kopplungsgrad zwischen Antenne und Speiseleitung hängt ausser von ihrer gegenseitigen Orientierung natürlich auch von der Länge der Speiseleitung ab. Wenn sie statt Lambda/2 nur noch Lambda/4 lang wäre, dann würde die eingekoppelte Energie um etwas weniger als 3dB abnehmen. Unter Lambda/4 nimmt die Größe der eingekoppelten Energie immer besser linear mit der Länge des Speisekabels ab. Man müsste das daher auch noch bei kürzeren Speiseleitungen messen können, allerdings ist der Messfehler bei längeren Speiseleitungen geringer.


    Wenn es keine zu grosse Mühe macht, dann kannst du ja auch mal messen, wie viel Energie auf einen frei zur Antenne laufenden Draht in Abhängigkeit von seiner Orientierung eingekoppelt wird. Da wäre das Gleichtaktproblem auch nicht vorhanden.

    73 de Tom - DC7GB

  • *Thread ausbuddel*


    Da mich dieses Thema auch gerade umtreibt: Schöne Zusammenfassung.


    Zur Loop wäre noch anzumerken, daß diese bei Verwendung eines Rotors das Ausblenden lokaler Störungen erlaubt, was in der heutigen "gestörten" Welt von erheblichem Vorteil sein kann. Überhaupt hält ihre kleine Feldimpedanz Störer im Nahfeld (<lambda/10 Abstand) ganz gut in Schach. (Artikel von W8JI) Damit dürften auch die relativ gesehen kleinen Umgebungsverluste zusammenhängen (auch wenn man diese trotzdem auf gar keinen Fall außer Acht lassen darf, siehe Sicherheitsabstand - die australischen OMs empfehlen mindestens 1-2 Loop-Durchmesser bei Loops von ca. lambda/10 Umfang). Daß der mechanische Aufbau bei minimierten Verlusten nicht ganz ohne ist, ist allerdings wahr. Kann man sich z.B. bei VK4AMZ ansehen. Allein der Schmetterlingsdrehko zu 1000 pF / 15 kV... (Der hat IIRC eine kW-Endstufe in Betrieb, für 100 W tun's normalerweise 5 kV, bei 1 W dann 500 V.)


    Was man im Hinblick auf die Störanfälligkeit vielleicht auch noch einmal extra hervorheben könnte: Antennentypen mit für die Funktion notwendigen Gleichtaktanteilen auf der Leitung sind hier denkbar ungünstig. Sie erlauben es nicht, im Gleichtakt eingefangene lokale Störungen durch Mantelwellendrosseln zu unterdrücken. Nützt ja auch nichts, wenn man gut rauskommt, aber nicht vernünftig hören kann ("Krokodil").


    Der Einfluß der Erdung bei Betrieb einer Vertikal läßt sich übrigens leicht mittels eines portablen KW-Empfängers mit Teleskopantenne demonstrieren. Dieser hat im Batteriebetrieb eine denkbar lausige Erdverbindung - ein bißchen kapazitive Kopplung zum Untergrund mit mäßiger Leitfähigkeit. Verbindet man nun die Gerätemasse mit etwas HF-Erdungsähnlichem, gehen auf einmal auf den unteren Bändern richtig die Ohren auf. Das entspricht genau dem erwarteten Resultat, welches man durch Schaltungssimulation mit dem Ersatzschaltbild gewinnt.


    73,
    Stephan